H橋電路驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)方案解析-KIA MOS管

有刷直流電機(jī)

有刷直流電機(jī)是一種直流電機(jī)，有刷電機(jī)的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉(zhuǎn)子上安裝有電樞繞組和換向器。

直流電源的電能通過(guò)電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組，產(chǎn)生電樞電流，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)負(fù)載。

由于電刷和換向器的存在，有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，故障多，維護(hù)工作量大，壽命短，換向火花易產(chǎn)生電磁干擾。

工作原理

有刷直流電機(jī)的工作原理圖如圖2-1所示。在有刷直流電機(jī)的固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極;固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵芯和繞在環(huán)形鐵芯上的繞組。

圖2-1所示的兩極有刷直流電機(jī)的固定部分(定子)上裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子)上裝設(shè)電樞鐵芯。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。

在電樞鐵芯上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。

換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。

H橋電路的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)

高邊電壓線性控制

在該有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器電路示例中，可以通過(guò)線性控制高邊Pch MOSFET來(lái)更改OUT引腳的H電壓，從而控制施加到電機(jī)的電壓。

OUT引腳的H電壓由施加到Vref引腳的直流電壓控制，理論上的電壓與施加到Vref的電壓相同。這就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩。

在該示例中，當(dāng)高邊MOSFET（Q1，Q3）通過(guò)H橋切換控制邏輯導(dǎo)通時(shí)，運(yùn)算放大器會(huì)給高邊MOSFET的柵極偏壓，使MOSFET導(dǎo)通，并且MOSFET的漏極電壓被反饋至運(yùn)算放大器的同相輸入。

根據(jù)運(yùn)算放大器反饋電路的原理，該電路執(zhí)行反饋控制，以使反相輸入和同相輸入具有相同的電壓。

在該示例中，施加到Vref引腳的電壓=運(yùn)算放大器的反相引腳電壓等于運(yùn)算放大器同相引腳=MOSFET的漏極電壓=OUT引腳的H電壓。由于該反饋電路的增益為+1，因此Vref和OUT的電壓比也為1:1。

可能對(duì)于反饋到該同相引腳的電路感覺有點(diǎn)不協(xié)調(diào)，但是由于Pch MOSFET為活動(dòng)狀態(tài)的L，因此會(huì)反饋運(yùn)算放大器輸出的反向電壓。這與使用PNP晶體管作為升壓器的反饋電路的思路相同。

有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的H橋控制電路的工作與“輸出狀態(tài)的切換”中所述的工作相同。

關(guān)鍵要點(diǎn):

有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以線性控制H橋電路高邊電壓的電路結(jié)構(gòu)。

有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制OUT引腳的H電壓，可以線性控制電機(jī)轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩。

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