电机驱动电路(详细+经典)

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桥式电机驱动电路原理

桥式电机驱动电路原理

桥式电机驱动电路原理概述桥式电机驱动电路是一种常见的电机驱动方式,它通过四个开关管(MOSFET或IGBT)来控制电机的正反转和速度。

本文将深入探讨桥式电机驱动电路的原理及其工作方式。

桥式电机驱动电路结构桥式电机驱动电路主要由四个开关管和电机组成。

开关管通常由MOSFET或IGBT构成,它们可以通过控制信号来开关导通或截断电流。

电机则是由电源和负载组成,负载可以是直流电机、步进电机或交流电机。

桥式电机驱动电路工作原理桥式电机驱动电路通过控制开关管的导通和截断,来改变电机的电流方向和大小,从而实现电机的正反转和调速。

电机正转当S1和S4管导通,S2和S3管截断时,电源的正极连接到电机的一个端口,负极连接到电机的另一个端口。

这样电流就会从电源的正极流入电机,从而使电机正转。

电机反转当S2和S3管导通,S1和S4管截断时,电源的负极连接到电机的一个端口,正极连接到电机的另一个端口。

这样电流就会从电源的负极流入电机,从而使电机反转。

电机调速电机调速可以通过改变开关管的导通时间来实现。

当开关管导通时间增加时,电机的平均电流增加,从而使电机转速增加;反之,当开关管导通时间减少时,电机的平均电流减小,从而使电机转速减小。

桥式电机驱动电路控制方法桥式电机驱动电路的控制方法通常有两种:单向控制和双向控制。

单向控制单向控制是指电机只能实现正转或反转,无法实现双向转动。

这种控制方法适用于只需要电机单向转动的应用场景,例如风扇、水泵等。

双向控制双向控制是指电机可以实现正转和反转。

这种控制方法适用于需要电机双向转动的应用场景,例如电动车、机器人等。

桥式电机驱动电路的优点桥式电机驱动电路具有以下优点:1.高效率:桥式电机驱动电路采用开关管控制电流,能够有效减少电流损耗,提高电机的效率。

2.精确控制:桥式电机驱动电路可以通过改变开关管的导通时间来精确控制电机的转速和转向。

3.可靠性高:桥式电机驱动电路采用开关管控制电流,可以避免传统的电阻调速方式存在的功耗大、发热严重等问题,提高了系统的可靠性。

驱动电路

驱动电路

作性能。

有许多问题需要慎重设计,例如,导通延时、泵升保护、过压过流保护、开关频率、附加电感的选择等。

1.开关频率和主回路附加电感的选择力矩波动也即电流波动,由系统设计给定的力矩波动指标为ΔI/IN,对有刷直流电动机而言,通常在(5~10)%左右。

为了便于分析可认为ΔI/IN =ΔI/(Us/Rd) (1)式中Rd为电枢回路总电阻。

代入前面各种驱动控制方式的ΔI表达式中,消去Us,可求出:对于单极性控制L d /Rd≥5T~2.5T(可逆或不可逆) (2) 对于双极性控制L d /Rd≥10T~5T (3)式中T为功率开关的开关周期。

对于有刷直流电动机,电磁时间常数Ld/Rd一般在10ms至几十毫秒。

若采用GTR,开关频率可取2KHz左右,T=0.5ms。

若采用IGBT,开关频率可取18KHz 以上,所以上式均能满足。

若采用GTO或可控硅功率器件,由于工作频率只有100Hz左右,此时应考虑在主回路附加电抗器,且L d =Lf+La(4)对不可逆系统还应进一步检查临界电流,IaL=UsT/8Ld≤Ia0应小于电机空载电流,防止空载失控。

