專題1直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制

步進(jìn)電機(jī)就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；更通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。

可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制電機(jī)的角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的；同時(shí)還可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，低速扭矩大，成本低；缺點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)存在空載啟動(dòng)頻率，所以步進(jìn)電機(jī)可以低速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時(shí)就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有的嘯；同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)是開(kāi)環(huán)控制，控制精度和速度都沒(méi)有伺服電機(jī)那么高。伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號(hào)（或者脈沖數(shù)）轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的機(jī)械輸出量，拖動(dòng)被控制元件，從而達(dá)到控制目的。伺服電機(jī)系統(tǒng)見(jiàn)下圖。一般地，要求轉(zhuǎn)矩能通過(guò)控制器輸出的電流進(jìn)行控制；電機(jī)的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電機(jī)主要應(yīng)用在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，尤其是隨動(dòng)系統(tǒng)。伺服電機(jī)有直流和交流之分，最早的伺服電機(jī)是一般的直流有刷電機(jī)，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機(jī)做伺服電機(jī)。當(dāng)前隨著永磁同步電機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，絕大部分的伺服電機(jī)是指交流永磁同步伺服電機(jī)或者直流無(wú)刷電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，效率高，長(zhǎng)。缺點(diǎn)：控制復(fù)雜，價(jià)格昂貴，需要專業(yè)才能控制。無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)是在有刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，但它的驅(qū)動(dòng)電流是不折不扣的交流。一般地，無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流有兩種，一種是梯形波(方波)，另一種是正弦波。一般的，把方波驅(qū)動(dòng)的叫做直流無(wú)刷電機(jī)(BLDC)；把正弦波驅(qū)動(dòng)的叫做永磁同步電機(jī)(PMSM)，這個(gè)實(shí)際上就是伺服電機(jī)。直流無(wú)刷電機(jī)與伺服電機(jī)有類似的優(yōu)缺點(diǎn)。BLDC電機(jī)比PMSM電機(jī)造價(jià)便宜一些，驅(qū)動(dòng)控制方法簡(jiǎn)單一些。舵機(jī)（Servo，伺服）：它由直流電機(jī)、

齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)發(fā)送信號(hào)，指定輸出軸旋轉(zhuǎn)角度。舵機(jī)一般而言都有最大旋轉(zhuǎn)角度（比如180度）。它與普通直流電機(jī)的區(qū)別主要在，直流電機(jī)是一圈圈轉(zhuǎn)動(dòng)的，舵機(jī)只能在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能一圈圈轉(zhuǎn)。普通直流電機(jī)無(wú)法反饋轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息，而舵機(jī)可以。用途也不同，普通直流電機(jī)一般是整圈轉(zhuǎn)動(dòng)做動(dòng)力用，舵機(jī)是控制某物體轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度用（比如機(jī)器人的關(guān)節(jié)）。實(shí)驗(yàn)箱中所包含的電機(jī)有5種類型的直流電機(jī)，包括有：GM37-545有刷直流電機(jī)28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)雙出軸57步進(jìn)電機(jī)MG996R舵機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)永磁同步電機(jī)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)涉及到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，速度，電流，圈數(shù)（位置）。電機(jī)控制可以分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制，對(duì)于本身就是具有精準(zhǔn)控制特性的步進(jìn)電機(jī)是可以使用開(kāi)環(huán)控制而其他的電機(jī)，則是需要通過(guò)編

或者霍爾傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。當(dāng)然在特定要求的情況下，只使用開(kāi)環(huán)控制也是可以的。根據(jù)電機(jī)的特性而言，閉環(huán)控制也可以分為位置閉環(huán)控制，速度閉環(huán)控制，電流閉環(huán)控制。左手定則：位于磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體，會(huì)受到力的作用，力的方向可按左手定則確定，：伸開(kāi)左手，使大拇指和其余四指垂直，把手心面向

N

極，四指順著電流的方向，那么大拇指所指方向就是載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向?！?電->力力的大小為：F=BIL

sin??其中：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位T），I為電流大?。▎挝籄），L為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度（單位m），F(xiàn)為力的大?。▎挝籒），θ為：B和I的夾角?？梢钥吹?，當(dāng)θ為90度時(shí)F最大。右手定則：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體因切割磁力線會(huì)感生出電動(dòng)勢(shì)E——磁生電感生電動(dòng)勢(shì)大?。篍=vBL

sinθ其中：v為導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度（單位m/s），B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位T），L為導(dǎo)體長(zhǎng)度（單位m），θ為：B

