直流电机：运行阶段、故障检测和保护以及直流电机驱动器应用

本文将对直流 (DC) 电机进行综合性描述，并着重阐述直流电机在三个运行阶段的电气参数、异常运行情况以及直流电机的常见应用，如监控摄像机、智能门锁和螺线管驱动器。

直流电机的定义

直流电机是将电能转换为机械能的装置，其电气参数随运行状态而变化。在直流电机的常规操作中，有三个运行阶段的电气参数变化最为剧烈，其值可能比稳态运行期间高出好几倍。这三个运行阶段描述如下：

1. 启示：在此阶段，由于电机的反电动势（EMF）较小，启动电流明显高于电机的额定工作电流。

2. 制动：直流电机在制动时会被施加反向旋转力，从而停止原本的旋转。在此阶段，电机电流和电压的变化可能随所使用的制动方法而变化。如果采用常用的短路制动法，则会产生较大的短时制动电流，将导致电机内部绕组和电机驱动电路产生大量功耗。

3. 反转：当电机电压反加时，电机被迫向相反方向旋转。此阶段的运行条件最为极端，电机经历的电流和电压变化最大。如果采取的措施不恰当，电机和电机驱动芯片都可能被损坏。

异常运行情况

电机常会出现绕组两端短路的情况；如上所述，这会在电机驱动芯片中产生较大的短路电流和热量。另外，当电机快速制动或减速时，电机绕组电流将可能通过电机驱动芯片反向流入输入电源；这会增加输入电压 (VIN)，让电机本质上变成发电机。这两种异常运行情况都可能损坏电机驱动芯片。

由于电气参数很容易在电机运行过程中发生变化，因此必须采取适当的保护措施来保护电机及其驱动芯片免于损坏。电机驱动芯片可提供的保护功能包括：过流保护（OCP）、过压保护（OVP）和过温保护（OTP）等。

常见应用

直流电机广泛应用于冰箱、汽车、医疗设备（如健身监测仪）、航空航天、消费电子（如无人机和游戏控制器）等领域。MPS 提供 MP6508A、MP6614 和 MPQ6612A-D-AEC1 等出色的电机驱动器解决方案，下文将对此进行详述。

监控摄像机

MP6508A 是一款先进的电机驱动器，其每通道可提供高达 1.2A 的电机电流。它集成了由 N 沟道功率 MOSFET 组成的全桥，工作电压范围为 2.7V 至 18V。MP6508A 可用作监控摄像机中的直流电机驱动器，通过可靠的电机控制实现倾斜、平移和变焦等基本功能。

MP6508A 采用小尺寸 QFN-16 (3mmx3mm) 封装，背面带散热焊盘以帮助散热。考虑到摄像机需要在各种室内或室外环境中运行，小尺寸与散热能力至关重要。

图 1 显示了 MP6508A 的典型应用电路。

图1: MP6508A典型应用电路

智能门锁

MP6614 是一款 H 桥电机驱动器，它可以驱动一台直流电机、步进电机的一个绕组或其他负载。该器件通过驱动锁定结构中的可逆电机来实现电子智能锁的锁定动作。MP6614 具有内部电流采样电路以及逐周期电流调节和限制功能，因此不需要低欧姆分流电阻器。

图 2 所示为 MP6614 的典型应用电路。

图2: MP6614典型应用电路

螺线管驱动器

MPQ6612A-D-AEC1 是另一款 H 桥电机驱动器，可用于螺线管驱动器，实现对直流电机、步进电机和其他负载的精确控制。MPQ6612A-D-AEC1 的可逆电机驱动功能通过管理 H 桥的输入信号来启用和禁用螺线管驱动器。该器件可用于信息娱乐系统以及汽车显示系统（包括导航、抬头显示和仪表盘）。

图 3 显示了 MPQ6612A-D-AEC1 的典型应用电路。 

图3: MPQ6612A-D-AEC1典型应用电路

结语

本文回顾了电机各个运行阶段电气参数的变化，以及针对异常运行情况进行保护的重要性；还介绍了 MPS 针对常见应用的电机驱动器解决方案，包括监控摄像机、智能门锁和螺线管驱动器，这些方案分别采用了 MP6508A、MP6614 和 MPQ6612A-D-AEC1。

如需了解更多信息，请参阅 MPS 丰富的电机驱动器和电机控制器产品。MPS 提供可用于打印机的步进电机驱动器、可用于玩具的有刷直流电机驱动器以及可用于电动工具的无刷直流驱动器（BLDC驱动器）。