对于低惯量电机、力矩电动机,由于电磁时间常数很小(几个毫秒或更小),此时应考虑采用开关频率高的IGBT功率开关器件。

2. 功率驱动电路的选择图1 H桥开关电路(Ⅰ) 图2 H桥开关电路(Ⅱ){{分页}}小功率驱动电路可以采用如图1所示的H桥开关电路。

UA 和UB是互补的双极性或单极性驱动信号,TTL电平。

开关晶体管的耐压应大于1.5倍Us以上。

由于大功率PNP晶体管价格高,难实现,所以这个电路只在小功率电机驱动中使用。

当四个功率开关全用NPN晶体管时,需要解决两个上桥臂晶体管(BG1和BG3)的基极电平偏移问题。

图2中H桥开关电路利用两个晶体管实现了上桥臂晶体管的电平偏移。

但电阻R上的损耗较大,所以也只能在小功率电机驱动中使用。

当驱动功率比较大时,一般桥臂电压也比较高,例如直接取工频电压,单相220V,或三相380V。

电机驱动器的整机电路图

电机驱动器的整机电路图

一份步进电机驱动器整机电路图(原创)在由上位机或PLC为主的工控系统中,尤其是在对各种机械设备的控制中,常常看到PLC、触摸屏、伺服电机驱动器、伺服电机或步进电机驱动器、步进电机的组合应用。

对于伺服电机和步进电机,由于结构简单,原理上也不是太复杂,看到实物,再配合应用,就了解了。

但对电机驱动器的结构和电路,限于各种条件,就难以知道其“本来面目”了。

本人由于工作关系,接手了一台需维修的步进电机驱动器,又由于维修的需要,测绘了步进电机的整机电路图,浏览之下,就知道步进电机驱动器是个怎么回事了。

在此将整机全图奉献于大家。

整机全图共4张。

第一张图:步进电机驱动的主电路和开关电源电路。

步进电机驱动器的功率输出电路的形式同变频器主电路是相似的。

每一路皆由两只IGBT管子做推挽式输出,在管子上也反向并联了二极管,以提供反向电流的通路,进而保护IGBT管子的安全。

IGBT 管子的过流保护信号由AR1、BR1两只电阻上取得,此两只电阻将流经IGBT管子的电流信号转化为电压信号,经后级保护电路处理,送入单片机。

开关电源输出的+5V,作为单片机的电源。

另外,+5V、-5V还作为保护电路的双电路供电。

一路+15V电源,经PIC和PT1转化为四路15V电源,供四路驱动电路用。

第二张图:驱动电源及端子信号来源。

由电源板来的+15V电源,经NE555时基电路振荡逆变,开关变压器PT1四个次级绕组输出四组互相隔离的15V直流电压,供驱动IC的供电;第三张图:步进电机驱动器的脉冲驱动电路及步时电机的工作电流设定电路等。

驱动IC采用IS2110S专用的驱动芯片,单片机输出的四路脉冲信号经由74LS08四二输入与门电路处理后,送入四片IS2110S驱动电路,经光电隔离和功率放大后,送放逆变功率电路,输入步进脉冲到步时电机;第四张图:CPU(单片机)电路和控制端子内电路图。

步进电机驱动器是由单片机生成四路脉冲信号,经后续电路驱动功率输出电路,进而驱动步进电机的。

4种直流电机控制电路详解,含图

4种直流电机控制电路详解,含图

4种直流电机控制电路详解,含图含公式,直观又细致,不懂都难!旺材电机与电控2小时前私信“干货”二字,即可领取138G伺服与机器人专属及电控资料!直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。

但对它的使用和控制,很多读者还不熟悉,而且其技术资料亦难于查找。

直流电机控制电路集锦,将使读者“得来全不费功夫”!在现代电子产品中,自动控制系统,电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面,直流电机都得到了广泛的应用。

