有刷電機驅動器的功耗計算方法(一)

本文將探討電機驅動器IC的功耗。

曾有人問，是否可以用下面的公式計算電機驅動器IC的功耗。

（IC電路電流+流過電機的電流）×電源電壓

乍一看貌似沒問題，但實際上是不正確的?！癐C電路電流×電源電壓”雖然不錯，但“流過電機的電流×電源電壓”中卻含有電機的功耗，因此，正確的做法是應先求出電機驅動器IC的輸出功耗，再加上IC電路的功耗。

輸出功耗通過“損耗電壓×輸出電流”來計算。后續(xù)會介紹在電機驅動器IC輸出段的H橋電路中的計算方法，在這里為了便于理解，給出了線性穩(wěn)壓器IC的功耗計算公式作為簡單示例。

線性穩(wěn)壓器IC的功耗＝自身功耗(Vin×Iin)＋輸入輸出電壓差(Vin－Vout)×輸出電流(I_O)

在該公式中，Iin是技術規(guī)格書中被稱為“I_cc”或“Iq”等的電流，是從Vin引腳流到IC內部的輸出穩(wěn)壓控制電路并被消耗的電流。下一項“輸入輸出電壓差×輸出電流”是輸出損耗（消耗）功率。

例如，在運算放大器IC的輸出電流未達到毫安級別的情況下，即使通過“電源電壓×電源電流”來計算，也不會對其誤差產(chǎn)生很大的影響，但對于電源IC或電機驅動器IC這類需要供應較大輸出電流的IC來說，如果按照“電源電壓×輸出電流”來計算，則會產(chǎn)生很大誤差。

這樣的說明雖然貌似有些繞彎，但是電機驅動器IC的功耗計算也是相同的思路。

有刷電機驅動器的功耗計算方法

下面將以有刷電機驅動器IC為例來說明功耗計算公式。有刷電機驅動器IC的典型驅動方法包括恒壓驅動和PWM驅動，因此先來介紹恒壓驅動。

①恒壓驅動時的功耗計算

恒壓驅動的情況下，有刷電機驅動器IC的功耗Pc基本上可以通過以下公式求得：

Pc＝小信號部電路電流×電源電壓＋流過電機的電流×(高邊輸出間的電壓＋低邊輸出間的電壓)

下圖是表示功耗發(fā)生在哪部分以及功耗的產(chǎn)生機制示意圖。

標為“小信號部”的部分是有刷電機驅動器IC的控制電路，設這部分的電路電流為I_cc、電源電壓為V_cc、流過電機的電流為I_O。此外，Q1～Q4的MOSFET在輸出段的H橋電路中。

小信號部電路的功耗可以簡單地通過I_cc×V_cc來計算。

H橋部分是高邊Q1和低邊Q4導通，I_O從V_cc經(jīng)由Q1流向電機，并經(jīng)由Q4流向GND。需要求此時的H橋的功耗（損耗）。MOSFET的導通狀態(tài)可以等效地視為電阻器，其阻值為MOSFET的導通電阻Ron。假設高邊Q1的導通電阻為RonH、低邊Q4的導通電阻為RonL，則各輸出之間的電壓可用以下公式來表示。

高邊輸出間的電壓VH＝I_O×RonH
低邊輸出間的電壓VL＝I_O×RonL

由此，即可通過以下公式來計算功耗Pc。

Pc＝I_cc×V_cc＋I_o×(VH＋VL)＝I_cc×V_cc＋I_O²×(RonH＋RonL)

雖然測量實際VH和VL的方法很實用，但是由于MOSFET的Ron已在技術規(guī)格書中給出，因此使用最大值來計算即可預估最差的情況。

未完待續(xù)