马达驱动芯片是现代电机控制的核心，它像电机的大脑和肌肉，负责精确指挥直流电机启停、转向和调速。本文将层层拆解其内部运作机制，重点解析H桥电路结构、PWM调速原理及关键保护功能，帮助工程师深入理解这一基础器件。
一、核心结构：H桥如何控制电机方向
驱动芯片的核心是功率输出级，通常采用经典的H桥拓扑结构，由四组开关器件（如MOSFET）构成“H”形布局。
功率开关的协作逻辑
- 正转模式： 对角线开关（如左上+右下）导通，电流从电源正极→左上开关→电机→右下开关→地，电机正向旋转。
- 反转模式： 另一组对角线（右上+左下）导通，电流反向流过电机线圈，实现反转。
- 刹车模式： 同侧开关（如左上+右上）导通，将电机两端短接，利用反电动势快速制动。
- 待机模式： 所有开关关断，电机自由停止。
整流桥常被用于驱动芯片的输入级，将交流输入转换为驱动H桥所需的直流电压。芯片内部逻辑控制电路负责接收外部微控制器的转向/使能信号，精确协调这四组开关的状态切换。
二、调速奥秘：PWM信号的魔力
驱动芯片如何实现电机的无级调速？答案在于脉宽调制（PWM） 技术。
PWM的工作流程
- 信号输入： 微控制器生成固定频率（通常在20kHz以上以避免可闻噪声）、占空比可变的方波信号。
- 功率放大： 驱动芯片内部的电平转换和预驱动电路将微弱的控制信号放大，足以快速、可靠地驱动H桥的功率MOSFET开关。
- 等效电压控制： 高占空比PWM使功率管导通时间长，施加到电机两端的平均电压高，转速快；低占空比则平均电压低，转速慢。电机感知到的是平均电压效果。
滤波电容在驱动芯片的电源引脚处起到关键作用，能有效吸收PWM开关引起的电压纹波，为芯片提供稳定能量。电流检测电阻串联在H桥回路中，其两端电压降被送入芯片的过流保护电路，实时监控电机电流。
三、智能防护：守护芯片与电机的安全
可靠驱动离不开多重保护机制，现代马达驱动芯片通常集成以下关键保护功能：
关键保护机制解析
- 过流保护(OCP)： 当检测到电流超过设定阈值（例如通过外部检测电阻），芯片会立即关断所有输出管，防止器件烧毁。部分芯片支持可编程阈值或锁存/自恢复模式。
- 过热保护(TSD)： 芯片内部集成温度传感器。当结温超过安全限值（通常约150°C），保护电路激活，强制关闭输出，待温度降低后自动恢复工作。
- 欠压锁定(UVLO)： 确保电源电压低于安全工作阈值时，芯片保持关闭状态，避免功率管因驱动不足而发热损坏。
- 击穿防护(Shoot-Through Prevention)： 通过精确控制死区时间，确保同一桥臂的上下两个开关管不会因短暂延迟而同时导通，避免电源直接短路的大电流灾难。
这些保护功能极大提升了系统的鲁棒性。温度传感器（作为独立器件）有时会配合电机工作，其数据可反馈给控制器，协同驱动芯片实现更智能的热管理策略。
总结
马达驱动芯片通过H桥电路掌控电机电流方向，利用PWM技术精准调节等效电压实现调速，并集成了过流、过热、欠压等多重保护机制。理解其工作原理，有助于工程师在电机控制系统中更合理地选型和应用驱动芯片，并优化与之协同工作的电源管理（整流桥）、信号调理（滤波电容）及状态反馈（传感器）等环节。