大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等,都不能缺少直流电机。

所以直流电机的控制是一门很实用的技术。

本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。

直流电机,大体上可分为四类:第一类为有几相绕组的步进电机。

这些步进电机,外加适当的序列脉冲,可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。

只要施加合适的脉冲序列,电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。

步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路,很容易实现控制。

例如常用的S A A l027或S A A l024专用步进电机控制电路。

步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。

例如:机器人手臂的运动,高级字轮的字符选择,计算机驱动器的磁头控制,打印机的字头控制等,都要用到步进电机。

第二类为永磁式换流器直流电机,它的设计很简单,但使用极为广泛。

当外加额定直流电压时,转速几乎相等。

这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。

也用于变速范围很宽的驱动装置,例如:小型电钻、模型火车、电子玩具等。

在这些应用中,它借助于电子控制电路的作用,使电机功能大大加强。

第三类是所谓的伺服电机,伺服电机是自动装置中的执行元件,它的最大特点是可控。

在有控制信号时,伺服电机就转动,且转速大小正比于控制电压的大小,除去控制信号电压后,伺服电机就立即停止转动。

伺服电机应用甚广,几乎所有的自动控制系统中都需要用到。

直流电机驱动控制电路

直流电机驱动控制电路

1 引言长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。

特别随着计算机在控制领域,高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO MOSFET IGBT等)的发展,以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用,直流电机得到广泛应用。

为适应小型直流电机的使用需求,各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路,构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。

但是,专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限,不适合大功率直流电机驱动需求。

因此采用N 沟道增强型场效应管构建H 桥,实现大功率直流电机驱动控制。

该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求,并具有快速、精确、高效、低功耗等特点,可直接与微处理器接口,可应用PWM 技术实现直流电机调速控制。

2 直流电机驱动控制电路总体结构直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H 桥功率驱动电路等四部分,其电路框图如图一图1『就电机乂动控制电路框图由图可以看出,电机驱动控制电路的外围接口简单。

其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号Brake, Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源,Vm为电机电源电压,M+、M-为直流电机接口。

在大功率驱动系统中,将驱动回路与控制回路电气隔离,减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。

隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号,分别控制H桥的上下臂。

由于H桥由大功率N沟道增强型场效应管构成,不能由电机逻辑控制信号直接驱动,必须经驱动信号放大电路和电荷泵电路对控制信号进行放大,然后驱动H桥功率驱动电路来驱动直流电机。

3 H桥功率驱动原理直流电机驱动使用最广泛的就是H 型全桥式电路,这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行,分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。

H 桥功率驱动原理图如图2 所示。

减速电机驱动电路

减速电机驱动电路

一个电动小车整体的运行性能,首先取决于它的电池系统和电机驱动系统。

电动小车的驱动系统一般由控制器、功率变换器及电动机三个主要部分组成。

电动小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性,而且电机的转矩-转速特性受电源功率的影响,这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。

我们所使用的电机一般为直流电机,主要用到永磁直流电机、伺服电机及步进电机三种。

直流电机的控制很简单,性能出众,直流电源也容易实现。

本文即主要介绍这种直流电机的驱动及控制。

1.H 型桥式驱动电路直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路,这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行,分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。

它的基本原理图如图1所示。

全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态,S1、S2为一组,S3、S4 为另一组,两组的状态互补,一组导通则另一组必须关断。

当S1、S2导通时,S3、S4关断,电机两端加正向电压,可以实现电机的正转或反转制动;当S3、S4导通时,S1、S2关断,电机两端为反向电压,电机反转或正转制动。

在小车动作的过程中,我们要不断地使电机在四个象限之间切换,即在正转和反转之间切换,也就是在S1、S2导通且S3、S4关断,到S1、S2关断且S3、S4导通,这两种状态之间转换。

在这种情况下,理论上要求两组控制信号完全互补,但是,由于实际的开关器件都存在开通和关断时间,绝对的互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路,比如在上桥臂关断的过程中,下桥臂导通了。

这个过程可用图2说明。

因此,为了避免直通短路且保证各个开关管动作之间的协同性和同步性,两组控制信号在理论上要求互为倒相的逻辑关系,而实际上却必须相差一个足够的死区时间,这个矫正过程既可以通过硬件实现,即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时,也可以通过软件实现(具体方法参看后文)。