和L的夾角。如果一條直的金屬導(dǎo)線通過(guò)電流，那么在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)?！娚?。導(dǎo)線中流過(guò)的電流越大，產(chǎn)生的磁場(chǎng)越強(qiáng)。磁場(chǎng)成圓形，圍繞導(dǎo)線周圍。磁場(chǎng)的方向可以根據(jù)“右手螺旋定則”（又稱定則）定則：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N（北）極。最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型：固定部分（定子）有磁鐵（主磁極）和電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組，以及換向片。磁場(chǎng)：圖中N和S是一對(duì)

的磁極，用以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度沿圓周為正弦分布勵(lì)磁繞組——a.容量較小的電機(jī)是用 磁鐵做磁極的；b.容量較大的電機(jī)的磁場(chǎng)是由直流電流通過(guò)繞在磁極鐵心上的繞組產(chǎn)生的。用來(lái)形成N極和S極的繞組稱為勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組中的電流稱為勵(lì)磁電流If。電樞繞組：在N極和S極之間，有一個(gè)能繞軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形鐵心（電機(jī)軸），其上緊繞著一個(gè)線圈稱為電樞繞組(圖中只畫(huà)出一匝線圈)，電樞繞組中的電流稱為電樞電流Ia。換向器：電樞繞組兩端分別接在兩個(gè)相互絕緣而和繞組同軸旋轉(zhuǎn)的半圓形銅片——換向片上，組成一個(gè)換向器。換向器上壓著固定不動(dòng)的炭質(zhì)電刷。電樞：鐵心、電樞繞組和換向器所組成的旋轉(zhuǎn)部分稱為電樞。電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生：電樞繞組通過(guò)電刷接到直流電源上，繞組的旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相聯(lián)。電流從電刷A流入電樞繞組，從電刷B流出。電樞電流Ia與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F，其電樞逆時(shí)針?lè)较蛐较蚩捎米笫侄▌t判定。這一對(duì)電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩T，使電轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)方向關(guān)系：同向換向：當(dāng)電樞（旋轉(zhuǎn)部分）轉(zhuǎn)到上圖b所示位置時(shí)，ab邊轉(zhuǎn)到了S極下，cd邊轉(zhuǎn)到了N極下。這時(shí)線圈電磁轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)生了改變，但由于換向器隨同一起旋轉(zhuǎn)，使得電刷A總是接觸N極下的導(dǎo)線，而電刷B總是接觸S極下的導(dǎo)線，故電流流動(dòng)方向發(fā)生改變，電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。反電動(dòng)勢(shì)：電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，割切磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（磁生電），這個(gè)電動(dòng)勢(shì)(用右手定則判定)的方向與電樞電流Ia和外加電壓U的方向總是相反的，稱為反電動(dòng)勢(shì)Ea。電源只有克服這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)才能向電輸入電流?？梢?jiàn)，電 向負(fù)載輸出機(jī)械功率的同時(shí)，電源是向電 輸入電功率，電 起著將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用。反電動(dòng)勢(shì)方向與電流方向關(guān)系：反向能量轉(zhuǎn)換：電源（電能）->電磁轉(zhuǎn)矩->負(fù)載（機(jī)械能）由此可見(jiàn)，加于直流電 的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電電樞線圈中流過(guò)的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電的基本工作原理。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，直流電就是利用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)而“切割”其磁力線的原理工作的。直流 電機(jī)，即齒輪 電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪

箱齒輪 箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時(shí)，齒輪箱不同的比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了，直流電機(jī)在自動(dòng)化行業(yè)中的使用率。電機(jī)的特色首要有以下幾點(diǎn)：電機(jī)節(jié)約空間，牢靠經(jīng)用，能承受一定的過(guò)載能力，功率能滿意的需求；電機(jī)能耗低，性能優(yōu)越；

電機(jī)振蕩小，噪音低，節(jié)能高，選用優(yōu)質(zhì)鍛鋼資料，剛性鑄鐵箱體，齒輪外表顛末高頻熱出來(lái)；顛末精細(xì)加工，包管定位精度，這一切構(gòu)成了齒輪傳動(dòng)總成的齒輪

