马达驱动芯片（Motor Driver IC）是用于控制电机（如直流电机、步进电机等）运行的核心电子元件，其工作原理涉及功率放大、信号处理和保护机制。以下是其核心工作原理和功能：

1. 基本功能

马达驱动芯片的主要作用是将微控制器（如MCU、DSP）输出的低功率控制信号（PWM、方向信号等）转换为能驱动电机的高功率电流和电压，同时提供保护功能。

2. 核心工作原理

（1）输入信号处理

  • 控制信号：接收来自MCU的弱电信号（如PWM波、方向信号、使能信号）。

  • 逻辑电路：芯片内部解码信号，确定电机的转向、速度或步进模式（步进电机时）。

（2）功率放大（H桥电路）

  • H桥结构：多数驱动芯片内置H桥电路（由4个功率MOSFET组成），通过开关组合控制电流方向，从而控制电机正反转：

    • 正转：Q1和Q4导通，电流从电源→Q1→电机→Q4→地。

    • 反转：Q2和Q3导通，电流方向相反。

    • 刹车：Q1和Q3（或Q2和Q4）同时导通，电机短路制动。

  • PWM调速：通过调节PWM占空比控制平均电压，实现电机速度调节。

（3）电流检测与反馈

  • 电流采样：通过外接检流电阻（Shunt Resistor）或内置传感器检测电机电流。

  • 过流保护：若电流超过阈值，芯片自动关断输出（如触发OCP）。

（4）保护机制

  • 过热保护（TSD）：温度超过安全值时自动停机。

  • 欠压锁定（UVLO）：电源电压不足时禁用输出。

  • 短路保护：防止输出短路损坏芯片。

3. 不同类型电机的驱动

  • 直流有刷电机：通过H桥控制方向和PWM调速。

  • 步进电机：通过两路H桥（或更多）输出脉冲序列，控制相序和细分步进。

  • 无刷电机（BLDC）：需更复杂的换相逻辑，通常集成霍尔传感器接口。

4. 典型芯片示例

  • L298N：双H桥驱动，支持直流电机和步进电机。

  • DRV8833：低电压驱动，集成电流调节。

  • TB6612FNG：高效MOSFET H桥，支持PWM控制。

5. 关键参数

  • 工作电压/电流：决定驱动能力（如3-36V、1A-5A）。

  • 导通电阻（Rds(on)）：影响效率和发热。

  • 控制接口：支持逻辑电平（3.3V/5V）或SPI/I2C通信。

6. 应用场景

  • 机器人、无人机、电动工具、家电（如风扇）、工业自动化等。

总结

马达驱动芯片本质是一个“智能开关”，将控制信号转化为电机所需的功率输出，同时确保安全运行。设计时需匹配电机参数（电压、电流），并注意散热和布局优化。