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IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥 学习与实践过程

使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机虽然简便而且成本低廉，但由于它们的内阻较大，在控制大电流的马达时芯片常常过热，导致系统的整体效率较低。在电动车上，马达控制芯片的内阻过大会导致车子的加速度变小。

本人设想在暑假制作一个大的轮式或者履带式机器人，并且希望它能跑到公交车那么快，于是开始研究如何使用MOS管来控制更大电流的电机。

按照这个原理图，我热转印制作了单个全桥的实验电路。个别的电阻电容值有所变动。

上电并给予有效的持续高电平信号后发现电路不能驱动马达，而2104开始发烫，540没有任何反应。于是更换2104，但仍出现同样的现象。通过示波器检测发现，高端MOS没有被驱动，而低端MOS的G端信号正常，因而桥没有被导通。更换信号方向，另外半桥仍然出现相同的现象。

本人开始怀疑是BOOTSTRAP电容的问题，于是实验了不同的电容值。但无论怎么变换，问题仍然没有被解决。由于手头没有4148，使用了IN5819作为续流二极管，按道理5819只会比4148更好，不应该成为问题的原因。

由于手头2104只有6片，而所有的都上电并且发热过，于是重新购买了一批2104。在这里感谢周顺同学，那天刚好他毕业考考好，帮我到科技京城买了2104。

更换2104后，电路工作正常。周顺看了看我原来的2104，恍然大悟：原来的芯片是97年前的旧货。马达欢快地转了起来。由于540的内阻要比298小很多，马达的加速度明显提高，变向时电刷更是发出了闪亮的火星。

回到家后用示波器开始研究高端MOS的G端驱动电压波形。发现在EN端为高的初期，高端MOS的驱动电压突然升至比VCC高10V。此时强推动作用起效。但随着时间的流逝，该电压逐渐衰减为VCC，MOS的导通程度越来越不完全。直到下一个脉冲到来，G端电压又恢复为VCC+10V，但又逐渐衰减。也就是说，用持续的高电平信号来驱动MOS会导致MOS不能被完全导通，致使MOS发热，马达的实际功率低下。使用PWM信号则可以解决这个问题，它使BOOTSTRAP电容反复充电放电，使高端驱动电压始终维持在一个比较高的水平。倘若想让马达全速前进，不能使用持续的高电平，而需要用3%左右占空比的PWM，这是驱动2104与驱动298等全桥芯片的最大差别。

不同的BOOTSTRAP电容值适应于不同频率的PWM信号与不同的MOS。电容值大的充电和放电时间都比较大，电压衰减得也比较慢，因而适合较低频率的PWM；电容值小的充电放电时间比较短，适合于较高频率的PWM。虽然IR给出过一个BOOTSTRAP电容的计算公式，但本人更倾向于通过实验来寻找合适的电容值。这样做既避免了繁杂的计算，又可以通过实验来了解它的工作原理，而且还可以适应板载电容。

通过实验，本人确定了1UF的电容值。该电容采用了旦电容，以减少漏电。但如果没有旦电容，其他漏电较大的电容影响也并非很大。相对于高频的PWM，在如此短的时间内漏电的影响是微乎其微的。但从理论上来说，BOOTSTRAP电容漏电会导致高端MOS的导通电阻变大。

总结了以上经验，本人又制作了一块双电机的MOS驱动电路。电路没有太大的改变，只是把续流二极管改为原图所说的4148，把阻容换成了贴片封装，并且采用了1UF旦电容作为BOOTSTRAP电容。

点击此处下载热转印用PCB文档（DXP）

该电路制作好后成功地驱动了我的机器人小车。小车在全速启动以及突然反向运动时的性能明显比使用298要好。主要原因为突然变向的电流很大，而298的驱动能力有限，导致变向的电流较小，加速度较小。

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