直流电机驱动

使能信号与方向信号的使用
H桥驱动电路原理
实际H桥电路
实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的， 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、MC33886、 TA7257P、SN754410、PTS7960等。
H桥电路驱动电机顺时针转动
H桥驱动电路原理
下图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）。
H桥电路驱动电机逆时针转动
H桥驱动电路原理
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。
H桥驱动芯片—MC33886
H桥驱动芯片—MC33886
H桥驱动芯片—MC33886
H桥驱动芯片—MC33886
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H桥驱动芯片—L298
L298是著名的SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动 电路，具有两套H桥电路。L298内置两个H桥，每个桥提供 1A的额定工作电流，和最大3A的峰值电流。它能驱动的马 达不超过可乐罐大小。
H桥驱动芯片—L298
L298电路原理图
H桥驱动芯片—L298
• 电机驱动的几点心得： • 1.电机供电最好和单片机供电独立开来，中间 加光耦隔离。防止电机通过回路干扰单片机。 如果非要共用一个电源，那也要采取一些措施 模拟地和数字地单点共地，采用0欧电阻或磁 珠连接； • 2.元件件的参数要留一定的富裕量，保证能可 靠工作。IC器件VCC加104电容高频滤波； • 3.PCB布线强弱电分开，尽量远离走线；
直流电机的驱动—开关驱动
处理器
PWM 信号 PWM 信号
光电隔离
大功率 晶体管
功率 输出
电机
晶体管将恒定的直流电源转换成一定的方波电压加在电机 电枢上。 优点：与线性驱动方式不同，该方式下，晶体管工作在开 关状态。当器件导通时，器件的电流很大但压降却很小；器 件关断时，压降很大电流却很小。因此这种驱动方式功耗小， 效率高。通过控制开关的频率和脉宽，可以对电机的转动进 行控制。
• 直流电机的驱动电路有线性放大驱动型 和开关驱动型。
直流电机的驱动—线性放大
处理器
控制 信号 驱动 电压
D/A转换
线性功放
功率 输出
电机
处理器输出的控制信号经D/A转换为电压信号，驱动器将这 个信号进行线性功率放大后提供给电机。 缺点：由于驱动器上通过的电流和压降都比较大，因此这 种驱动方式最大的缺点是功耗大，效率低。 优势：由于线性功放不存在高频的开关动作，因此输出电 压平稳，与PWM等开关驱动方式相比，电磁干扰和噪声要小得 多。
具有使能控制和方向 逻辑的H桥电路
H桥驱动电路原理
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－源自文库信号为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。
H桥驱动电路原理
要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如， 如下图所示，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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直流电机驱动
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电机的种类
伺服电机 控制电机 电动机 功率电机 步进电机 力矩电机 无刷直流电机 直流电机 交流电机
电机
发电机 信号电机
直流发电机 交流发电机
交直两用电机
速度信号电机
位置信号电机
直流电机的驱动
• 对直流电机进行调速和控制，需经过直 流电机的驱动电路。驱动电路实际上就 是一个大功率的放大器。
直流电机的驱动—PWM方式
PWM全称是脉冲宽度调制。采用PWM进行电机的调
速控制，实际上是保持加在电机电枢上的脉冲电压频率 不变，调节其脉冲宽度。电机是一个惯性环节，它的电 枢电流和转速均不能突变，很高频率的PWM波加在电机 上，效果相当于施加一个恒定电压的直流电，这个电压
可以由脉冲的宽度调节。
围绕PWM还有许多其他的调速方式，如PFM(脉冲频 率调节)、SPWM、随机PWM等。
H桥驱动电路原理
下图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，下图所示也不是一个 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。）
H桥驱动电路原理
图中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H 桥驱动电路”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：该图只是示意图， 而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 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。