直流电机驱动H桥

直流电机驱动H桥

直流电机驱动(H桥)原理研究与设计

学生姓名王俊岭周磊周雪瑞秦淦阿不都.沙拉木

指导教师杨焱青

系（部）创新实验室

论文写作日期 2011 年 12 月 20 日

第1章序论

1.1课题研究的目的

1.2本课题研究的意义

1.3方案论证

第2章基本原理

2.1声光节能灯基本原理

2.2555电路基本原理

2.3声控电路基本原理

2.4光控电路基本原理

第3章电路设计与分析

3.1电源电路

3.2声电转换机放大电路

3.3延时处理电路单稳态电路

3.4光控电路

第4章故障分析

第5章心得体会

第6章致谢

第一章序论

1.1 课题研究的目的

随着社会不断进步，科技发展，声光双控节电灯逐步走进社会各个公共角落，声光双控节电灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊

的照明设备。用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，它解决了“长明灯”浪费电能的问题，延长灯泡的使用寿命，安全性好，可靠性高。该装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强，降低能耗、节约能源的目的。

1.2课题研究的意义

通过本课题的研究，加强了自己的动手能力，增强了团队意识，巩固了对所学知识的认知。通过本次试验我们设计了一种简易的直流电机驱动H桥转动的，不仅使自己学习到了知识，而且也为社会做出了贡献。

1.3 方案论证

方案1

主要包含四部分电路,分别为;电源电路,光控电路,声控延时电路,晶体管开

并电路,.

电源电路主要由微控制电路提供工作电压,本设计采用传统的电源电路设计方法,

即降压,整流,滤波,稳压,使电路输出电压6V直流电压供给控制电路.

光控制电路是根据光线强弱来优先决定电灯的亮灭,该电路可以对声控延

时电路进行控制,在白天光线强时,光控制电路输出低电平将声控电路封锁;在晚

上光线较弱时,光控制电路输出高电平,声控功能打开.本设计采用光敏电阻和其

他电阻组成的分压电路来控制555定时器的触发器输入端2脚,并将555定时器

的2脚和6脚连接在一起,通过电容接地,555定时器的输出去控制电路中的定时

器的复位端.

声控延时电路,该电路主要在光线较弱时起作用.这主要是通过光控电路的

输出来控制的.在晚上,光控电路将该电路的功能打开,使用该电路能根据外界声

音信号做出相应的响应.经放大处理后的声音信号控制处于单稳工作模式的555

定时器来实现声控延时功能.

晶体管开关电路,该电路受声控电路555定时器输出端的的控制.当其输

出高电平时,晶体管导通,照明灯点亮.

方案2 电路由交流供电电路,放大电路,单稳态电路三部分组成.

交流供电电路由继电器和三极管9015,电阻等元器件组成.

放大电路由电阻,压电陶瓷片,三极管9014等元器件组成.由R1和R2的大小比例控制放大倍数,从而得出输出信号.

单稳态电路由有电容和电阻R,三极管9014等元器件组成,Q2和Q3直接耦合,R3和R4,R5分别控制Q2和Q3的极电路和基极电压使此电路形成一个正反馈回路.

(二极管保护的作用)

方案选择

由于方案1电路设计过于复杂,需要两个555计时器,并且需要变压器实现低电压来执行各个电路,所需要的元器件多,不易实现,可行性较差.而方案2设计简单,易实现,所需元器件少,可行性好.故而选择2号方案.

第二章基本原理

一、H桥驱动电路

图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。

如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

图4.12 H桥驱动电路

要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。

图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动

图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。

图4.14 H桥驱动电机逆时针转动

二、使能控制和方向逻辑

驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。

图4.155 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与本节前面的示意图一样，图4.15所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。）

图4.15 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路

采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIR－L信号为0，DIR－R信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机（如图4.16所示）；如果DIR－L信号变为1，而DIR－R信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。