單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)、半橋電路驅(qū)動(dòng)

作為有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的最后一篇文章，本文將介紹通過有刷電機(jī)“單開關(guān)電路”和“半橋電路”進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方法。兩種方法均適用直流驅(qū)動(dòng)和PWM驅(qū)動(dòng)。

通過單開關(guān)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)

這是使用一個(gè)開關(guān)創(chuàng)建兩種狀態(tài)的電路，一種狀態(tài)是將直流電源的（+）和（-）連接到電機(jī)，另一種狀態(tài)是斷開電機(jī)與直流電源的（+）或（-）的連接。因其可以通過一個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)而被稱為“單開關(guān)電路”。

當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)根據(jù)極性在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)；而當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電壓消失，電機(jī)空轉(zhuǎn)后停止。開關(guān)的位置可以在①的（-）側(cè)，也可以在③的（+）側(cè)。也可以用半導(dǎo)體功率晶體管（圖中的MOSFET）代替開關(guān)來構(gòu)成電子電路。如②所示設(shè)置在（-）側(cè)時(shí)，使用Nch MOSFET；如④所示設(shè)置在（+）側(cè)時(shí)，使用Pch MOSFET。

使用功率晶體管時(shí)有一些注意要點(diǎn)。在該電路中，在開關(guān)剛剛OFF后，電機(jī)的電感量即試圖使電流繼續(xù)保持流動(dòng)，因此在①中，電機(jī)（-）側(cè)的電壓達(dá)到電源電壓以上；在③中，電機(jī)（+）側(cè)的電壓達(dá)到GND以下。該電壓超過電源電壓的幾倍。因此，在使用功率晶體管時(shí)，需要按照②和④電路圖所示，將功率二極管與電機(jī)并聯(lián)連接，并通過用二極管的正向電壓抑制（鉗制）產(chǎn)生的電壓來保護(hù)晶體管。

當(dāng)有該鉗位二極管時(shí)，在電機(jī)產(chǎn)生的電壓高于二極管正向電壓期間內(nèi)，電機(jī)產(chǎn)生的電流將流過該二極管，因此轉(zhuǎn)矩的作用方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，成為短路制動(dòng)動(dòng)作，電機(jī)快速停止。

在該電路中也可以使用PWM驅(qū)動(dòng)；也可以通過檢測(cè)電機(jī)電流并負(fù)反饋，從而進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)。

通過半橋電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)

如圖所示，在電源之間級(jí)聯(lián)連接兩個(gè)開關(guān)的電路，因其是使用四個(gè)開關(guān)的H橋（全橋）的一半而被稱為“半橋電路”。另外，由于一個(gè)H橋按1ch計(jì)算，因此有時(shí)也被稱為“0.5ch”。

當(dāng)在①中接通SW2、在③中接通SW1時(shí)，電機(jī)將根據(jù)極性在固定方向上旋轉(zhuǎn)。在①中，如果在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下關(guān)斷SW2并同時(shí)接通SW1，就會(huì)發(fā)生短路制動(dòng)動(dòng)作，電機(jī)會(huì)迅速停止。在③中則相反，當(dāng)關(guān)斷SW1的同時(shí)接通SW2時(shí)，將發(fā)生短路制動(dòng)動(dòng)作。此外，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下將①和③的SW2和SW1都關(guān)斷時(shí)，電壓消失，電機(jī)空轉(zhuǎn)后停止。

與前述的單開關(guān)電路一樣，①和③的開關(guān)部分可以用半導(dǎo)體功率晶體管替代。在該電路示例中，在直流電源的（-）側(cè)使用了Nch MOSFET，（+）側(cè)使用了Pch MOSFET。由于MOSFET有寄生二極管，因此即使在空轉(zhuǎn)狀態(tài)將Q1和Q2斷開，與電機(jī)并聯(lián)連接的MOSFET的寄生二極管也會(huì)再生電流，從而產(chǎn)生與短路制動(dòng)相同的動(dòng)作。只要電機(jī)的產(chǎn)生電壓不降到寄生二極管的正向電壓以下，這種短路制動(dòng)狀態(tài)就會(huì)持續(xù)。

與H橋電路一樣，由于在半橋電路中也有兩個(gè)串聯(lián)在電源和GND之間的開關(guān)（晶體管），因此預(yù)驅(qū)動(dòng)電路中也需要防止同時(shí)導(dǎo)通控制功能，以確保開關(guān)切換時(shí)兩個(gè)開關(guān)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。如果兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，則稱為“直通電流”的大電流可能會(huì)流過電源間，并可能會(huì)損壞開關(guān)（晶體管）。

另外，為了創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)、制動(dòng)和空轉(zhuǎn)這三種輸出狀態(tài)，需要準(zhǔn)備兩個(gè)二進(jìn)制輸入或一個(gè)三進(jìn)制輸入。如果只有一個(gè)二進(jìn)制輸入，則只能從三種輸出狀態(tài)中選擇兩種。

該電路也可以使用PWM驅(qū)動(dòng)；也可以通過檢測(cè)電機(jī)電流并負(fù)反饋來進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

?有刷電機(jī)的單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)通過一個(gè)開關(guān)控制旋轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)。

?在有刷電機(jī)單開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)中將功率晶體管用作開關(guān)時(shí)，由于晶體管可能會(huì)因反電動(dòng)勢(shì)而受損，故需要使用鉗位二極管。

?有刷電機(jī)半橋驅(qū)動(dòng)方式可以控制旋轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)和制動(dòng)三種狀態(tài)。

?當(dāng)使用MOSFET作為開關(guān)時(shí)，半橋電路可以通過MOSFET的寄生二極管實(shí)現(xiàn)制動(dòng)動(dòng)作。有刷電機(jī)的單開關(guān)電路和半橋電路均適用PWM驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)。