永磁直流电机供电H桥的微控制器驱动

　驱动一个中、小功率永磁直流电机的传统方式是采用搭成H桥结构的四支MOSFET或双极晶体管。例如在图 1 中，电机连接在集电极对C₁、C₂和C₃、C₄之间。由沿对角方向导通的相应晶体管对Q₁与Q₃，或Q₂和Q₄控制流经电机的电流，以及其旋转方向的反转。但是，这种方法需要四支晶体管的每一个都接收自己的控制输入。根据电机的电压要求，上方两个驱动信号需要电气隔离，或用一个电平移位电路匹配微控制器的输出电压极限。

　　本设计实例描述了另一种电路，它只驱动 H 桥的两个低侧开关晶体管。在一个用于双向电机控制的标准双极晶体管 H 桥中，Q₁和Q₄的基极通过电阻器R₃和R₄连接到Q₃和Q₂的集电极（图2）。输入V_INA和 V_INB各控制一对开关。当Q₂导通时，电阻器R₄和二极管D₆将Q₄基极拉低，使Q₄ 饱和并通过电机和Q₂拉入电流。同样，Q₃的导通会将Q₁拉至饱和，并反向驱动电机。二极管D₅确保在Q₄导通时Q₁保持关断，而D₆在Q₁导通时保证Q₄的关断。电阻器R₁、R₂、R₇和R₈增加它们相应晶体管的开关速度，而电阻器R₅和R₆将微控制器5V高逻辑电平输出的基极电流限制在大约15mA~ 20mA。电阻器R₃和R₄设定Q₁和Q₄的饱和基极电流。它们的值依赖于电机的供电电压和Q₁及Q₄的直流电流增益，公式如下：R₃=R₄≤[V_CC-V_BE(ON)(Q₄) - V_F(D6)-V_CE(SAT)(Q₂)]/[(I_MOTOR)/h_FE(MIN)(Q₄)]。为获得最佳性能，应选择有低集射饱和电压V_CE(SAT)以及高直流电流增益h_FE的双极晶体管。目前可以使用的中功率晶体管能够以最小集电极功耗和要求较少的基极驱动提供这些特性，因此可与MOSFET竞争。

　　一些分立器件可以在图1的电路中很好地工作，如On Semiconductor的NSS40200LT1G PNP双极晶体管和NST489AMT1 NPN双极晶体管。如要实现一种更紧凑的方法，可以选择集成的H桥，如Zetex的ZHB6790，它可工作在高达40V电压下，集电极额定电流为连续2A和6A峰值脉冲。在IC集电极电流为100mA时，其最小电流增益为500，在2A IC时电流增益可以降至150。最差情况下， Q₂和Q₃ 2A的集电极电流（饱和电压不大于0.35V）需要的基极电流为 13 mA ~ 20 mA。所幸，很多微控制器的输出都可以提供或吸收高达 25 mA 电流，因此可以不依赖电机的电源电压，直接驱动 H 桥。为进一步降低驱动电流，或采用标准的CMOS或TTL IC作驱动源，可以用小信号晶体管反相器缓冲 Q₂和Q₃的输入。作为一种选择，你也可以在 Q₂、Q₃与地之间连接欧姆级的电阻器。这种方案可以提供与电机电流成正比的模拟电压，使微控制器能够检测一台熄火或过载的电机。