馬達驅動芯片是現代電機控制的核心，它像電機的大腦和肌肉，負責精確指揮直流電機啟停、轉向和調速。本文將層層拆解其內部運作機制，重點解析H橋電路結構、PWM調速原理及關鍵保護功能，幫助工程師深入理解這一基礎器件。
一、核心結構：H橋如何控制電機方向
驅動芯片的核心是功率輸出級，通常采用經典的H橋拓撲結構，由四組開關器件（如MOSFET）構成“H”形布局。
功率開關的協作邏輯
- 正轉模式： 對角線開關（如左上+右下）導通，電流從電源正極→左上開關→電機→右下開關→地，電機正向旋轉。
- 反轉模式： 另一組對角線（右上+左下）導通，電流反向流過電機線圈，實現反轉。
- 剎車模式： 同側開關（如左上+右上）導通，將電機兩端短接，利用反電動勢快速制動。
- 待機模式： 所有開關關斷，電機自由停止。
整流橋常被用于驅動芯片的輸入級，將交流輸入轉換為驅動H橋所需的直流電壓。芯片內部邏輯控制電路負責接收外部微控制器的轉向/使能信號，精確協調這四組開關的狀態切換。
二、調速奧秘：PWM信號的魔力
驅動芯片如何實現電機的無級調速？答案在于脈寬調制（PWM） 技術。
PWM的工作流程
- 信號輸入： 微控制器生成固定頻率（通常在20kHz以上以避免可聞噪聲）、占空比可變的方波信號。
- 功率放大： 驅動芯片內部的電平轉換和預驅動電路將微弱的控制信號放大，足以快速、可靠地驅動H橋的功率MOSFET開關。
- 等效電壓控制： 高占空比PWM使功率管導通時間長，施加到電機兩端的平均電壓高，轉速快；低占空比則平均電壓低，轉速慢。電機感知到的是平均電壓效果。
濾波電容在驅動芯片的電源引腳處起到關鍵作用，能有效吸收PWM開關引起的電壓紋波，為芯片提供穩定能量。電流檢測電阻串聯在H橋回路中，其兩端電壓降被送入芯片的過流保護電路，實時監控電機電流。
三、智能防護：守護芯片與電機的安全
可靠驅動離不開多重保護機制，現代馬達驅動芯片通常集成以下關鍵保護功能：
關鍵保護機制解析
- 過流保護(OCP)： 當檢測到電流超過設定閾值（例如通過外部檢測電阻），芯片會立即關斷所有輸出管，防止器件燒毀。部分芯片支持可編程閾值或鎖存/自恢復模式。
- 過熱保護(TSD)： 芯片內部集成溫度傳感器。當結溫超過安全限值（通常約150°C），保護電路激活，強制關閉輸出，待溫度降低后自動恢復工作。
- 欠壓鎖定(UVLO)： 確保電源電壓低于安全工作閾值時，芯片保持關閉狀態，避免功率管因驅動不足而發熱損壞。
- 擊穿防護(Shoot-Through Prevention)： 通過精確控制死區時間，確保同一橋臂的上下兩個開關管不會因短暫延遲而同時導通，避免電源直接短路的大電流災難。
這些保護功能極大提升了系統的魯棒性。溫度傳感器（作為獨立器件）有時會配合電機工作，其數據可反饋給控制器，協同驅動芯片實現更智能的熱管理策略。
總結
馬達驅動芯片通過H橋電路掌控電機電流方向，利用PWM技術精準調節等效電壓實現調速，并集成了過流、過熱、欠壓等多重保護機制。理解其工作原理，有助于工程師在電機控制系統中更合理地選型和應用驅動芯片，并優化與之協同工作的電源管理（整流橋）、信號調理（濾波電容）及狀態反饋（傳感器）等環節。
