如何將PWM邏輯信號源連接至電池供電的馬達驅動器" title="馬達驅動器">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" title="占空比">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" title="低通濾波器">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：
圖1：具有PWM接口的LM4570馬達驅動器
其中R1是與并聯的R1A及R1B(形成這兩個電阻器的分壓)等效的阻抗。同樣，假設PWM輸入端的占空比為50%，且輸出端與VDD/2平衡，則可得出IN端的電壓計算式：
式6：
顯而易見，式5與式6在形式上實際是相同的，因此我們可以發現，只需使R2等于RF，并使R1A與R1B為RG值的兩倍即可。使用對稱電路的一個好處是從計算式子中去除了VDD項，從而使得此電路對電池電壓的變化不再敏感。
為了測試這些計算式，我們將使用具有下列參數的示例：VLOGIC=1.5V，VOUT(PEAK)=3.0V
為獲得上述值，我們需要“增益”達到4。將RF選為200k并使用式3即可計算出RG等于100k，或RG1與RG2等于49.9k。由于這兩個部分是對稱的，將R2選為200k并再次使用式3即可計算出R1等于100k，或R1A與R1B等于200k。為了*估該電路的性能，我們對0%至100%的輸入端占空比進行參數掃描，同時將電池電壓從3.0V逐步增加至3.6V，直至4.2V。此外，我們使用蒙地卡羅(Monte Carlo)分析法檢測電阻值以判斷其敏感性(結果如圖2中所示)。
圖2：模擬結果
如圖2中所示，VO1與VO2兩個輸出端相互之間互補。請注意，這兩個信號在50%占空比點或輸入端上的0.75V處永遠相交于零。即使當電池電壓在其可用范圍內變化時，也會在二分之一電池電壓處相交。
圖2中的模擬也是電阻器公差為1%的蒙地卡羅掃描。如圖中所示，每條走線略微變寬，這表示僅對性能產生可以忽略的影響。
如圖2中所示，VO1與VO2兩個輸出端相互之間互補。請注意，這兩個信號在50%占空比點或輸入端上的0.75V處永遠相交于零。即使當電池電壓在其可用范圍內變化時，也會在二分之一電池電壓處相交。
圖2中的模擬也是電阻器公差為1%的蒙地卡羅掃描。如圖中所示，每條走線略微變寬，這表示僅對性能產生可以忽略的影響。