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單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)、半橋電路驅(qū)動(dòng)

發(fā)布時(shí)間:2021-04-27 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】本文將介紹通過有刷電機(jī)“單開關(guān)電路”和“半橋電路”進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方法。兩種方法均適用直流驅(qū)動(dòng)和PWM驅(qū)動(dòng)。
  
本文將介紹通過有刷電機(jī)“單開關(guān)電路”和“半橋電路”進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方法。兩種方法均適用直流驅(qū)動(dòng)和PWM驅(qū)動(dòng)。
 
通過單開關(guān)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)
 
單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)、半橋電路驅(qū)動(dòng)
 
這是使用一個(gè)開關(guān)創(chuàng)建兩種狀態(tài)的電路,一種狀態(tài)是將直流電源的(+)和(-)連接到電機(jī),另一種狀態(tài)是斷開電機(jī)與直流電源的(+)或(-)的連接。因其可以通過一個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)而被稱為“單開關(guān)電路”。
 
當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí),電機(jī)根據(jù)極性在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn);而當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí),電壓消失,電機(jī)空轉(zhuǎn)后停止。開關(guān)的位置可以在①的(-)側(cè),也可以在③的(+)側(cè)。也可以用半導(dǎo)體功率晶體管(圖中的MOSFET)代替開關(guān)來構(gòu)成電子電路。如②所示設(shè)置在(-)側(cè)時(shí),使用Nch MOSFET;如④所示設(shè)置在(+)側(cè)時(shí),使用Pch MOSFET。
 
使用功率晶體管時(shí)有一些注意要點(diǎn)。在該電路中,在開關(guān)剛剛OFF后,電機(jī)的電感量即試圖使電流繼續(xù)保持流動(dòng),因此在①中,電機(jī)(-)側(cè)的電壓達(dá)到電源電壓以上;在③中,電機(jī)(+)側(cè)的電壓達(dá)到GND以下。該電壓超過電源電壓的幾倍。因此,在使用功率晶體管時(shí),需要按照②和④電路圖所示,將功率二極管與電機(jī)并聯(lián)連接,并通過用二極管的正向電壓抑制(鉗制)產(chǎn)生的電壓來保護(hù)晶體管。
 
當(dāng)有該鉗位二極管時(shí),在電機(jī)產(chǎn)生的電壓高于二極管正向電壓期間內(nèi),電機(jī)產(chǎn)生的電流將流過該二極管,因此轉(zhuǎn)矩的作用方向與旋轉(zhuǎn)方向相反,成為短路制動(dòng)動(dòng)作,電機(jī)快速停止。
 
在該電路中也可以使用PWM驅(qū)動(dòng);也可以通過檢測電機(jī)電流并負(fù)反饋,從而進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)。
 
通過半橋電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)
 
 單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)、半橋電路驅(qū)動(dòng)
 
如圖所示,在電源之間級(jí)聯(lián)連接兩個(gè)開關(guān)的電路,因其是使用四個(gè)開關(guān)的H橋(全橋)的一半而被稱為“半橋電路”。另外,由于一個(gè)H橋按1ch計(jì)算,因此有時(shí)也被稱為“0.5ch”。
 
當(dāng)在①中接通SW2、在③中接通SW1時(shí),電機(jī)將根據(jù)極性在固定方向上旋轉(zhuǎn)。在①中,如果在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下關(guān)斷SW2并同時(shí)接通SW1,就會(huì)發(fā)生短路制動(dòng)動(dòng)作,電機(jī)會(huì)迅速停止。在③中則相反,當(dāng)關(guān)斷SW1的同時(shí)接通SW2時(shí),將發(fā)生短路制動(dòng)動(dòng)作。此外,當(dāng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下將①和③的SW2和SW1都關(guān)斷時(shí),電壓消失,電機(jī)空轉(zhuǎn)后停止。
 
與前述的單開關(guān)電路一樣,①和③的開關(guān)部分可以用半導(dǎo)體功率晶體管替代。在該電路示例中,在直流電源的(-)側(cè)使用了Nch MOSFET,(+)側(cè)使用了Pch MOSFET。由于MOSFET有寄生二極管,因此即使在空轉(zhuǎn)狀態(tài)將Q1和Q2斷開,與電機(jī)并聯(lián)連接的MOSFET的寄生二極管也會(huì)再生電流,從而產(chǎn)生與短路制動(dòng)相同的動(dòng)作。只要電機(jī)的產(chǎn)生電壓不降到寄生二極管的正向電壓以下,這種短路制動(dòng)狀態(tài)就會(huì)持續(xù)。
 
與H橋電路一樣,由于在半橋電路中也有兩個(gè)串聯(lián)在電源和GND之間的開關(guān)(晶體管),因此預(yù)驅(qū)動(dòng)電路中也需要防止同時(shí)導(dǎo)通控制功能,以確保開關(guān)切換時(shí)兩個(gè)開關(guān)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。如果兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通,則稱為“直通電流”的大電流可能會(huì)流過電源間,并可能會(huì)損壞開關(guān)(晶體管)。
 
另外,為了創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)、制動(dòng)和空轉(zhuǎn)這三種輸出狀態(tài),需要準(zhǔn)備兩個(gè)二進(jìn)制輸入或一個(gè)三進(jìn)制輸入。如果只有一個(gè)二進(jìn)制輸入,則只能從三種輸出狀態(tài)中選擇兩種。
 
該電路也可以使用PWM驅(qū)動(dòng);也可以通過檢測電機(jī)電流并負(fù)反饋來進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)。
 
關(guān)鍵要點(diǎn):
 
?有刷電機(jī)的單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)通過一個(gè)開關(guān)控制旋轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)。
 
?在有刷電機(jī)單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)中將功率晶體管用作開關(guān)時(shí),由于晶體管可能會(huì)因反電動(dòng)勢而受損,故需要使用鉗位二極管。
 
?有刷電機(jī)半橋驅(qū)動(dòng)方式可以控制旋轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)和制動(dòng)三種狀態(tài)。
 
?當(dāng)使用MOSFET作為開關(guān)時(shí),半橋電路可以通過MOSFET的寄生二極管實(shí)現(xiàn)制動(dòng)動(dòng)作。有刷電機(jī)的單開關(guān)電路和半橋電路均適用PWM驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)。
 
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