幾種小型直流電機驅(qū)動電路?

自動控制中的幾種小型直流電機驅(qū)動電路?

在自動控制中，計算機控制一直成為人們的關(guān)注焦點，但控制的實現(xiàn)還得借助電子控制器來實現(xiàn)，其中電機的驅(qū)動是一個最為普遍的問題。本文所給出的直流電機驅(qū)動電路集錦相當直觀，但卻各具特色，可用于不同的控制需求。?

直流電機的驅(qū)動比較簡單，既可通過繼電器或功率晶體管驅(qū)動，也可利用可控硅或功率型MOS場效應(yīng)管驅(qū)動。為了適應(yīng)不同的控制要求（如電機的工作電流、電壓，電機的調(diào)速，直流電機的正反轉(zhuǎn)控制等），下面介紹幾種電路，滿足這些要求。

圖1電路利用了達林頓晶體管擴大電機驅(qū)動電流，圖示電路將BG1的5A擴流到達林頓復(fù)合管的30A，輸入端可用低功率邏輯電平控制。

上述電路采用的驅(qū)動方式屬傳統(tǒng)的單臂驅(qū)動，它只能使電機單向運轉(zhuǎn)，雙臂橋式推挽驅(qū)動可使控制更為靈活。圖2為一款單端邏輯輸入控制的橋式驅(qū)動電路，它控制電機正反轉(zhuǎn)工作，這個電路的另一個特點是控制供電與電機驅(qū)動供電可以分開，因此它較好地適應(yīng)了電機的電壓要求。?

圖3也為單端正負電平驅(qū)動橋式電路，它采用雙組直流電源供電，該電路實際是兩個反相單臂驅(qū)動電路的組合。圖3也能控制電機的正反轉(zhuǎn)。?

圖4電路以達林頓管為基礎(chǔ)驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，它由完全對稱的兩部分組成。當?A、B兩輸入端之一為髙電平，另一端為低電平時，電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當兩輸入端同為高或低電平時，?電機停轉(zhuǎn)；如采用脈寬調(diào)制，則可控制電機的轉(zhuǎn)速，因此圖4具有四種組合輸入狀態(tài)，電機卻可以產(chǎn)生五種運行狀態(tài)。這里箝位二極管D1、D2的加入具有重要的作用，它使達林頓管?BG2，BG3不會產(chǎn)生失控，這在大功率下運轉(zhuǎn)時更顯安全。本電路的另一特點是輸入控制邏輯電平的高低與電機的直流工作電壓無關(guān)，用TTL標準電平就能可靠地控制。

與圖4相比，圖5的橋式驅(qū)動電路更為有趣，其一它是以低電平觸發(fā)電機運轉(zhuǎn)；其二控制端?A、B具有觸發(fā)鎖定功能；其三具有多種保護，如D1、D2的觸發(fā)鎖定，D3—D6的功率管集電極保護等。因此本電路只有三種輸入狀態(tài)有效，電機仍有五種工作狀態(tài)。D1?，D2的作用是：若A為低電平時，BG1、BG2、BG5導(dǎo)通，BG2集電極的髙電平將通過D2封鎖B端的輸入，保證BG6截止，若本電路采用TTL電路觸發(fā)，必須選用集電極開路門電路。?

因電機對供電穩(wěn)定的要求并不高，圖?6的驅(qū)動電路不失為一種交流供電方案，交流電經(jīng)全橋整流后，驅(qū)動并聯(lián)使用的?MOS場效應(yīng)管Q1、Q2，R3、C1起濾波作用；續(xù)流二極管D用以防止高電壓對Q1、?Q2的破壞。

圖7利用可控硅的整流特性驅(qū)動直流電機，本電路僅適用于小功率電機調(diào)速，R2，C3的濾波網(wǎng)絡(luò)可以吸收電機的反電動勢保護SCR，C2與L組成的濾波器，能抑制電網(wǎng)干擾。?

用集成電路驅(qū)動電機的情況也較多，和一般的三端穩(wěn)壓器直接驅(qū)動不同，圖8電路使電機可以獲得從0V至7V的驅(qū)動電壓，因而具有低壓調(diào)速性能，IC1為

正輸出的固定穩(wěn)壓器，IC2為可調(diào)負輸出的四端穩(wěn)壓器，調(diào)節(jié)R1可以使電機獲得零電壓，由于IC2的散熱片內(nèi)部與輸入端相連，因此IC1，?IC2可用公共散熱器，以適應(yīng)低壓工作。

圖9采用功率型運放驅(qū)動電機，屬橋式驅(qū)動電路，控制信號從R1，R2，RP1，?RP2組成的惠斯登電橋臂上得到，若RP2用于信號的檢測，電機對RP1進行反饋跟蹤調(diào)節(jié)，則可實現(xiàn)誤差比例控制，這里L(fēng)M378可提供最大達1A的驅(qū)動電流，本電路在伺服系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。

幾種微型電機驅(qū)動電路分析?

以下所述電路用于3V供電的微型直流電機的驅(qū)動，這種電機有兩根引線，更換兩根引線的極性，電機換向。該驅(qū)動電路要求能進行正反轉(zhuǎn)和停止控制。????????

