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2021.01.20 电机

使用H桥电路驱动有刷直流电机:原理

有刷直流电机

从本文开始,我们将介绍如何使用H桥电路来驱动有刷直流电机。在介绍具体的使用H桥电路来驱动有刷直流电机的驱动方法之前,本文将介绍H桥电路的原理。

什么是H桥电路?

基本上有刷直流电机具有两个电源端子,并且通过在这两个端子上施加电压来驱动电机。两个端子具有以下四种连接组合(仅此四种):

  ①两个端子都不与任何地方连接。(当一个连接而另一个未连接时,同样适用)
  ②将直流电源的(+)连接至一个端子,(-)连接至另一端子。
  ③将直流电源按照与②相反的极性连接至电机。
  ④两个端子之间相连接。

这四种状态可以通过以下使用了四个开关的电路来实现。由于该电路的形状类似于字母“H”,因此称为“H桥电路”(也称为“全桥电路”)。

①中电源端子未连接到任何地方的状态,可以通过将SW1~SW4全部OFF来实现。

②中将直流电源的(+)连接至一个端子,(-)连接至另一端子,需要将SW1和SW4接通(ON),将SW2和SW3断开(OFF)。这样电机将按某个方向旋转。

③的接法与②相反。将SW1和SW4关断(OFF),将SW2和SW3接通(ON)。这样电机将按与②相反的方向旋转。

④是电源端子之间的连接。当将SW1和SW3关断(OFF)并且将SW2和SW4接通(ON)时,就处于端子之间相互连接的状态。

有刷直流电机 更改连接用电路

有刷直流电机 更改连接用的电路实际的H桥电路示例

在上图中,为了便于理解连接的组合方式而使用了开关,但是在实际的电子电路中,四个开关使用半导体功率晶体管。右图所示的配置就是实际的H桥电路。在该电路中,电源的(+)侧晶体管(Q1,Q3)使用的是P通道MOSFET,(-)侧晶体管(Q2,Q4)使用的是N通道MOSFET。

有刷直流电机 H桥电路

实际的驱动电路配置示例

要改变有刷直流电机的转速,就需要改变施加到有刷直流电机的电压。为此,在电源和有刷直流电机之间插入电压控制电路,以直接或间接控制施加到有刷直流电机的电压。有两种控制方法,一种是在(-)侧直接连接有刷直流电机,另一种是插入控制电路来同时控制(-)侧。实际的驱动电路由可以改变连接状态的H桥电路和电压控制电路组成。

有刷直流电机 改变转速用的电路

关键要点:

・H桥电路是用来改变有刷直流电机连接状态的电路。

・使用4个开关(晶体管)进行有刷直流电机4种连接状态的切换。

・有刷直流电机的实际驱动电路由H桥电路和电压控制电路组合构成。

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