一種直流電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

該電路采用NMOS場(chǎng)效應(yīng)管作為功率輸出器件， 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了較大功率的直流電機(jī)H 橋驅(qū)動(dòng)電路，并對(duì)額定電壓為24 伏， 額定電流為3.8A 的25D60-24A 直流電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制， 電路的抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有較強(qiáng)的適用性。許多半導(dǎo)體公司推出了直流電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片， 但這些芯片多數(shù)只適合小功率直流電機(jī)， 對(duì)于大功率直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)， 其集成芯片價(jià)格昂貴。

在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)：

1. 功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)?需不需要調(diào)速?對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)

即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由4 個(gè)功率元件組成的H 橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使

用繼電器即可;但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)速。

2. 性能：對(duì)于PWM 調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)。

1)輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)。

2)效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防

止共態(tài)導(dǎo)通(H 橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路)入手。

3)對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或

光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。

4)對(duì)電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染;大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。

5)可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無(wú)論加上何種控制信號(hào)，何種無(wú)源負(fù)載，電路都是安全的。H橋驅(qū)動(dòng)電路： H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)，因其外形酷似字母‘H',所以稱作H橋驅(qū)動(dòng)電路。

要使電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如 當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。

完整的晶體管H橋驅(qū)動(dòng)電路，PWM1,PWM2,為電機(jī)方向控制輸入端，PWM1=1,PWM2=0時(shí)正轉(zhuǎn)，PWM=0,PWM2=1時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

PWM1,PWM2同時(shí)也是電機(jī)調(diào)速的脈寬輸入端。

晶體管是最為廉價(jià)的控制方法，但在晶體管上有明顯的壓降，會(huì)產(chǎn)生功率的損耗，效率不高，適宜應(yīng)用在低電壓，小功率的場(chǎng)合。

下圖是場(chǎng)效應(yīng)管組成的H橋驅(qū)動(dòng)電路，場(chǎng)效應(yīng)管是效率最高的控制方式，但價(jià)格較高，通常應(yīng)用在大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

上面都是有分立元件構(gòu)成的電路，實(shí)際使用中制作麻煩，故障率高。通常采用集成的H橋驅(qū)動(dòng)芯片，集成度高，使用方便，可靠性高。如L9110,L298N,LMD18200,TA7257P、SN754410,MC33886等。

L9110驅(qū)動(dòng)電路：

L9110是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平的輸入，可直接與單片機(jī)接口，具有良好的抗干擾性;兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過(guò)750~800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5~2.0A;同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降;內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。L9110 被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開關(guān)功率管等電路上。

寬電壓工作范圍2.5V~12v.

L298N驅(qū)動(dòng)電路：

L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，3~46V,輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A,持續(xù)工作電流為2A;額定功率25W.內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載;采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制，與單片機(jī)管腳直接連接;具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作，有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作;可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。

VS 位電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，VSS為邏輯控制電源。

下圖中PA0~PA3為單片機(jī)的I/O腳，控制兩個(gè)DC電機(jī)M1,M2正反轉(zhuǎn)。

4相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

LMD18200驅(qū)動(dòng)電路：

LMD18200 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)推出的專用于運(yùn)動(dòng)控制的H 橋組件。同一芯片上集成有CMOS 控制電路和DMOS 功率器件， 峰值輸出電流高達(dá)6A , 連續(xù)輸出電流達(dá)3A , 工作電壓高達(dá)55V , 還具有溫度報(bào)警和過(guò)熱與短路保護(hù)功能。

內(nèi)部集成了四個(gè)DMOS管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的H型驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)充電泵電路為上橋臂的2個(gè)開關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵

電路由一個(gè)300kHz左右的工作頻率?？稍谝_1、11外接電容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開關(guān)管柵極輸入電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)間越短，工作頻率可以更高。引腳2、10接直流電機(jī)，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳10;反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳10到引腳2.電流檢測(cè)輸出引腳8可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過(guò)電阻來(lái)輸出過(guò)流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閾值為10A,當(dāng)超過(guò)該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過(guò)電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過(guò)熱信號(hào)還可通過(guò)引腳9輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到145度時(shí)引腳9有輸出信號(hào)。PB0,PB1為單片機(jī)的I/O口，PB0控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，PB1輸入脈寬控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。