基于較大功率的直流電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)電路方案

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，無論加上何種控制信號(hào)，何種無源負(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電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針方向轉(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。