發布日期：2022-10-11 點擊率：650
【導讀】電路采用NMOS場效應管作為功率輸出器件，設計并實現了較大功率的直流電機H橋驅動電路，并對額定電壓為24伏，額定電流為3.8A的25D60-24A直流電機進行閉環控制，電路的抗干擾能力強，在工業控制領域具有較強的適用性。
該電路采用NMOS場效應管作為功率輸出器件，設計并實現了較大功率的直流電機H橋驅動電路，并對額定電壓為24伏，額定電流為3.8A的25D60-24A直流電機進行閉環控制，電路的抗干擾能力強，在工業控制領域具有較強的適用性。許多半導體公司推出了直流電機專用驅動芯片，但這些芯片多數只適合小功率直流電機，對于大功率直流電機的驅動，其集成芯片價格昂貴。
在直流電機驅動電路的設計中，主要考慮一下幾點：
1.功能：
電機是單向還是雙向轉動？需不需要調速？對于單向的電機驅動，只要用一個大功率三極管或場效應管或繼電器直接帶動電機即可，當電機需要雙向轉動時，可以使用由4個功率元件組成的H橋電路或者使用一個雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調速，只要使用繼電器即可；但如果需要調速，可以使用三極管，場效應管等開關元件實現PWM（脈沖寬度調制）調速。
2.性能：
對于PWM調速的電機驅動電路，主要有以下性能指標：
1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅動多大功率的電機。
2）效率，高的效率不僅意味著節省電源，也會減少驅動電路的發熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關工作狀態和防止共態導通（H橋或推挽電路可能出現的一個問題，即兩個功率器件同時導通使電源短路）入手。
3）對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或光電耦合器實現隔離。
4）對電源的影響。共態導通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導致地線電位浮動。
5）可靠性。電機驅動電路應該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負載，電路都是安全的。H橋驅動電路：H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機，因其外形酷似字母‘H’，所以稱作H橋驅動電路。
圖1：H橋驅動電路
要使電機M運轉，必須使對角線上的一對三極管導通。例如當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經Q1從左至右穿過電機，然后再經Q4回到電源負極。電機順時針轉動。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，驅動電機逆時針方向轉動。
圖2：H橋驅動原理示意圖
完整的晶體管H橋驅動電路，PWM1，PWM2，為電機方向控制輸入端，PWM1=1，PWM2=0時正轉，PWM=0，PWM2=1時電機反轉。
PWM1，PWM2同時也是電機調速的脈寬輸入端。
圖3：完整晶體管H橋驅動電路
晶體管是最為廉價的控制方法，但在晶體管上有明顯的壓降，會產生功率的損耗，效率不高，適宜應用在低電壓，小功率的場合。
下圖是場效應管組成的H橋驅動電路，場效應管是效率最高的控制方式，但價格較高，通常應用在大功率電機驅動場合。
圖4：場效應管組成的H橋驅動電路
上面都是有分立元件構成的電路，實際使用中制作麻煩，故障率高。通常采用集成的H橋驅動芯片，集成度高，使用方便，可靠性高。L9110，L298N，LMD18200，TA7257P、SN754410，MC33886等。
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3.實際驅動電路：
L9110驅動電路
L9110是為控制和驅動電機設計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，整機可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，可直接與單片機接口，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅動能力，每通道能通過750~800mA的持續電流，峰值電流能力可達1.5~2.0A；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅動繼電器、直流電機、步進電機或開關功率管的使用上安全可靠。L9110被廣泛應用于玩具汽車電機驅動、步進電機驅動和開關功率管等電路上。
寬電壓工作范圍2.5V~12v。
圖5：L9110驅動電路
L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，3~46V，輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續工作電流為2A；額定功率25W.內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制，與單片機管腳直接連接；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作，有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。
VS位電機驅動電源，VSS為邏輯控制電源。
下圖中PA0~PA3為單片機的I/O腳，控制兩個DC電機M1，M2正反轉。
圖6：L298N驅動電路
4相步進電機驅動電路
圖7：4相步進電機驅動電路
LMD18200驅動電路
LMD18200是美國國家半導體公司（NS）推出的專用于運動控制的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6A，連續輸出電流達3A，工作電壓高達55V，還具有溫度報警和過熱與短路保護功能。
內部集成了四個DMOS管，組成一個標準的H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個300kHz左右的工作頻率。可在引腳1、11外接電容形成第二個充電泵電路，外接電容越大，向開關管柵極輸入電容充電速度越快，電壓上升的時間越短，工作頻率可以更高。引腳2、10接直流電機，正轉時電流的方向應該從引腳步到引腳10；反轉時電流的方向應該從引腳10到引腳2.電流檢測輸出引腳8可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。
內部保護電路設置的過電流閾值為10A，當超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復輸出。如果過電流持續時間較長，過熱保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出，當結溫達到145度時引腳9有輸出信號。PB0，PB1為單片機的I/O口，PB0控制電機的正反轉，PB1輸入脈寬控制電機的轉速。
圖8：LMD18200驅動電路
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