將馬達驅動器連接至PWM源的設計方法

如何將PWM邏輯信號源連接至電池供電的馬達驅動器是我們面臨的一道難題。本文介紹了將馬達驅動器連接至PWM源的設計方法，其中包括相關方程式與組件選擇指南。該方法所采用的電路包括具有精確度與敏感性分析的示例。

將馬達驅動器連接至PWM源

LM4570是一種偏心旋轉質量(ERM)與線性諧振激勵(LRA)馬達驅動IC，適用于移動電話及其它便攜式媒體設備。本文的設計詳細說明了將LM4570連接至PWM源的設過程。

雖然LRA馬達是由交流雙極型波形以接近LRA的諧振頻率驅動，但ERM馬達主要由直流電壓驅動。由于需要采用直流電，因而可能不會出現交流耦合電容器與驅動器IC的輸入端串聯。

設計與驅動器IC連接的PWM接口需要大量數學知識以確保運算正確。

設計該電路的第一步是確定所需的增益。PWM源可以提供下列電壓電平：

式1：

其中VIN(PEAK)是PWM源可以提供的單端峰值輸出電壓，VLOGIC是PWM邏輯高電壓。如果PWM源可達到0%和100%的占空比，請使用式1。如果PWM源達不到0%與100%的占空比，則請使用式1a，因為需要按照該式相應地減小VIN(PEAK)：

式1a：

其中DC(MAX)與DC(MIN)分別為PWM源的最大與最小占空比。請選用DC(MAX)或DC(MIN)使得能夠產生最小VIN(PEAK)項，以確保獲得對稱的擺幅。

下一步是決定流經ERM馬達所需的峰值輸出電壓VOUT(PEAK)。為了在所有電池電壓下都實現一致的操作，可以將此值設置為3V或更低，也或者將其設置為4.2V以便在電池電量充足的條件下獲得最大超速驅動。必須依照ERM馬達規格來檢驗峰值輸出電壓，以確保其幅度與持續時間不超過ERM馬達制造商規定的規格。我們可以利用VOUT(PEAK)與VIN(PEAK)計算出系統增益：

方程式2：

其中，“增益(Gain)”是從單端PWM源到橋接式負載(BTL)放大器輸出端所需的增益。

有關圖1中電路所需增益的分析表明BTL輸出端的2X增益需要校正，電阻可通過下列式子來計算：

式3：

最簡易的方法是將RF選為200k，然后計算出RG1與RG2的和。將RG分為兩個電阻器是為了允許加入一個旁路電容器CF，以便形成一個一階低通濾波器。這個低通濾波器可防止來自PWM信號的高頻內容免受放大器及ERM馬達的輻射。將RG1與RG2選為基本相同的值，即可利用它們的和，并通過式3計算出所需的增益。低通濾波器的截止頻率則可通過下列式子來計算：

式4：

其中f-3dB是低通濾波器的截止頻率，通常設置為2kHz至5kHz。

設計該電路的最后步驟是為REF2正確增加偏壓(請參閱圖1)。必需這樣做的原因是由于PWM源的平均直流電平(二分之一VLOGIC)不同于輸出端的平均直流電平(二分之一VBATTERY的變化值)。選擇圖1中的電阻R1與R2即可完成此操作。請注意，REF1引腳的戴維南(Thevenin)阻抗約為10k，因此我們將選定R2約等于200k，以使加載影響可以忽略。偏壓的計算式如下所示：

式5：

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