單開(kāi)關(guān)電路驅動(dòng)、半橋電路驅動(dòng)

作為有刷電機驅動(dòng)方法的最后一篇文章，本文將介紹通過(guò)有刷電機“單開(kāi)關(guān)電路”和“半橋電路”進(jìn)行驅動(dòng)的方法。兩種方法均適用直流驅動(dòng)和PWM驅動(dòng)。

通過(guò)單開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行驅動(dòng)

這是使用一個(gè)開(kāi)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，另一種狀態(tài)是斷開(kāi)電機與直流電源的（+）或（-）的連接。因其可以通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現而被稱(chēng)為“單開(kāi)關(guān)電路”。

當開(kāi)關(guān)導通時(shí)，電機根據極性在一個(gè)方向上旋轉；而當開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，電壓消失，電機空轉后停止。開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)來(lái)構成電子電路。如②所示設置在（-）側時(shí)，使用Nch MOSFET；如④所示設置在（+）側時(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(kāi)關(guān)剛剛OFF后，電機的電感量即試圖使電流繼續保持流動(dòng)，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(guò)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并聯(lián)連接，并通過(guò)用二極管的正向電壓抑制（鉗制）產(chǎn)生的電壓來(lái)保護晶體管。

當有該鉗位二極管時(shí)，在電機產(chǎn)生的電壓高于二極管正向電壓期間內，電機產(chǎn)生的電流將流過(guò)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(dòng)動(dòng)作，電機快速停止。

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

通過(guò)半橋電路進(jìn)行驅動(dòng)

如圖所示，在電源之間級聯(lián)連接兩個(gè)開(kāi)關(guān)的電路，因其是使用四個(gè)開(kāi)關(guān)的H橋（全橋）的一半而被稱(chēng)為“半橋電路”。另外，由于一個(gè)H橋按1ch計算，因此有時(shí)也被稱(chēng)為“0.5ch”。

當在①中接通SW2、在③中接通SW1時(shí)，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(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，電機會(huì )迅速停止。在③中則相反，當關(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，當在旋轉狀態(tài)下將①和③的SW2和SW1都關(guān)斷時(shí)，電壓消失，電機空轉后停止。

與前述的單開(kāi)關(guān)電路一樣，①和③的開(kāi)關(guān)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(tài)將Q1和Q2斷開(kāi)，與電機并聯(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。

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(kāi)關(guān)（晶體管），因此預驅動(dòng)電路中也需要防止同時(shí)導通控制功能，以確保開(kāi)關(guān)切換時(shí)兩個(gè)開(kāi)關(guān)不會(huì )同時(shí)導通。如果兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)導通，則稱(chēng)為“直通電流”的大電流可能會(huì )流過(guò)電源間，并可能會(huì )損壞開(kāi)關(guān)（晶體管）。

另外，為了創(chuàng )建旋轉、制動(dòng)和空轉這三種輸出狀態(tài)，需要準備兩個(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驅動(dòng)；也可以通過(guò)檢測電機電流并負反饋來(lái)進(jìn)行電流驅動(dòng)。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

?有刷電機的單開(kāi)關(guān)電路驅動(dòng)通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)控制旋轉和空轉兩種狀態(tài)。

?在有刷電機單開(kāi)關(guān)電路驅動(dòng)中將功率晶體管用作開(kāi)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。

?有刷電機半橋驅動(dòng)方式可以控制旋轉、空轉和制動(dòng)三種狀態(tài)。

?當使用MOSFET作為開(kāi)關(guān)時(shí)，半橋電路可以通過(guò)MOSFET的寄生二極管實(shí)現制動(dòng)動(dòng)作。有刷電機的單開(kāi)關(guān)電路和半橋電路均適用PWM驅動(dòng)和電流驅動(dòng)。