電機(jī)裝備了各類電機(jī)，形成了機(jī)電

，徹底包管了產(chǎn)物的運(yùn)用質(zhì)量特征；

電機(jī)采用了系列化、模塊化的設(shè)計(jì)，有很廣泛的適應(yīng)性。同時(shí)可組合其他多種電機(jī)裝置方位和布局計(jì)劃、可按實(shí)際需要挑選任意轉(zhuǎn)速和各種布局方式。電機(jī)有幾個(gè)重要參數(shù)在選型時(shí)作為參考值：空載轉(zhuǎn)速：電機(jī)正常通電無(wú)負(fù)載狀態(tài)的轉(zhuǎn)速（單位：rpm或轉(zhuǎn)/分鐘或r/min)

；空載電流：電機(jī)正常通電無(wú)負(fù)載狀態(tài)的電流（單位：mA毫安）；負(fù)載力矩：電機(jī)負(fù)載測(cè)試時(shí)候的額定扭矩，僅用于測(cè)試參考（單位：g-cm克每厘米或kg-cm公斤每厘米）；負(fù)載轉(zhuǎn)速：電機(jī)在負(fù)載力矩下的轉(zhuǎn)速（單位：rpm或轉(zhuǎn)/分鐘或r/min)；負(fù)載電流：電機(jī)在負(fù)載力矩下的電流（單位：mA毫安或A安）；堵轉(zhuǎn)力矩：又叫啟動(dòng)扭力，為電機(jī)所能承受的最大扭力標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)該扭力，電機(jī)將停轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)（單位：g-cm克每厘米或kg-cm公斤每厘米）；堵轉(zhuǎn)電流：也叫啟動(dòng)電流，為電機(jī)遭到堵轉(zhuǎn)停止時(shí)候的最大電流；（單位：mA毫安或A安）；

比：

裝置的傳動(dòng)比，由

齒輪結(jié)構(gòu)決定；

電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速與直流電機(jī)轉(zhuǎn)速之比；霍爾分辨率：電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)一圈霍爾編

輸出的脈沖數(shù)。很多時(shí)候

更加關(guān)系電機(jī)的轉(zhuǎn)速問(wèn)題，下面

分析電機(jī)轉(zhuǎn)速影響因素：U=CeΦn+IaRan=(U-IaRa)/(CeΦ)其中：n為轉(zhuǎn)速，U為電機(jī)端電壓，Ia為電樞電流，Ra為電機(jī)電樞繞組電阻Ce為電機(jī)常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)，Φ為電機(jī)氣隙磁通。對(duì)一個(gè)電機(jī)來(lái)說(shuō)，電機(jī)出廠時(shí)Ce和Φ這兩個(gè)參數(shù)值已經(jīng)是確定的。所以，很多時(shí)候通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)電壓來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。一般認(rèn)為：直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓成正比關(guān)系；電機(jī)的重要參數(shù)：電機(jī)一般還有一個(gè)最小啟動(dòng)電壓，就是可以使得電機(jī)（無(wú)負(fù)載）開(kāi)始旋轉(zhuǎn)的電壓值。為保證電機(jī)正常工作，一般需要接到電機(jī)兩端的電壓值范圍為：最小啟動(dòng)電壓至額定電壓并且在這個(gè)電壓值范圍內(nèi)才認(rèn)為轉(zhuǎn)速與電壓成正比。電機(jī)線圈是有銅導(dǎo)線繞線而成的，所以其電機(jī)電樞繞組電阻一般都是非常小，這樣回路中電流一般都是比較大的。這對(duì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)有很大的影響。另外，電機(jī)還有一個(gè)比較重要的參數(shù)：扭矩。簡(jiǎn)化理解扭矩就是電機(jī)可以帶動(dòng)外部部件旋轉(zhuǎn)的力量，在物理上用轉(zhuǎn)矩來(lái)描述，單位為：N.m（常用單位有：Kg.cm）。大扭矩可以帶動(dòng)比較重的東西。一般認(rèn)為：直流電機(jī)的扭矩和電流成正比。關(guān)于

