有刷电机驱动器的功耗计算方法(一)

本文将探讨电机驱动器IC的功耗。

曾有人问，是否可以用下面的公式计算电机驱动器IC的功耗。

（IC电路电流+流过电机的电流）×电源电压

乍一看貌似没问题，但实际上是不正确的。“IC电路电流×电源电压”虽然不错，但“流过电机的电流×电源电压”中却含有电机的功耗，因此，正确的做法是应先求出电机驱动器IC的输出功耗，再加上IC电路的功耗。

输出功耗通过“损耗电压×输出电流”来计算。后续会介绍在电机驱动器IC输出段的H桥电路中的计算方法，在这里为了便于理解，给出了线性稳压器IC的功耗计算公式作为简单示例。

线性稳压器IC的功耗＝自身功耗(Vin×Iin)＋输入输出电压差(Vin－Vout)×输出电流(I_O)

在该公式中，Iin是技术规格书中被称为“I_cc”或“Iq”等的电流，是从Vin引脚流到IC内部的输出稳压控制电路并被消耗的电流。下一项“输入输出电压差×输出电流”是输出损耗（消耗）功率。

例如，在运算放大器IC的输出电流未达到毫安级别的情况下，即使通过“电源电压×电源电流”来计算，也不会对其误差产生很大的影响，但对于电源IC或电机驱动器IC这类需要供应较大输出电流的IC来说，如果按照“电源电压×输出电流”来计算，则会产生很大误差。

这样的说明虽然貌似有些绕弯，但是电机驱动器IC的功耗计算也是相同的思路。

有刷电机驱动器的功耗计算方法

下面将以有刷电机驱动器IC为例来说明功耗计算公式。有刷电机驱动器IC的典型驱动方法包括恒压驱动和PWM驱动，因此先来介绍恒压驱动。

①恒压驱动时的功耗计算

恒压驱动的情况下，有刷电机驱动器IC的功耗Pc基本上可以通过以下公式求得：

Pc＝小信号部电路电流×电源电压＋流过电机的电流×(高边输出间的电压＋低边输出间的电压)

下图是表示功耗发生在哪部分以及功耗的产生机制示意图。

标为“小信号部”的部分是有刷电机驱动器IC的控制电路，设这部分的电路电流为I_cc、电源电压为V_cc、流过电机的电流为I_O。此外，Q1～Q4的MOSFET在输出段的H桥电路中。

小信号部电路的功耗可以简单地通过I_cc×V_cc来计算。

H桥部分是高边Q1和低边Q4导通，I_O从V_cc经由Q1流向电机，并经由Q4流向GND。需要求此时的H桥的功耗（损耗）。MOSFET的导通状态可以等效地视为电阻器，其阻值为MOSFET的导通电阻Ron。假设高边Q1的导通电阻为RonH、低边Q4的导通电阻为RonL，则各输出之间的电压可用以下公式来表示。

高边输出间的电压VH＝I_O×RonH
低边输出间的电压VL＝I_O×RonL

由此，即可通过以下公式来计算功耗Pc。

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

虽然测量实际VH和VL的方法很实用，但是由于MOSFET的Ron已在技术规格书中给出，因此使用最大值来计算即可预估最差的情况。

未完待续

审核编辑：汤梓红