比较好电机驱动H桥设计.pdf

H H HH桥电路设计 PWM PWM 一．PPWWMM调速直流电机驱动电路的设计目标 本电路设计是为了满足机器人走行电机的各种需求，例如PWM 信号输入，很大的瞬间电流 等要求。制定的设计目标如下： 1． 功率电路对其输入端有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入 主控电路； 2． MOS 管组成的H桥电机驱动电路，具有高效率和防止共态导通出 现的功能； 3．只引出两个控制端，即PWM 和方向信号，控制简单； 4．除了隔离的数字部分，整个电路只采用２４Ｖ供电（也可接12V）； 5．电路所能承受的电流（瞬间电流）足够大，以适应频繁的换向动作 和意外别死电机的情况发生； 6．电路可靠性高，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．电路组成 此电路共由四部分构成：输入输出部分，光电隔离部分，方向端控制引出部分，H桥部分， 分述如下： 1. 输入输出部分 输入的控制信号：PWMU 信号，方向信号DRU（U表示未经过隔离） 隔离所需的外部数字电源VCC EXTMODE,DATA, CLK, STROBE (供3958和3959共用的管脚)（后没有使用） 输出的控制信号：两个输出OUT1,OUT2接电机 电源供给：给电机供电的24V电源：24V, GND 给光耦供电的5V数字电源：5V,GS （实际GND与GS共地） 输入输出使用一个8pin插座 2. 光电隔离部分 PWM 信号采用高速光耦6N137，方向信号采用一般光耦 TLP521-1，此光耦隔离电路参考了 上届主机板上的设计，隔离过的信号为PWM 和方向信号DR接入H桥电路。 3.方向端控制的引出 为了控制方便，应设计出只有一个使能输入和一个方向控制信号。使能信号即PWM 信号， 经过隔离接入比较器的输入端即可。使电路达到PWM 有信号时电机转动，PWM 无信号为0 时，电机停转。而方向信号的引入应达到这样的效果：当方向信号为TTL 高电平时，电流 由OUT1流入OUT2，电机正转；方向信号为TTL 低电平时，电流方向变化，由OUT2流入 OUT1，电机反转。 从电路的原理中可看出，实现电流方向变化是由比较器的输出变化引起的，而使能信号不会 发生反向，因此只能使比较器的基准电压发生变化。可利用三极管组成的反向器将一个方向 信号引出两路反向的信号作为两个比较器的基准电压REF1和REF2，REF1接入比较器U1 的负端，REF2接入比较器U2的负端（如图所示）。 功能分析如下：由于PWM 信号和方向信号同为外部输入的幅度在0V至5V 变化的TTL 电 平，因此若方向信号直接与PWM 信号相比较，必然会出现输入相等的比较输出错误，解决 的方法是将方向信号幅度进行放大，使其的幅度范围能够满足低电平比PWM 信号的低电平 要高一点，大概在1~2V，否则会出现PWM 信号为0时输出两端也可能有电压；高电平接近 24V，必然比PWM 信号的最高幅值5V 要高，这样就能够避免比较错误，就能够保证方向 转换的稳定性，示意图如下： 工作状态分析：（1）当方向信号输入为TTL 低电平（0V）时，第一级三极管T1截止，REF1 为接近电源电压的24V，输入第一个比较器的负极；第二级三极管T2导通，REF2的电压经 过R22电阻的提升，为1V左右，输入第二个比较器的负极，若此时PWM 信号为大于1V， 则第一个比较器的输出为低电平，第二个比较器的输出为高电平；若此时PWM 信号为小于 1V，则第一个比较器的输出为低电平，第二个比较器的输出也为低电平，电机驱动两端输 出电压相同，达到电机制动； （2）若当方向信号输入为TTL 高电平（5V）时，第一级三极管T1导通，REF1的电压经过 R21电阻的提升，为1V左右，，输入第一个比较器的负极；第二级三极管T2的基极电压经过 R20上的压降使管子处于截止状态，REF2为接近电源电压的24V，输入第二个比较器的负极， 若此时PWM 信号为大于1V，则第一个比较器的输出为高电平，第二个比较器的输出为低 电平，与之前的状态电机方向相反，实现电机反转的功能，若 PWM 信号为小于1V，同前 所述，电机停转，实现反转制动。 具体统计见下表： 经过这个两极放大电路实现了一个方向控制端的引出，此电路原理简单，实用经济，频繁换 向使安全可靠，避免比较错误的情况发生。 电路中的电阻作用为： R1：限流电阻，100k为最优值。 R3,R5 ：上拉电阻。 R2,R6 ：提升三极管导通后的集电极电压，以保证基准电压低电平为1.3V左右，略高于电 源地。 R4 ：