马达驱动芯片核心逻辑：从信号到动力的“功率放大密码”

马达驱动芯片的核心作用是接收控制信号，并输出足够的电压 / 电流来驱动电机运转，同时集成保护、调速、换向等功能，本质是一个功率放大与控制的专用集成电路（IC）。它能解决单片机、MCU 等控制芯片输出功率不足的问题，广泛用于直流电机、步进电机、无刷直流电机（BLDC）等驱动场景。

一、 核心工作逻辑

马达驱动芯片的工作流程可简化为“信号输入 → 逻辑处理 → 功率输出 → 反馈保护”四步：

1. 控制信号输入

• 控制端接收来自 MCU / 单片机的弱电信号，常见类型有：

  • PWM 信号

    用于调节电机转速（占空比越大，平均电压越高，转速越快）；

  • 方向电平信号

    高低电平控制电机正反转；

  • 脉冲信号

    用于步进电机的步距角控制。

• 内部逻辑处理

• 芯片内置逻辑电路（如 H 桥驱动逻辑、斩波控制电路），对输入信号进行解码和转换，生成驱动功率开关管的控制信号。

• 例如：接收到 “正转” 电平信号时，逻辑电路会控制 H 桥的上桥臂左管、下桥臂右管导通，电流正向流过电机绕组。

• 功率放大输出

• 这是驱动芯片的核心部分，通过

• 功率开关管（MOS 管或 IGBT）

• 放大电流，为电机提供足够的驱动功率。

• 功率开关管的导通 / 关断由逻辑电路控制，实现电机的启动、停止、调速和换向。

• 反馈与保护

• 大部分驱动芯片集成保护功能，通过采样电路监测电流、电压、温度等参数，异常时自动关断输出，避免芯片和电机损坏：

  • 过流保护（OCP）

    采样电阻监测输出电流，超过阈值时关断开关管；

  • 过温保护（OTP）

    内置热敏元件，温度过高时触发保护；

  • 欠压锁定（UVLO）

    电源电压低于阈值时停止工作，防止芯片误动作。

二、 不同电机驱动的核心电路结构

马达驱动芯片的内部结构随电机类型不同而差异较大，核心拓扑以H 桥电路为主：

1. 直流有刷电机驱动 → H 桥拓扑

这是最常见的驱动结构，由 4 个功率开关管组成 “H” 形，通过控制不同桥臂的导通组合，实现电机正反转和调速。

• • 正转

    上左管 + 下右管导通 → 电流从左到右流过电机；

  • 反转

    上右管 + 下左管导通 → 电流从右到左流过电机；

  • 调速

    PWM 信号控制开关管的导通占空比 → 调节电机两端平均电压。

• 步进电机驱动 → 双 H 桥拓扑

• 步进电机需要两相或四相绕组独立驱动，驱动芯片内置

• 双 H 桥或多 H 桥

• 电路，通过接收脉冲信号，依次切换各相绕组的通电状态，带动电机转子步进转动。

• 高端芯片还支持细分驱动功能，通过脉宽调制将一个步距角细分为多个微步，提升电机运行精度和平稳性。

• 无刷直流电机（BLDC）驱动 → 三相逆变桥拓扑

• BLDC 电机无电刷，需通过霍尔传感器或反电动势检测转子位置，驱动芯片内置

• 三相逆变桥（6 个功率开关管）

• 根据转子位置信号依次导通不同桥臂，实现电子换向。此类芯片通常集成FOC（磁场定向控制）算法，可实现高精度调速和转矩控制。

三、 典型应用特性

• 电压范围

  覆盖低电压（3.3V~24V，适用于小型电机）到高电压（48V~300V，适用于工业电机）；

• 电流等级

  从几十毫安（微型电机）到几十安培（大功率电机）；

• 集成度

  低端芯片仅提供基础驱动功能，高端芯片集成霍尔解码、FOC 算法、串口通信（如 CAN、UART）等功能。

四、 实例：以 DRV8311H 为例（三相 BLDC 驱动芯片）

DRV8311H 是 TI 推出的三相栅极驱动芯片，专为电机驱动设计，其工作原理可对应上述逻辑：

1. 接收 MCU 的 PWM 信号和转子位置信号（霍尔或编码器）；

2. 内部逻辑电路解码后，生成 6 路栅极驱动信号，控制外部三相逆变桥的 MOS 管；

3. 输出三相交流电驱动 BLDC 电机运转；

4. 集成过流、过温、欠压保护，通过 SPI 接口可配置保护阈值和工作模式。