某光電裝備電機驅動電路失效分析

摘要：驅動電路的性能很大程度上影響整個系統的工作性能。驅動電路的設計中主要考慮功能和性能等方面的因素。本文首先介紹了某平臺的電機驅動電路，然后就實際工作及實驗中驅動電路出現的失效信息作以分析，對問題進行總結：導致樣品失效原因是由于電機產生的反電動勢使功率模塊內部的三極管芯片產生表面擊穿，致使電源與地短路，產生大電流導致功率模塊與繼電器以及三極管燒毀。最后并提出了解決方案。
關鍵詞：驅動電路；失效分析；H橋；PWM

驅動電路的性能很大程度上影響整個系統的工作性能。驅動電路的設計中主要考慮功能和性能等方面的因素，例如電機是單向還是雙向轉動、需不需要調速等等。對于單向的電機驅動，只要用一個大功率三極管或場效應管或繼電器直接帶動電機即可，當電機需要雙向轉動時，可以使用由4個功率元件組成的H橋電路或者使用一個雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調速，只要使用繼電器即可：但如果需要調速，可以使用三極管，場效應管等開關元件實現PWM(脈沖寬度調制)調速。
我某平臺的驅動電路為雙極性驅動方式，利用H橋驅動電路和PWM控制實現對直流電動機正反兩個方向的調速控制和伺服控制。由于H橋驅動電路和PWM調速的電機驅動電路存在共態導通、反向制動電流過大等一些問題，在實際工作和實驗中，會遇到驅動電路失效問題。下面，就幾種經常出現的失效現象對驅動電路作以失效性分析。

1 某平臺的電機驅動電路
1．1 功率驅動電路部分
控制信號經過比較器產生方波，經過如圖1所示電路輸出(H1～H4)到功率模塊。通過計算機控制繼電器的吸合，為功率模塊供電，功率模塊輸出控制信號到機構。

1．2 功率模塊部分
該設備功率模塊采用東芝某型號功率模塊，模塊內部電路構成是典型的“H橋驅動電路”。電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠。
如圖2所示，H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。