原標(biāo)題：使用H橋電路來驅(qū)動有刷直流電機(jī)的方案介紹

H橋電路驅(qū)動有刷直流電機(jī)的詳細(xì)方案

引言

H橋電路因其結(jié)構(gòu)形似字母“H”而得名，是一種常用于驅(qū)動直流電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)。它通過四個獨(dú)立控制的開關(guān)元器件（如MOSFET）來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和制動功能。本文將詳細(xì)闡述使用H橋電路驅(qū)動有刷直流電機(jī)的方案，包括主控芯片的選擇、設(shè)計中的作用以及具體型號分析。

H橋電路基礎(chǔ)

H橋電路由四個開關(guān)組成，通常使用MOSFET作為開關(guān)元器件。這四個開關(guān)（Q1、Q2、Q3、Q4）分別連接在電機(jī)的兩端，通過控制這些開關(guān)的通斷狀態(tài)，可以控制電機(jī)的電流流向和大小，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和制動。

• 正轉(zhuǎn)控制：當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3關(guān)閉時，電流從電源正極經(jīng)Q1、電機(jī)、Q4流回電源負(fù)極，電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)。

• 反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通，Q1和Q4關(guān)閉時，電流從電源負(fù)極經(jīng)Q3、電機(jī)、Q2流回電源正極，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。

• 制動控制：當(dāng)所有開關(guān)都關(guān)閉時，電機(jī)兩端斷開連接，電流停止流動，電機(jī)實(shí)現(xiàn)制動。

主控芯片選擇

在選擇主控芯片時，需要考慮多種因素，包括電壓范圍、電流輸出能力、集成度、保護(hù)功能、通信接口等。以下是一些常用的主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用。

1. 德州儀器（TI）DRV8245

型號介紹：
DRV824x-Q1系列是德州儀器（TI）專為汽車應(yīng)用設(shè)計的全集成H橋驅(qū)動器。它可以配置為單個全橋驅(qū)動器或兩個獨(dú)立的半橋驅(qū)動器，采用專有的BiCMOS高功率工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計。該芯片集成了N溝道H橋、電荷泵穩(wěn)壓器、電流檢測和調(diào)節(jié)、電流比例輸出以及保護(hù)電路。

在設(shè)計中的作用：

• 驅(qū)動能力：支持4.5至35V電壓范圍內(nèi)的有刷直流電機(jī)，輸出負(fù)載電流寬泛，適用于各種類型和負(fù)載的電機(jī)。

• 控制模式：通過MODE功能設(shè)置不同的控制模式，可以驅(qū)動單個雙向有刷直流電機(jī)或兩個單向有刷直流電機(jī)。

• 保護(hù)功能：集成了過流和過熱保護(hù)功能，以及電壓監(jiān)測和負(fù)載診斷功能，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

• 低功耗：提供低功耗睡眠模式，在系統(tǒng)需要休眠時，最小化電流消耗。

• 靈活配置：通過SPI接口或硬件引腳配置，實(shí)現(xiàn)靈活的控制模式選擇和故障處理。

引腳功能：

• VM引腳：電機(jī)供電引腳，需要和其他幾個VM引腳一起使用，保證供電能力。

• OUT1/2引腳：半橋輸出1/2，用于連接電機(jī)。

• nSLEEP引腳：控制引腳，拉低進(jìn)入休眠模式，拉高喚醒。

• nFAULT引腳：故障指示引腳，當(dāng)芯片發(fā)生故障時，拉低引腳。

• MODE引腳：設(shè)備模式配置引腳，通過對地電阻的阻值來配置不同的模式。

2. Trinamic MAX系列

型號介紹：
Trinamic的MAX系列H橋功率芯片和PWM控制直流有刷驅(qū)動芯片，如MAX22201、MAX22211等，具有高電流輸出能力、低RDson、高集成度和高精度等特點(diǎn)。

在設(shè)計中的作用：

• 高電流輸出能力：與常規(guī)H橋驅(qū)動芯片相比，MAX系列芯片具有更高的電流輸出能力，適用于需要大功率驅(qū)動的應(yīng)用場景。

• 高精度：輸出電流精度可控制在±5%以內(nèi)，遠(yuǎn)優(yōu)于市場常規(guī)H橋驅(qū)動芯片。

• 集成度高：集成了多種功能，如電流檢測、保護(hù)電路等，減少了外部元件的數(shù)量和設(shè)計的復(fù)雜性。

• 熱消散設(shè)計：PCB熱消散設(shè)計更容易，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用場景：

• 直流有刷電機(jī)驅(qū)動：適用于各種直流有刷電機(jī)的驅(qū)動，如玩具、汽車雨刮電機(jī)、門鎖電機(jī)等。

• 高電壓應(yīng)用：部分型號支持高于48V的電壓，適用于高電壓需求的應(yīng)用場景。

設(shè)計實(shí)現(xiàn)

在設(shè)計H橋電路驅(qū)動有刷直流電機(jī)的系統(tǒng)時，需要完成以下步驟：

1. 需求分析：確定電機(jī)的額定電壓、額定電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以及系統(tǒng)的控制需求（如正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動等）。

2. 芯片選型：根據(jù)需求分析結(jié)果，選擇合適的主控芯片型號?？紤]芯片的電壓范圍、電流輸出能力、集成度、保護(hù)功能等因素。

3. 電路設(shè)計：設(shè)計H橋電路和主控芯片的外圍電路。包括電源電路、電機(jī)驅(qū)動電路、保護(hù)電路等。

4. 軟件編程：編寫控制程序，通過微控制器或其他控制器生成適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，控制H橋電路中的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和制動等功能。

5. 測試驗證：對設(shè)計好的系統(tǒng)進(jìn)行測試驗證，確保系統(tǒng)滿足需求，并穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)論

H橋電路是一種常用的驅(qū)動直流電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，通過合理選擇主控芯片和設(shè)計電路，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和制動等功能。在設(shè)計過程中，需要充分考慮電機(jī)的參數(shù)、系統(tǒng)的控制需求以及芯片的性能特點(diǎn)，確保設(shè)計的合理性和系統(tǒng)的可靠性。