電路一：?

如下圖所示，這電路是作者最初設(shè)計的電路，P1.3、P2.2和P2.4分別是51單片機的IO引腳。設(shè)計的工作原理是：當P1.3高電平、?P2.2和P2.4都為低電平時，電機正轉(zhuǎn)。此時，Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止，電流注向為＋5VàR1àQ1àMàQ4；當P1.3低電平、?P2.2和P2.4都為高電平時，電機反轉(zhuǎn)。此時，Q2和Q3導(dǎo)通，Q1和Q4截止。P2.2為高電平同時P2.4為低電平時，電路全不通，電機停止。?

圖中電阻：R1＝20Ω，R2＝R3＝R4＝510Ω

但實際實驗情況去出人意料，即電機正向和反向都不轉(zhuǎn)。經(jīng)測量，當P1.3高電平，P2.2和P2.4都為低電平時，Q4導(dǎo)通，但Q1不導(dǎo)通，P1.3的電平只有0.67V左右，這樣Q1無法導(dǎo)通。????????

經(jīng)分析原因如下：51的P1、P2、P3各引腳都是內(nèi)部經(jīng)電阻上拉，對地接MOSFET管，所謂高電平，是MOSFET截止，引腳上拉電阻拉為高電平。若此內(nèi)部上拉電阻很大，比如20K，則當上圖電路接上后，則流過Q1的b極的電流最大為（5-0.7）/20mA=0.22mA，難以動Q1導(dǎo)通。所以此電路不通。????????

總結(jié)：51單片機的引腳上拉能力弱，不足以驅(qū)動三極管導(dǎo)通。

電路二：

如下圖所示：這個電路中四個三極管都采用PNP型，這樣，導(dǎo)通的驅(qū)動是控制引腳輸出低電平，而51的低電平時，是通過MOSFET接地，所以下拉能力極強。?

但此電路的Q1和Q3需要分別控制，所需控制引腳較多。如果要用一個IO腳控制則可以加一個反相器。???????

但此電路的Q1和Q3需要分別控制，所需控制引腳較多。如果要用一個IO腳控制則可以加一個反相器。如圖3所示。圖中標有各點實測電壓值。

電路三：?

在電路二中，由于Q2和Q4的發(fā)射極高出基極一個0.7V，而基極最低為0V，實際由于CPU引腳內(nèi)部有MOSFET管壓降，所以Q2和Q4的發(fā)射極不會低于1V，這樣使M兩端的有效電壓范圍減小。?

要解決這一問題，則Q2和Q4需換成NPN管。但NPN管的驅(qū)動如電路一所示，只靠CPU引腳的上拉是不行了，所以需要另加上拉電阻，如下圖所示。

上圖中，與電路一不同的是兩只NPN管移到了下方，PNP在上方，這樣，Q1和Q3的集電極的電位最低可達到一個管壓降（0.3V）。這樣增加了M的壓降范圍。?

但為了保證對NPN管的足夠的驅(qū)動，P1.3和P2.2必須加上拉電阻，如圖所示。圖中，R2、R5、R6都不可少。所以這種電路的元件用量比較大。?

還有，R5應(yīng)該比R6大幾倍，比如10倍，這樣，當Q1導(dǎo)通時，P1.3處的電壓可以分得較大，不致于使Q2導(dǎo)通。如果R5太小或為0，則當Q1導(dǎo)通時，由于P1.3處的壓降只有0.7V左右，將使Q2也導(dǎo)通。?

經(jīng)過試驗，R2、R6、R3、R4可取510Ω，R5取5.1kΩ。這種值下各處的電壓如下（R1為20歐）：???????

U1：4.04????????U2：2.99????????U3：3.87????????U4：4.00????????U5：0.06????????U7：0.79??

電路四：?

這個電路由電路一改造而來，如下圖5，圖中標有各點實測電壓值：

此圖中基極的限流電阻都去掉了，因為作者設(shè)計的電路對元件要求要少。從電路上分析，不要沒什么關(guān)系，有R1起著總的限流作用，而且引腳內(nèi)部有上拉電阻，這樣保證電路不會通過太大的電流。?

這個電路可以使電機運行。?

但在R2的選擇上，比較講究，因為R2的上拉作用不但對Q1有影響，而且對Q2的導(dǎo)通也有影響。如果R2選的過小，則雖然對Q1的導(dǎo)通有利，但對Q2的導(dǎo)通卻起到抵制作用，因為R2越小，上拉作用越強，Q2的導(dǎo)通是要P1.3電位越低越好，所以這是矛盾的。也就是說，Q1的導(dǎo)通條件和Q2的導(dǎo)通條件是矛盾的。?

經(jīng)實驗，R2取5.1k歐比較合適。由此可見，這個電路雖然很省元件和CPU引腳，但驅(qū)動能力有個最大限，即Q1和Q2的驅(qū)動相互制約下，只能取個二者都差不多的折中方案。否則如果一個放大倍數(shù)大，則另一個則會變小。?

總結(jié)：以上電路各有利弊，要視應(yīng)用場合選用。