实时与嵌入式系统原理实验 电机驱动电路.pdf

沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 电机驱动电路 一、 直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 1． 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要 用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向 转动时，可以使用由 4 个功率元件组成的 H 桥电路或者使用一个双刀双掷的继 电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三 极管，场效应管等开关元件实现 PWM （脉冲宽度调制）调速。 2 ． 性能：对于 PWM 调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2 ）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路 的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H 桥或推挽电路可能出 现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3 ）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电 压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4 ）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大 的电流可能导致地线电位浮动。 5 ）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负 载，电路都是安全的。 二、 三极管- 电阻作栅极驱动 1．输入与电平转换部分： 输入信号线由 DATA 引入，1 脚是地线，其余是信号线。注意 1 脚对地连接了一个 2K 欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动 板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成 干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放 KF347 （也可以用TL084 ）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和 一个二极管的 2.7V 基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347 的输 入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出 的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。 不能用 LM339 或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输 出阻抗在 1 千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。 2 ．栅极驱动部分： 后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场 效应管本身的栅极电容（大约 1000pF）进行延时，防止H 桥上下两臂的场效应管同时导通 （“共态导通”）造成电源短路。 当运放输出端为低电平（约为 1V 至 2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场 效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约 为 VCC-(1V 至 2V),不能完全达到 VCC ）时，下面的三极管导通，场效应管截止。上面的三 极管截止，场效应管导通,输出为低电平。 上面的分析是静态的，下面讨论开关转换的动态过程：三极管导通电阻远小于 2 千欧， 因此三极管由截止转换到导通时场效应管栅极电容上的电荷可以迅速释放，场效应管迅速截 止。但是三极管由导通转换到截止时场效应管栅极通过 2 千欧电阻充电却需要一定的时间。 相应的，场效应管由导通转换到截止的速度要比由截止转换到导通的速度快。假如两个三极 1 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 管的开关动作是同时发生的，这个电路可以让上下两臂的场效应管先断后通，消除共态导通 现象。 实际上，运放输出电压变化需要一定的时间，这段时间内运放输出电压处于正负电源电 压之间的中间值。这时两个三极管同时导通，场效应管就同时截止了。所以实际的电路比这 种理想情况还要安全一些。 场效应管栅极的 12V 稳压二极管用于防止场效应管栅极过压击穿。