如何驱动伺服电机及所需的组件

我们不经常在这里讨论电机机械学，但是小型电机的驱动和控制是重要的话题。在许多消费品和工业产品中可以找到的一种电机是伺服电机。尽管这种类型的电机需要闭环反馈、集成编码器和控制算法，但它们提供的位置和速度控制使它们在许多应用中具有高度的适应性。 关于如何驱动伺服电机的问题，需要考虑如何实现感应和被驱动的电机类型。除非你正在使用高功率伺服，否则你不需要使用离散半导体来构建你的驱动电路。相反，你可以在市场上找到带有正确电子搜索引擎的伺服控制器。让我们来看看你驱动和控制伺服电机所需的组件，以及市场上一些用于你下一个电机机械系统的组件选项。 ### 如何驱动伺服电机 在讨论如何驱动伺服电机之前，那些刚开始使用伺服电机的人应该知道，伺服电机不是一种特定类型的电机。相反，“伺服”一词指的是电机的驱动方式以及其位置、速度和加速度的控制方式。在伺服电机中，通过电机和控制器之间的反馈回路来施加控制，电机的位置/速度通过电机中集成的编码器感应。提供此功能的一些传感器包括集成电位器、霍尔效应传感器或带有光门和光电二极管的LED。 驱动伺服电机包括作为驱动和控制电路的两个关键元素： - **可调驱动信号。** 在伺服电机中使用PWM信号使转子转动到特定位置。通过调整占空比，可以调整旋转速率。 - **感应和控制电路。** 控制和感应电路确定电机运行时转子的位置和速度。通过反馈控制可以维持高度准确的速度。 - **反馈回路和驱动调整。** 这可以通过专业的驱动控制器或MCU完成。注意，并非所有伺服电机都有编码器。 - **制动。** 我们总是喜欢[谈论驱动电机](https://octopart.com/blog/archives/2019/09/making-big-brushed-motors-move)，但很少有人谈论制动电机。伺服需要制动电路和逻辑来减慢转子速度并在制动后保持其位置。 通过控制线发送PWM信号同时给电机供电来驱动伺服电机。根据脉冲宽度，伺服电机中的转子可以转动一定角度，即占空比决定了轴的最终位置。伺服电机可以用直流或交流电压供电，编码器信号（如果存在）通过处理器或驱动器关闭反馈回路。下面展示了伺服电机及其控制器/驱动器的基本架构。

方框图展示了如何用电机控制器IC驱动伺服电机。

伺服保持位置

伺服的一个优点是它可以配置为在激活步骤之间保持其位置。伺服电机提供的保持扭矩与步进电机相当。如果外力将转子从其静止位置推开，编码器可以感应到这种偏差，并导致控制器抵抗外力，保持转子位置。伺服可以保持其指定扭矩内的任何力。

伺服驱动器的解剖

对于伺服驱动控制器，有几种可用的选项，或者您可以使用常见组件构建合适的驱动器和控制电路。一些简单的伺服驱动和控制方法包括：

• 双MOSFET驱动器。 此方法最适用于低电压伺服和可以在逻辑电平切换的MOSFET。

• DAC驱动。 驱动波形可以直接生成，而不是依赖于PWM驱动器。

• PWM控制的H桥。 此方法可以为伺服电机提供高同步电流。

在前两个选项中，控制循环、驱动和感应都可以在MCU上实现。在这种情况下，使用可以在逻辑电平开启的MOSFET，并且其电压等级高于伺服电机的等级，以确保MOSFET能够承受任何瞬态。最后一个选项取决于驱动伺服所需的电流量。幸运的是，有一些控制器IC可以与标准电机驱动电路一起使用，以提供单一的驱动器/控制器解决方案。

一个低成本SMD（24脚SOIC）精密电机控制器的例子是德州仪器的LM628/LM629。该组件集成了一个数字PID控制环路，带有基于DAC的驱动或8位PWM输出，用于驱动外部H桥。在LM268版本中，推荐使用外部8位至12位DAC来生成驱动信号。基于LM629的控制器提供8位PWM输出，用于直接驱动外部H桥。两者都提供28脚DIP封装，适用于恶劣环境。

德州仪器LM628伺服电机控制IC的方框图。来自LM628数据手册。

电机系统的其他组件

无论您的电机驱动和控制电路的大小或复杂性如何，许多组件都将需要支持您在系统中使用的驱动控制器。这些组件需要做的事情从提供电源到接收用户命令。以下是您的产品可能需要的一些其他组件：

• MCU或其他控制器

• 用于HMI的显示模块

• 用于电源调节的DC-DC转换器

一旦你知道如何驱动伺服电机，你就可以使用Octopart中的高级搜索和过滤功能找到所有你需要的组件。当你使用Octopart的电子元件搜索引擎时，你将能够访问完整的分销商数据和部件规格，而且所有这些都是在一个用户友好的界面中免费提供的。查看我们的电机和驱动页面以找到你需要的组件。

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