詳解H橋式電機(jī)驅(qū)動電路的工作原理
一、H橋式電機(jī)驅(qū)動電路
圖4.12中所示為一個典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋式驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿,而電機(jī)就是H中的橫杠(注意:圖4.12及隨后的兩個圖都只是示意圖,而不是完整的電路圖,其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來)。
如圖所示,H橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況,電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī),從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
圖4.12H橋式電機(jī)驅(qū)動電路
要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如,如圖4.13所示,當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時,電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī),然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示,該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。
當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時,電流將從左至右流過電機(jī),從而驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(電機(jī)周圍的箭頭指示為順時針方向)。
圖4.13H橋電路驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動
圖4.14所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況,電流將從右至左流過電機(jī)。
當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時,電流將從右至左流過電機(jī),從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時針方向)。
圖4.14H橋電路驅(qū)動電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動
二、使能控制和方向邏輯
驅(qū)動電機(jī)時,保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通,那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負(fù)極。此時,電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載,因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值(該電流僅受電源性能限制),甚至燒壞三極管。
基于上述原因,在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。
圖4.155所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路,它在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導(dǎo)通信號相接,這樣,用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。而2個非門通過提供一種方向輸人,可以保證任何時候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導(dǎo)通。(與本節(jié)前面的示意圖一樣,圖4.15所示也不是一個完整的電路圖,特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。)
圖4.15具有使能控制和方向邏輯的H橋電路
采用以上方法,電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制:兩個方向信號和一個使能信號。如果DIR-L信號為0,DIR-R信號為1,并且使能信號是1,那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通,電流從左至右流經(jīng)電機(jī)(如圖4.16所示);如果DIR-L信號變?yōu)?,而DIR-R信號變?yōu)?,那么Q2和Q3將導(dǎo)通,電流則反向流過電機(jī)。
圖4.16使能信號與方向信號的使用
實際使用的時候,用分立件制作H橋式是很麻煩的,好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路,接上電源、電機(jī)和控制信號就可以使用了,在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。
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