简述H桥式电机驱动电路工作原理

接线图 2023年09月21日 21:12 182 admin

简介：本文主要介绍H桥式电机驱动电路的工作原理。

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ZetexFMMT718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）。

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。

简述H桥式电机驱动电路工作原理第1张

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）。

简述H桥式电机驱动电路工作原理第2张

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）。

简述H桥式电机驱动电路工作原理第3张

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。）

简述H桥式电机驱动电路工作原理第4张