驱动电流不仅可以通过主开关管流通,而且还可以通过续流二极管流通。

常用电机驱动电路及原理

常用电机驱动电路及原理
每片芯片的内部有两个 MOS 管,当 IN 输入高电平时上边的 MOS 管导通,常 称为高边 MOS 管,当 IN 输入低电平时,下边的 MOS 管导通,常称为低边 MOS 管;当 INH 为高电平时使能整个芯片,芯片工作;当 INH 为低电平时,芯片不工作。 其典型运用电路图如下图所示:
EN1 和 EN2 一般使用时我们直接接高电平,使整个电路始终处于工作状态!
通过对上面电路的了解,大家应该大致了解了 H 桥的基本工作原理,有没有更 好地驱动电路了呢?答案是肯定的!以下是直流电动机的机械特性表达式:
n 是电机的转速,U N 是电机的两端的电压,Ce 、CT 、φN 对于我们来说可以看成一 个定值,Tem 是负载转矩,车做好之后该值基本确定不变,剩下一个重要的参数 Ra 电 机电枢回路的阻值,电机本身的内阻很小,如果外部引入的电阻过大,此时直流电 动机转速降落较大,驱动电路效率较低,电机性能不能充分发挥。为了提高 电机的转速我们应该尽量减小电机电枢回路绕组的阻值,我们知道:N 沟道的 MOS FET 具有极低的导通电阻,IRF3205 导通电阻在 8mΏ左右,而 IRF4905 几乎是其两 倍,那么是不是可以考虑全部使用 N 沟道的 3205 来搭我们的驱动电路呢,答案也 是肯定的,只不过需要换一片栅极驱动芯片就行!
常用的电机驱动有两种方式:一、采用集成电机驱动芯片;二、采用 MOSFET 和专用栅极驱动芯片自己搭。集成主要是飞思卡尔自己生产的 33886 芯片,还有就是 L298 芯片,其中 298 是个很好的芯片,其内部可以 看成两个 H 桥,可以同时驱动两路电机,而且它也是我们驱动步进电机的 一个良选!由于他们的驱动电流较小(33886 最大 5A 持续工作,298 最大 2A 持续工作),对于我们智能车来说不足以满足,但是电子设计大赛的时 候可能会用到!所以想要详细了解他们的同学可以去查找他们的数据手册! 在此只是提供他们的电路图,不作详细介绍!

步进电机驱动电路

步进电机驱动电路

02
步进电机驱动电路设计要素
驱动电路的组成及工作原理
驱动电路的组成
• 电源模块:为驱动电路提供稳定的电压和电流 • 控制模块:接收控制信号,控制电流的方向和大小 • 驱动模块:将控制信号转换为驱动电流,驱动电机运行
驱动电路的工作原理
• 控制模块根据输入的控制信号生成驱动信号 • 驱动模块根据驱动信号产生相应的驱动电流,驱动电机运行 • 电源模块为驱动电路提供稳定的电压和电流,保证电路正常工作
04
步进电机驱动电路在实际应用中的注意事项
驱动电路与步进电机的匹配问题
驱动电路与步进电机的匹配原则
• 度要求选择合适的驱动电路
驱动电路与步进电机的匹配方法
• 通过实验和计算确定最佳匹配方案 • 参考产品手册和应用案例进行匹配
驱动电路的控制策略与优化
未来应用场景的拓展
• 在智能家居、机器人等领域的应用 • 在航空航天、武器装备等领域的应用
未来驱动电路的设计方向
• 高性能、高效率、高可靠性的驱动电路设计 • 绿色环保、节能减排的驱动电路设计
CREATE TOGETHER
DOCS
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
模块化驱动电路的优势
• 便于维护和升级 • 提高设计灵活性,易于扩展
新型驱动技术与控制方法的研究与应用
新型驱动技术
• 永磁同步电机等高效电机的研究与应用 • 无刷直流电机等环保电机的研究与应用
新型控制方法
• PID控制等先进控制算法的研究与应用 • 模糊控制等人工智能技术的研究与应用
步进电机驱动电路在未来应用场景的拓展
双极性驱动电路的优缺点
• 优点:驱动能力强,能实现正反转控制 • 缺点:结构较复杂,成本较高
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H桥驱动电路原理
2008-09-05 16:11
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。

图4.16 使能信号与方向信号的使用
实际使用的时候,用分立元件制作H桥是很麻烦的,好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路,接上电源、电机和控制信号就可以使用了,在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。

比如常用的L293D、L298N、TA7257P、
SN754410等。

附两张分立元件的H桥驱动电路:。

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