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2021.02.24 电机

BTL功放电路的有刷直流电机驱动:
线性电压驱动

有刷直流电机

前面已经介绍过一些使用H桥电路驱动有刷直流电机的方法示例,接下来介绍“使用BTL放大器电路驱动有刷直流电机的方法”。BTL(Bridged Transformer Less,也有其他一些解释)放大器最初是将立体声放大器的两个输出连接到扬声器,用正相驱动一个输出,用反相驱动另一个输出,以作为单声道放大器使用的方法。本文中要介绍的是将其应用于有刷直流电机驱动后的方法。使用了BTL放大器的驱动分为电压驱动和电流驱动两种。先来看电压驱动。

使用BTL放大器电路驱动有刷直流电机:线性电压驱动

下图是以线性电压驱动有刷直流电机的BLT放大器电路图。

使用BTL放大器电路驱动有刷直流电机:线性电压驱动

该电路通过控制施加在两个输入(IN1、IN2)上的直流电压,来控制施加在电机上的直流电压(OUT1、OUT2)和电流的方向。该示例电路包括输入级放大器和与其连接的两个输出级功率放大器。电机连接在两个输出之间,如图所示。

下面解释一下该电路的工作。由输出M0、输入IN1和IN2组成的输入级放大器是简单的差分放大器。因此,如下所示,M0是通过将施加到IN1和IN2的电压之间的差乘以取决于R2/R1的增益并加上Vref而得到的电压。

 VM0=(R2/R1)×(VIN2-VIN1)+Vref

来看输出级功率放大器的输入M0(=输入级放大器的输出)与各输出(OUT1和OUT2)之间的关系。由于与输入级放大器一样由差分放大器组成,因此它们的关系如下。由于OUT1放大器在反相输入端接收M0,而OUT2放大器在同相输入端接收M0,因此输入电压差的项是不同的。

 VOUT1=(R4/R3)×(Vref-VM0)+VM/2
 VOUT2=(R4/R3)×(VM0-Vref)+VM/2

将求出VM0的第一个公式代入这些公式中,整理后如下:

 VOUT1=(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN1-VIN2)+VM/2
 VOUT2=(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN2-VIN1)+VM/2

因此,OUT1与OUT2之间的电压差如下:

 VOUT1-VOUT2=2×(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN1-VIN2)

上面的公式表示,当IN1的电压高于IN2的电压时,由于OUT2低于OUT1,因此电流从OUT1流向OUT2,反之,电流则从OUT2流向OUT1。施加到电机上的电压是将IN1和IN2之间的电压差乘以电压增益2×(R4/R3)×(R2/R1)所得的值。这样,就可以控制电机的正转和反转了。

如果使IN1和IN2具有相同的电压,则OUT1和OUT2的电压也会相同(=VM/2),因此可以将它们置于短路制动状态。但是,如果放大器存在失调情况,则输出电压差不会完全为零,因此可能需要进行调整。

该电路无法处于开路状态。要想创建开路状态,需要另行配置电路。

下次,我们计划介绍使用BTL放大器的有刷直流电机的线性电流驱动。

关键要点:

・将BTL放大器应用于电机驱动的有刷直流电机线性电压驱动示例。

・使用了BTL放大器的有刷直流电机驱动分为电压驱动和电流驱动两种。

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