齒輪的簡(jiǎn)易說(shuō)明：直流 電機(jī)由兩部分組成：

齒輪+直流電機(jī)。一般直流電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是很高的（上千上萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘），但實(shí)際應(yīng)用中可能需要轉(zhuǎn)速慢的電機(jī)，合適的做法是為電機(jī)加速齒輪。加 齒輪結(jié)構(gòu)可以提高轉(zhuǎn)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。通過(guò)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以控制 電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)：給電機(jī)兩根線供電電機(jī)就可以旋轉(zhuǎn)，給正電壓電機(jī)正轉(zhuǎn)，給相反電壓電機(jī)反轉(zhuǎn)；電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快，電壓越小，轉(zhuǎn)速也變小。希望STM32可以方便的調(diào)整電機(jī)速度，但STM32的IO接口電壓和電流一般都是非常有限的，電壓是3.3V，電流是8mA，所以為方便控制需要在微控制器和電機(jī)直接添加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路板，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)板有兩種輸入線：電源輸入線和控制信號(hào)輸入線。電源輸入線一般要求是可以提供電機(jī)額定電源的大電流電源，它是給電機(jī)提供動(dòng)力的來(lái)源。控制信號(hào)線STM32控制器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)外部電源脈沖信號(hào)電機(jī)引線位置反饋可選部分與微控制器的信號(hào)線連接，是實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法。電機(jī)驅(qū)動(dòng)板還有一個(gè)輸出線，有兩個(gè)接口，它與直流電機(jī)的引腳直接連接。注意，這里的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板輸出線是應(yīng)該一系列電路之后才輸出的，也就是通過(guò)輸入信號(hào)調(diào)制后的輸出線。電機(jī)控制都是必須有驅(qū)動(dòng)器的。如果不需要正反轉(zhuǎn)控制，可以用下面左圖驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向控速最簡(jiǎn)單電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路當(dāng)開(kāi)關(guān)A和D閉合、B和C斷開(kāi)時(shí)直流電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)，記該旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎较?。?dāng)開(kāi)關(guān)B和C閉合、A和D斷開(kāi)時(shí)直流電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)，記該旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉捶较?。?dāng)開(kāi)關(guān)A和C閉合、B和D斷開(kāi)或者當(dāng)開(kāi)關(guān)B和D閉合、A和C斷開(kāi)時(shí)直流電機(jī)不旋轉(zhuǎn)。此時(shí)可以認(rèn)為電機(jī)處于“剎車”狀態(tài)，電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，形成“剎車”作用。當(dāng)開(kāi)關(guān)A和B閉合或者當(dāng)開(kāi)關(guān)C和D閉合時(shí)直接電源短路，會(huì)燒毀電源，這種情況嚴(yán)禁出現(xiàn)。當(dāng)開(kāi)關(guān)A、B、C和D四個(gè)開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)時(shí)候，認(rèn)為電機(jī)處于“惰行”狀態(tài)，電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢(shì)將無(wú)法形成電路，從而也就不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間。這樣簡(jiǎn)單的控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)就可以控制電機(jī)的選擇方向。從上圖中可以看到，其形狀類似于字母“H”，而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像“橋”一樣架在上面的，所以稱之為“H橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開(kāi)關(guān)所在位置就稱為“橋臂”。最簡(jiǎn)單電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路在電路中可以做電子開(kāi)關(guān)的有三極管和MOS管?？梢允褂眠@兩種器件代替開(kāi)關(guān)從而實(shí)現(xiàn)電路可控的效果下面開(kāi)始以MOS管搭建的H橋電路解釋電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)MOS管導(dǎo)通。如圖，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)（此時(shí)必須保證Q2和Q3關(guān)斷），電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。另一對(duì)MOS管Q2和Q3導(dǎo)通的時(shí)候（此時(shí)必須保證Q1和Q4關(guān)斷），電流從右至左流過(guò)電機(jī)從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋兩個(gè)同側(cè)的MOS管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要，如果MOS管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從電源正極穿過(guò)兩個(gè)MOS管直接回到負(fù)極，此時(shí)電路中除了MOS管外沒(méi)有其它任何負(fù)載，因此電 的電流就達(dá)到最大值，燒壞MOS管和電源。Q3和Q4同時(shí)導(dǎo)通是同樣的道理。簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)只能控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，引入

