直流電動機(jī)是EPS系統(tǒng)的執(zhí)行元件，電機(jī)的控制電路在系統(tǒng)設(shè)計中有特殊地位，具有低電壓、大電流、大功率等特點。目前大電流直流電機(jī)多采用達(dá)林頓管或MOS管搭制H橋?qū)崿F(xiàn)PWM脈寬調(diào)制，因此體積較大。另一方面，由于分立器件各個元件的特性不同，使得驅(qū)動器的特性具有一定的離散性；此外，由于功率管的開關(guān)電阻比較大，因此功耗也很大，這就需要加大功率散熱片，這無疑進(jìn)一步加大了驅(qū)動器的體積。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于大功率MOS管的H橋驅(qū)動芯片逐漸顯現(xiàn)出其不可替代的優(yōu)勢。但目前能提供較大電流輸出的集成驅(qū)動芯片不是很多。意法半導(dǎo)體公司(ST)推出的全橋驅(qū)動芯片TD340是專用的電機(jī)驅(qū)動芯片，用作大功率直流電機(jī)控制器，它由一個雙單片上橋臂驅(qū)動器(HSD)和兩個下橋臂開關(guān)組成，芯片峰值輸出電流達(dá)30 A，工作電壓高達(dá)40 V。芯片內(nèi)部集成了全面的保護(hù)電路，如欠壓、過壓、接地?fù)p耗、正電源損耗等，完全滿足汽車電路助力轉(zhuǎn)向電機(jī)的電氣參數(shù)要求。
2 H橋式汽車電動助力轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動原理
　　在本系統(tǒng)中采用脈寬調(diào)制(PWM)控制H橋電路，實施對直流電動機(jī)的控制^[4]，由4個MOSFET功率放大管組成，MOSFET功率放大管的驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，可工作在上百千赫茲的開關(guān)狀態(tài)下。其工作原理如下：
　　H橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括4個MOSFET功率放大管和一個電機(jī)^[5]。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對MOSFET管。根據(jù)不同MOSFET管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
　　如圖2所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時，電流從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時針方向）。

　　圖3所示為另一對MOSFET三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時針方向）。

　　本系統(tǒng)采用4個International Rectifier生產(chǎn)的IRF3205型MOSFET功率放大管組成H橋路的四個臂。IRF3205具有8 mΩ導(dǎo)通電阻，耐壓55 V，最大直流電流110 A，滿足EPS系統(tǒng)對MOSFET功率放大管低壓(正常工作不超過15 V)大電流(額定電流30 A)的要求。同時，較低的導(dǎo)通電阻對于減小開關(guān)條件工作下MOSFET功率放大管的功耗也十分有效。
3 TD340控制芯片在汽車電動助力轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動電路中的應(yīng)用
3.1 TD340的引腳功能定義^[6]
　　TD340采用雙列貼片式封裝的引腳分布如圖4所示，各引腳的功能如下：
　　L1、L2：低邊門極驅(qū)動；
　　H1、H2；高邊門極驅(qū)動；
　　STBY：待機(jī)模式；
　　WD：看門狗信號輸入；
　　CWB：設(shè)置看門狗電容端；
　　VOUT：用于微處理器的5V電壓；
　　CF：設(shè)置PWM頻率的外部電容接入端；
　　IN1；模擬或數(shù)字信號輸入端；
　　IN2：電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制端；
??? VBATT、GND：電源正端和地端。

3.2 PWM信號調(diào)節(jié)方式
??? PWM信號是TD340最重要的控制信號，其最大工作頻率為25 kHz。PWM信號通過控制H橋上功率管的導(dǎo)通時間，實現(xiàn)對輸出負(fù)載平均電壓的調(diào)節(jié)。PWM信號的一個低電平狀態(tài)將會關(guān)閉兩個下橋臂開關(guān)，而當(dāng)PWM輸入端由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，下橋臂導(dǎo)通與否取決于輸入信號IN1，只有輸入信號從低電平變?yōu)楦唠娖綍r，下橋臂L1和L2才能重新導(dǎo)通。
3.3 汽車電動助力電機(jī)轉(zhuǎn)向控制信號和剎車信號
??? IN2為電機(jī)轉(zhuǎn)向控制信號，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和剎車；當(dāng)IN2為高電平時電機(jī)將正轉(zhuǎn)，當(dāng)IN2為低電平時電機(jī)將反轉(zhuǎn)；當(dāng)IN1處于低電平連續(xù)200 ?滋s以上時，系統(tǒng)將處于剎車模式，此時不論IN2為何種電平，電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動。
3.4 汽車電動助力轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動器電路設(shè)計
　　本文所設(shè)計的汽車電動助力轉(zhuǎn)向電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖5所示。該系統(tǒng)由方向盤扭矩傳感器輸入信號、微控制器、TD340和H橋電路、直流電機(jī)和汽車轉(zhuǎn)向柱組成。其中TD340用于構(gòu)成PWM發(fā)生器，功率放大電路是由4個MOSFET管組成的H橋電路。

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　　本系統(tǒng)中直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的電路原理如圖6，圖中的MOSFET管采用IRFP3250，當(dāng)加上一個足夠的門信號電壓時，功率MOSFET的通路電阻小于常規(guī)二極管，而在沒有門信號電壓的情況下，它具有常規(guī)二極管的反向特性。IN2用于控制直流電機(jī)M的正反轉(zhuǎn)。IN2為高電平時，電機(jī)正轉(zhuǎn)；IN2為低電平時，電機(jī)反轉(zhuǎn)。IN1輸出可調(diào)PWM信號，同時給MOSFET的門極施加開關(guān)驅(qū)動信號并通過調(diào)節(jié)占空比的大小來調(diào)節(jié)直流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速。電阻R1～R4用于控制MOS門的升降時間，也有利于避免門電壓的振蕩，門電壓的振蕩通常是與門電容處連接線的平行電感所引起的。R1～R4的值通常為10 Ω～100 Ω。電容C6用于存儲能量并對通過電橋電壓進(jìn)行濾波。在電壓上升和下降期間，為了保證系統(tǒng)的可靠性，可在兩個低端MOS管的門極各接一個下拉電阻以確保電橋保持關(guān)斷，但高端MOS管不能接下拉電阻，因為電荷泵不能為其提供必要的電流。

　　用TD340芯片構(gòu)成的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在吉利某車型上得到測試，測試結(jié)果表明具有如下特性：
　　(1)輸出電流大、驅(qū)動能力強(qiáng)、體積小。本實驗中，其輸出連續(xù)電流8 A，最大輸出連續(xù)工作電流可達(dá)30 A；
　　(2)電流調(diào)節(jié)范圍寬，占空比調(diào)節(jié)靈活，可在0 %～100 %之間任意調(diào)節(jié)；
　　(3)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速性能好。
??? 本文介紹的由TD340和Ｈ橋構(gòu)成的汽車電動助力轉(zhuǎn)向直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有元件需求少、所占空間小、裝配成本低、能耗小等優(yōu)點。實踐證明，此電路可靠性高、控制方便，具有較高的實用價值。