實踐驅(qū)動電路中通常要用硬件電路便當(dāng)?shù)乜刂崎_關(guān),電機(jī)驅(qū)動板主要采用兩種驅(qū)動芯片,一種是全橋驅(qū)動HIP4082,一種是半橋驅(qū)動IR2104,半橋電路是兩個mos管組成的振蕩,全橋電路是四個mos管組成的振蕩。其中,IR2104型半橋驅(qū)動芯片能夠驅(qū)動高端和低端兩個N溝道MOSFET,能提供較大的柵極驅(qū)動電流,并具有硬件死區(qū)、硬件防同臂導(dǎo)通等功用。運用兩片IR2104型半橋驅(qū)動芯片能夠組成完好的直流電機(jī)H橋式驅(qū)動電路,而且IR2104價錢低廉,功用完善,輸出功率相對HIP4082較低,此計劃采用較多。
H橋驅(qū)動原理圖
另外,由于驅(qū)動電路可能會產(chǎn)生較大的回灌電流,為避免對單片機(jī)產(chǎn)生影響,最好用隔離芯片隔離,隔離芯片選取有很多方式,如2801等,這些芯片常做控制總線驅(qū)動器,作用是進(jìn)步驅(qū)動才能,滿足一定條件后,輸出與輸入相同,可停止數(shù)據(jù)單向傳輸,即單片機(jī)信號能夠到驅(qū)動芯片,反過來不行。
h橋mos管驅(qū)動電路圖
mos管h橋電機(jī)驅(qū)動電路
如下圖中所示為一個典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿,而電機(jī)就是H中的橫杠(注意:下圖及隨后的兩個圖都只是示意圖,而不是完整的電路圖,其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來)。
如圖所示,H橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機(jī)。要使電機(jī)運轉(zhuǎn),必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況,電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī),從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
H橋驅(qū)動電路
要使電機(jī)運轉(zhuǎn),必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如,如圖2所示,當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時,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。按圖中電流箭頭所示,該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時,電流將從左至右流過電機(jī),從而驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(電機(jī)周圍的箭頭指示為順時針方向)。
H橋電路驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動
下圖所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況,電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時,電流將從右至左流過電機(jī),從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時針方向)。
H橋驅(qū)動電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動
使能控制和方向邏輯
驅(qū)動電機(jī)時,保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通,那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負(fù)極。此時,電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載,因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值(該電流僅受電源性能限制),甚至燒壞三極管?;谏鲜鲈?,在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。
改進(jìn)電路在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導(dǎo)通信號相接,這樣,用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。而2個非門通過提供一種方向輸人,可以保證任何時候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導(dǎo)通。(與本節(jié)前面的示意圖一樣,圖4所示也不是一個完整的電路圖,特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。)
具有使能控制和方向邏輯的H橋電路
采用以上方法,電機(jī)的運轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制:兩個方向信號和一個使能信號。如果DIR-L信號為0,DIR-R信號為1,并且使能信號是1,那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通,電流從左至右流經(jīng)電機(jī)(如圖5所示);如果DIR-L信號變?yōu)?,而DIR-R信號變?yōu)?,那么Q2和Q3將導(dǎo)通,電流則反向流過電機(jī)。
使能信號與方向信號的使用
實際使用的時候,用分立元件制作H橋是很麻煩的,好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路,接上電源、電機(jī)和控制信號就可以使用了,在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。下圖是兩張分立元件的H橋驅(qū)動電路:
MOS管驅(qū)動
跟雙極性晶體管相比,一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流,只要GS電壓高于一定的值,就可以了。這個很容易做到,但是,我們還需要速度。
在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅(qū)動,實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流,因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路,所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計MOS管驅(qū)動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
MOS管驅(qū)動電路第二注意的是,普遍用于高端驅(qū)動的NMOS,導(dǎo)通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時 柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統(tǒng)里,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動器都集成了電荷泵,要注意的是應(yīng)該 選擇合適的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅(qū)動MOS管。
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