H桥马达控制器原理及晶体管选型考虑(附代码)

面包板社区 2022-05-10 20:00


H桥马达控制器(H-Bridge Motor Controlle)非常简单,用起来也非常有趣,像小时候玩风车一样。但是,马达是工业应用的基础,用起来并不简单。

本项目电路中的 NPN 晶体管可为马达提供更大电流,这样我们就可以使用较小电压来切换马达,使用较大电压驱动马达,让马达获得更高转速和更大力矩。但是,一定要确保马达工作于安全功率和要求电压范围内。



该电路中的开关可由微型控制器取代,可通过PWM技术控制马达的转速。当然,也可以控制马达让其在一个方向旋转。

也可以再增加一个晶体管,这次我们使用 P-N-P 型,并通过一个二极管来保护这两个晶体管,免受来自马达的感性负载影响。


晶体管与二极管组合可消除马达的感性负载影响


为电路正常工作,需下拉引脚2为 LOW,并为引脚3加上一个PWM信号。电路中,两个晶体管通过推、拉电流,为马达提供更大的力矩,实现更高的效率。



这下,我们开始提到的问题出现了,那就是如何让让马达转向。这也不难,把电路复制一下,再增加几个元件就解决了。不过,电路看起来有些复杂。

这个电路中,Q1、Q2为P-N-P晶体管,Q3、Q4为N-P-N晶体管,P-N-P晶体管导通时基极的R1 or R2必须下拉为 LOW,N-P-N晶体管工作时基极的R3 or R4必须上拉为 HIGH。



这里,PNP和NPN晶体管必须为匹配良好的对管,电流和电压大小要根据马达尺寸来选择,这取决于马达是用于小玩具或者个人爱好,而2N2222A NPN晶体管、2N2907A PNP晶体管可提供中等性能。也可以使用NPN型2N3904晶体管和PNP型2N3906晶体管, 但是性能表现不佳,而ZTX1049A NPN型晶体管和ZTX968 PNP型晶体管的表现最佳。


对于像RC类的较大型DC马达,NPN型的TIP120、TIP121和TIP122,PNP型的TIP125、TIP126、TIP127能够承受5A工作电流,以及高达8A的峰值电流。但是一定要使用散热片,这些晶体管的外形也非常大,封装形式TO-220。


通过下拉为LOW(接地),D2、D4可打开或关断一个指定的 PNP 晶体管(Q1 or Q2 )。


D3、D5为PWM或常态数字输出,将其上拉为HIGH(接VCC)可打开晶体管(Q3 or Q4 )。


如果想让马达转向,这也简单。上拉D4为HIGH,下拉D5为LOW,D2也为LOW,为D3施加一个PWM信号,或者将其上拉为HIGH,看看发生了什么?


上拉D2为LOW开关Q1,上拉D5为High,或为其加上一个PWM信号,打开Q4、Q2、Q3并保持关闭。


现在,电路就开始向Q1推、拉电流,经过马达,再经过Q4流向地,使马达按照一定方向转圈,我们称之为正向。


相反,如果D2 HIGH,D4 LOW, D5 LOW,D3 HIGH或者添加一个PWM信号,使电流从Q2流出,再通过马达的流向Q3,这就有效的改变了马达的方向。


不过,有些情况会导致电池短路,例如:

D2 LOW,D5 High 或PWM状态

D4 LOW,D3 High 或PWM状态

这两种状态会导致电池电压直接与“地”短路,因此千万别使用这两个组合。


来源:本文由面包板社区博主“硬之城Allchips”原创!


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