制可以實(shí)現(xiàn)方向和速度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)占空比實(shí)現(xiàn)控速，占空比越大平均電壓（電流）越大，速度越快。

率一般在10KHz~20KHz之間。頻率太低會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，噪聲較大。頻率太高會(huì)因?yàn)镸OS管的開(kāi)關(guān)損耗而降低系統(tǒng)的效率。制方式不同，大致上可以分為三種控制模式：根據(jù)不同橋臂的受限單極模式單極模式雙極模式受限單極模式：電機(jī)電樞驅(qū)動(dòng)電壓極性是單一的優(yōu)點(diǎn)：控制電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：不能剎車，不能能耗制動(dòng),在負(fù)載超過(guò)設(shè)定速度時(shí)不能提供反向力矩。調(diào)速靜差大，調(diào)速性能很差，穩(wěn)定性也不好。單極模式：電機(jī)電樞驅(qū)動(dòng)電壓極性是單一的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)快，能加速，剎車，能耗制動(dòng)，能量反饋，調(diào)速性能不如雙極模式好，但是相差不多，電機(jī)特性也比較好。在負(fù)載超速時(shí)也能提供反向力矩。缺點(diǎn)：剎車時(shí)，不能 到0，速度接近0速度時(shí)沒(méi)有制動(dòng)力。不能突然倒轉(zhuǎn)。動(dòng)態(tài)性能不好，調(diào)速靜差稍大。是互補(bǔ)的號(hào)，一般用高級(jí)控制定時(shí)器的通道和互補(bǔ)通道控制。124+

-MotorBack

emf3

offonoffonffMotorVoltageMotorCurrentDC

BusCurrent單極模式：電機(jī)電樞驅(qū)動(dòng)電壓極性是單一的在

高電平時(shí)：MOS管1和4都導(dǎo)通，MOS管2和3都截止，電流從電源正極，經(jīng)過(guò)MOS管1，從左到右流過(guò)電機(jī)，然后經(jīng)過(guò)MOS管4流入電源負(fù)極。在

低電平時(shí)：MOS管2和4都導(dǎo)通，MOS管1和3都截止，根據(jù)楞次定律，存在自感電動(dòng)勢(shì)，電流還是從左到右流過(guò)

電機(jī)，經(jīng)過(guò)MOS管4和MOS管2形成電流回路。雙極模式：電樞電壓極性是正負(fù)交替的優(yōu)點(diǎn)：能正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，啟動(dòng)快，調(diào)速精度高，動(dòng)態(tài)性能好，調(diào)速靜差小，調(diào)速范圍大，能加速，，剎車，倒轉(zhuǎn)，能在負(fù)載超過(guò)設(shè)定速度時(shí)，提供反向力矩,能克服電機(jī)軸承的靜態(tài)摩擦力，產(chǎn)生非常低的轉(zhuǎn)速。缺點(diǎn)：控制電路復(fù)雜。在工作期間，4個(gè)MOS管都處于工作狀態(tài)，功率損耗大，電機(jī)容易發(fā)燙。雙極模式：電樞電壓極性是正負(fù)交替的和

N、

和

N是

補(bǔ)通道。使用高級(jí)控制定時(shí)器通道和互補(bǔ)通道控制雙極模式中，

和管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷。，周期相同，占空比相同，極性相反，使得對(duì)角線上的兩個(gè)MOS高電平時(shí)間為t1，那么：??記

和??????????=周期為T????

?

?????????

????DC整理得：????????????

= ????

?

??

??DC其中：??為占空比。結(jié)論：DDD①

??>50%,

>②

??<50%,

<D，電機(jī)正轉(zhuǎn)；，電機(jī)反轉(zhuǎn)；DD③

??=50%,

=

，電機(jī)停止；④

??=0,電機(jī)反轉(zhuǎn)，速度最高；⑤

??=100%,電機(jī)正轉(zhuǎn)，速度最高。124+

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emfMotorVoltageMotorCurrentDC

BusCurrent3

offonoffonoffon

onoff雙極模式：電樞電壓極性是正負(fù)交替的在 為高電平時(shí)：MOS管1和4都導(dǎo)通，MOS管2和3都截止，電流從電源正極，經(jīng)過(guò)MOS管1，從左到右流過(guò)電機(jī)，然后經(jīng)過(guò)MOS管4流入電源負(fù)極。在

