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H桥式电机驱动电路工作原理。

合乐888登录:H型桥式驱动器有着广泛的应用,如磁盘驱动、点秒机、汽车电子、伺服系统、玩具等等。这种驱动器在单电源情况下可以提供双向输出--由逻辑IC或微控制器进行控制。综通常使用2个NPN和2个PNP晶体管。如果接通一个NPN晶体管和对角线的PNP晶体管(比舅NPN1和PNP1),则实际上所有的上加电压都将加到电机负载上。
      以前,如果表面安装产品设计师需要高于几百毫安电流的话,就不得不采用体积较大的穿孔器件就是价格较高的SOT89,SOT223和D-PAK封装的表面安装晶体管。随着Zetex FMMT718和FMMT719系列NPN,PNP双极晶体管的推出,SOT23封装器件也可以驱动峰值电流达到6A,工作电流达到2.5A的负载了。这些SuperSOT器件具有很多优点,例如显着提高电路效率,节省器件数量和空间,提高可靠性。可以说,这些最先进器件的性能超过了现有的所有SOT23器件和许多SOT89及SOT223器件。

      H型桥式驱动器有着广泛的应用,如磁盘驱动、点秒机、汽车电子、伺服系统、玩具等等。这种驱动器在单电源情况下可以提供双向输出--由逻辑IC或微控制器进行控制。综通常使用2个NPN和2个PNP晶体管。所有晶体管都是发射极接地(见图1)。如果接通一个NPN晶体管和对角线的PNP晶体管(比舅NPN1和PNP1),则实际上所有的上加电压都将加到电机负载上。接通另一对晶体管则使负载上的电压方向相反。H型桥式晶体管常常要求附加的集电极-发射极保护二极管,以防止负载电机可能产生的瞬态电流和反馈电流损坏晶体管。

      在电池供电的情况中,关键是使电源电压尽可能全部通过负载,以使通过提高效率和使最低可用电压减小来延长电池寿命,图2所示的桥式电路可以提供1.5A的负载电流。通过基极电阻就可以很容易的调整电流(对PNP,将IB设定到最大电流的1/50,对NPN管IB设定为1/100)。电流为1.5A时,无论NPN或PNP管的饱和压降都仅为0.3V,电流更小时,饱和压降将再将低一半。

      通过低饱和损耗和低基极驱动电平,FMMT618/718可以提高电机的性能和寿命。因为它们的反负hFE足够高,能够导通反馈电流和瞬态电流,通常不通需要并联保护二极管。使用体积小的SOT23封装和少的器件数量意味着减少PCB的面积和降低成本。

一、H桥式电机驱动电路

      图1中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图1及随后的两个图都只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。

      在电路设计当中,全桥的作用非常重要,当桥式整流电路当中的四个二极管封装在一起时就构成了全桥电路,而全桥电路实际上就是大家常说的H桥电路。本篇文章将主要先容H桥电机驱动的工作原理,从逆时针和顺时针两个方面来进行全面的分析。


      如图所示,H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。

H桥式电机驱动电路工作原理——合乐888登录官方网站

图1 H桥式电机驱动电路


      要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。例如,如图2所示,当Q1管和Q4管导通时,电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机,然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。

      当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。

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图2 H桥电路驱动电机顺时针转动


      图3所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。

      当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。

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图3  H桥电路驱动电机逆时针转动


二、使能控制和方向逻辑

      驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。

      基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。

      图4所示就是基于这种考虑的改进电路,它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人,可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。(与本节前面的示意图一样,图4.15所示也不是一个完整的电路图,特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。)

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图4  具有使能控制和方向逻辑的H桥电路


      采用以上方法,电机的运转就只需要用三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。如果DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1,那么三极管Q1和Q4导通,电流从左至右流经电机(如图5所示);如果DIR-L信号变为1,而DIR-R信号变为0,那么Q2和Q3将导通,电流则反向流过电机。

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图5  使能信号与方向信号的使用


      实际使用的时候,用分立件制作H桥式是很麻烦的,好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路,接上电源、电机和控制信号就可以使用了,在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

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