驱动电路用在使用了某类控制器并且要求速度控制的应用中。驱动电路的目的是为控
制器提供改变 BDC 电机中绕组电流的方法。本节中讨论的驱动电路允许控制器对 BDC 电
机的供电电压进行脉宽调制。就功耗来说,这样的速度控制方法在改变 BDC 电机的速度方
面比起传统的模拟控制方法效率要高很多。传统的模拟控制要求与电机绕组串联一个额外
的变阻器,这样会降低效率。驱动 BDC 电机的方法多种多样。X有些应用场合仅要求电机
往一个方向运转。图 6 和图 7 给出了向一个方向驱动 BDC 电机的电路。前者采用低端驱动,
后者采用高端驱动。X使用低端驱动的优点是可以不必使用 FET 驱动器。FET 驱动器的用
途是:
1. 将驱动 MOSFET 的 TTL 信号转换为供电电压的电平。
2. 提供足以驱动 MOSFET 的电流(1)
3. 提供半桥应用中的电平转换。
注X1:对于绝大多数 PIC®单片机应用,第二点通常不适用,这是因为 PIC 单片机的
I/O 引脚可提供 20 mA 的拉电流。
[1]
注意,在每个电路中,电机的两端都跨接有一个二极管,目的是防止反电磁通量
(Back ElectromagneticFlux,BEMF)电压损坏 MOSFET。BEMF 是在电机转动过程中
产生的。X当 MOSFET 关断时,电机的绕组仍然处于通电状态,会产生反向电流。D1 必须
具有合适的额定值,以能够消耗这一电流。
BDC 电机的双向控制需要一个称为 H 桥的电路。H 桥的得名缘于其原理图的外观,
它能够使电机绕组中的电流沿两个方向运动。要理解这一点,H 桥必须被分为两个部分,
或两个半桥。X如图 8 所示,Q1 和 Q2 构成一个半桥,而 Q3 和 Q4 构成另一个半桥。每个
半桥都能够控制 BDC 电机一端的导通与关断,使其电势为供应电压或地电位。例如,当
Q1 导通,Q2 关断时,电机的左端将处于供电电压的电势。导通 Q4,保X持 Q3 关断将使
电机的相反端接地。标注有箭头的 IFWD 显示了该配置下电流的流向。
注意,每个 MOSFET 的两端都跨接有一个二极管(D1-D4)。这些二极管保护
MOSFET 免遭 MOSFET 关断时由 BEMF 产生的电流尖峰的破坏。只有在 MOSFET 内部
的二极管不足以消耗 BEMF 电流时,才需要这些二极管。电容X(C1-C4)是可选的。X这
些电容的值通常不大于 10 pF,它们用于减少由于换向器起拱产生的 RF 辐射。
表 1 给出了 H 桥电路的不同驱动模式。在前向和后向模式中,桥的一端处于地电势,
另一端处于 VSUPPLY。在图 8 中,IFWD 和 IRVS 箭头分别描绘了前向和后向运行模式的
电路路径。在惯性滑行X(Coast)模式中,电机绕组的接线端保持悬空,电机靠惯性滑行
直至停转。X刹车(Brake)模式用于快速停止 BDC 电机。X在刹车模式下,电机的接线端
接地。当电机旋转时,它充当一个发电机。将电机的引线短路相当于电机带有无穷大负载,
可使电机快速停转。IBRK 箭头描绘了这一点
设计 H 桥电路时,必须要考虑到一个非常重要的事项。当电路的输入不可预测X(比
如单片机启动过程中)时,必须将所有的 MOSFET 偏置到关断状态。X这将确保 H 桥每个
半桥上的 MOSFET 绝不会同时导通。X同时导通同一个半桥上的 MOSFET 将导致电源短路,
最终导致损坏 MOSFET,致使电路无法工作。每个 MOSFET 驱动器输入端上的下拉电阻
将实现该功能(配置图请见图 8)。
速度控制
BDC 电机的速度与施加给电机的电压成正比。当使用数控技术时,脉宽调制X
(PWM)信号被用来产生平均电压。电机的绕组充当一个低通滤波器,因此具有足够频率
的 PWM 信号将会在电机绕组中产生一个稳定的电流。平均电压、供电电压和占空比的关
系由以下公式给出:
公式 1:VAVERAGE= D ×VSUPPLY