低電平時(shí)：MOS管2和3都導(dǎo)通，MOS管1和4都截止，雖然電機(jī)加了反向電壓，但由于電機(jī)的負(fù)載電流較大，電流的方向仍然不改變，只不過(guò)電流幅值的下降速率叫單極模式要快，因此，電流波動(dòng)較大。H橋中，一般使用4個(gè)N型MOS管來(lái)搭建。不用2個(gè)N型MOS管+2個(gè)P型MOS管的原因是：P型MOS管難做到高耐壓大電流的型號(hào)，導(dǎo)通電阻大。同樣性能的MOS，N型比P型便宜。對(duì)于NMON管，當(dāng)外部給的柵源極VGS電壓大于的VGS閾值（大部分在2~10V之間）時(shí)漏極D和源極S之間直接導(dǎo)通。如果外部給的VGS電壓小于閾值，漏極D和源極S之間截止。簡(jiǎn)單認(rèn)為，就是一個(gè)由柵極G電壓控制的一個(gè)開(kāi)關(guān)。IRFS3607

部分參數(shù)截圖假設(shè)，圖中N-MOS管的VGS閾值為3V，VCC=24V。對(duì)于，下橋臂Q2

MOS管可以使用STM32 引腳直接控制，因?yàn)镾TM32的 電平是3.3V足夠使N-MOS管導(dǎo)通。上橋臂Q1

MOS管無(wú)法直接使用STM32

引腳使其導(dǎo)通，因?yàn)?，假設(shè)Q1導(dǎo)通，漏極D和源極S電壓幾乎相等（RDS非常?。┘碫A=VCC=24V，這樣要求VG>=VA+VGS閾值=27V。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，VG大于27V，Q1導(dǎo)通，小于27V，Q1截止。所以就需要一個(gè)這樣號(hào)升壓到27V電壓上，這個(gè)電路的電路：把STM32的3.3V可以用自舉電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。上橋臂驅(qū)動(dòng)：自舉電路下橋臂驅(qū)動(dòng)：電平控制實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，一般把VGS設(shè)置為10~20V，因?yàn)檫@樣保證MOS管完全導(dǎo)通。實(shí)際上，對(duì)于上下橋臂MOS管可以使用

的MOS管驅(qū)動(dòng)IC來(lái)驅(qū)動(dòng)。IR2104S

就是一個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于上橋臂的驅(qū)動(dòng)，可以使用IR2104S

+

1個(gè)自舉電容

+

1個(gè)自舉二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。IR2104SIR2104S結(jié)構(gòu)：Vbs(驅(qū)動(dòng)電路Vb和Vs管腳之間的電壓差，就是自舉電容Cbs兩端電壓)給集成電路高端驅(qū)動(dòng)電路提供電源。該電源電壓必須在10-20V之間，以確保驅(qū)動(dòng)集成電路能夠完全地驅(qū)動(dòng)

MOS管器件。Vbs電源是懸浮電源，附加在Vs電壓上(Vs通常是一個(gè)高頻的方波)。當(dāng)Vs被拉到地時(shí)(通過(guò)下端器件或負(fù)載，視電路結(jié)構(gòu)而定)，Vcc（典型值15V）電源通過(guò)自舉二極管(Dbs)給自舉電容(Cbs)充電。因此給Vbs提供一個(gè)電源。硬石有刷驅(qū)動(dòng)板以H橋電路為基礎(chǔ)，集成電流

電路、光耦

電路、電源管理電路編

接口電路。做MOS管驅(qū)動(dòng)，硬石有刷驅(qū)動(dòng)板選擇4個(gè)N-MOS管型號(hào)為：IRFS3607，使用IR2104S同時(shí)使用了高速光耦做

號(hào)

。IRFS3607主要參數(shù)：IR2104S主要參數(shù)：IR2104S主要參數(shù)：IR2104S主要參數(shù)：HCPL2631高速光耦（10MBit/s）主要參數(shù)：電流

：R11為采樣電阻，R12、R13、

C10、R15和R16組差分濾波電路。在R17電阻上接了一個(gè)為0.8V