基于H桥PWM控制的直流电机正反转调速驱动控制电路

基于基于H桥桥PWM控制的直流电机正反转调速驱动控制电路控制的直流电机正反转调速驱动控制电路

Design of DC motor driver cotrol based on MOSFET

Abstract: Based on the H-bridge PWM control is designed for driving and controlling DC motor of positive rotation,reverse

rotation and speed regulation,with the core of N Channel MOSFET,and with the purpose of meeting the needs of high-power

DC motor driving and controlling.Experiments show that the drive circuit has characteristics of sample construction,powerful

drive energy and power consumption is low.

Keywords: N channel MOSFET; H bridge; PWM control; charge pump; power amplification; DC motor

摘要: 以N沟道增强型场效应管为核心，基于H桥PWM控制原理，设计了一种直流电机正反转调速驱动控制电路，满足大功率

流电机控制电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功

率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。该驱动

电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用PWM技术

实现直流电机调速控制。

2 直流电机驱动控制电路总体结构

直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H桥功率驱动电路等四部

分，其电路框图如图1所示。

由图可以看出，电机驱动控制电路的外围接口简单。其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信

号Brake，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。

在大功率驱动系统中，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。隔离后的控制信号经电机

H型全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态。S1、S2为一组，S3、S4为一组，这两组状态互补，当一组导通时，另

一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、

S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。

实际控制中，需要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导通且S3、S4关断到

S1、S2关断且S3、S4导通这两种状态间转换。这种情况理论上要求两组控制信号完全互补，但是由于实际的开关器件都存在

导通和关断时间，绝对的互补控制逻辑会导致上下桥臂直通短路。为了避免直通短路且保证各个开关管动作的协同性和同步

性，两组控制信号理论上要求互为倒相，而实际必须相差一个足够长的死区时间，这个校正过程既可通过硬件实现，即在上下

桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可通过软件实现。

图2中4只开关管为续流二极管，可为线圈绕组提供续流回路。当电机正常运行时，驱动电流通过主开关管流过电机。当电机

处于制动状态时，电机工作在发电状态，转子电流必须通过续流二极管流通，否则电机就会发热，严重时甚至烧毁。