有刷電機-單開關電路驅動、半橋電路驅動-KIA MOS管

本文將介紹通過有刷電機“單開關電路”和“半橋電路”進行驅動的方法。兩種方法均適用直流驅動和PWM驅動。

通過單開關電路進行驅動

這是使用一個開關創建兩種狀態的電路，一種狀態是將直流電源的（+）和（-）連接到電機，另一種狀態是斷開電機與直流電源的（+）或（-）的連接。因其可以通過一個開關實現而被稱為“單開關電路”。

當開關導通時，電機根據極性在一個方向上旋轉；而當開關關斷時，電壓消失，電機空轉后停止。開關的位置可以在①的（-）側，也可以在③的（+）側。

也可以用半導體功率晶體管（圖中的MOSFET）代替開關來構成電子電路。如②所示設置在（-）側時，使用Nch MOSFET；如④所示設置在（+）側時，使用Pch MOSFET。

使用功率晶體管時有一些注意要點。在該電路中，在開關剛剛OFF后，電機的電感量即試圖使電流繼續保持流動，因此在①中，電機（-）側的電壓達到電源電壓以上；在③中，電機（+）側的電壓達到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，需要按照②和④電路圖所示，將功率二極管與電機并聯連接，并通過用二極管的正向電壓抑制（鉗制）產生的電壓來保護晶體管。

當有該鉗位二極管時，在電機產生的電壓高于二極管正向電壓期間內，電機產生的電流將流過該二極管，因此轉矩的作用方向與旋轉方向相反，成為短路制動動作，電機快速停止。

在該電路中也可以使用PWM驅動；也可以通過檢測電機電流并負反饋，從而進行電流驅動。

通過半橋電路進行驅動

如圖所示，在電源之間級聯連接兩個開關的電路，因其是使用四個開關的H橋（全橋）的一半而被稱為“半橋電路”。另外，由于一個H橋按1ch計算，因此有時也被稱為“0.5ch”。

當在①中接通SW2、在③中接通SW1時，電機將根據極性在固定方向上旋轉。在①中，如果在旋轉狀態下關斷SW2并同時接通SW1，就會發生短路制動動作，電機會迅速停止。

在③中則相反，當關斷SW1的同時接通SW2時，將發生短路制動動作。此外，當在旋轉狀態下將①和③的SW2和SW1都關斷時，電壓消失，電機空轉后停止。

與前述的單開關電路一樣，①和③的開關部分可以用半導體功率晶體管替代。在該電路示例中，在直流電源的（-）側使用了Nch MOSFET，（+）側使用了Pch MOSFET。

由于MOSFET有寄生二極管，因此即使在空轉狀態將Q1和Q2斷開，與電機并聯連接的MOSFET的寄生二極管也會再生電流，從而產生與短路制動相同的動作。只要電機的產生電壓不降到寄生二極管的正向電壓以下，這種短路制動狀態就會持續。

與H橋電路一樣，由于在半橋電路中也有兩個串聯在電源和GND之間的開關（晶體管），因此預驅動電路中也需要防止同時導通控制功能，以確保開關切換時兩個開關不會同時導通。

如果兩個開關同時導通，則稱為“直通電流”的大電流可能會流過電源間，并可能會損壞開關（晶體管）。

另外，為了創建旋轉、制動和空轉這三種輸出狀態，需要準備兩個二進制輸入或一個三進制輸入。如果只有一個二進制輸入，則只能從三種輸出狀態中選擇兩種。

該電路也可以使用PWM驅動；也可以通過檢測電機電流并負反饋來進行電流驅動。

關鍵要點

?有刷電機的單開關電路驅動通過一個開關控制旋轉和空轉兩種狀態。

?在有刷電機單開關電路驅動中將功率晶體管用作開關時，由于晶體管可能會因反電動勢而受損，故需要使用鉗位二極管。

?有刷電機半橋驅動方式可以控制旋轉、空轉和制動三種狀態。

?當使用MOSFET作為開關時，半橋電路可以通過MOSFET的寄生二極管實現制動動作。有刷電機的單開關電路和半橋電路均適用PWM驅動和電流驅動。

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