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机器人教程3:直流电机驱动及L298N模块

本节主要介绍H桥电路,以下章节将特别介绍PWM调速问题。

3、H桥电路

电机完成后,引出两个极,如图5所示,可以通过给两个极能电来实现电源极性可以实现转向。

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图5减速电机及电路图

正如我们前面所说,我们必须解决驱动力不足和方向变化的问题。设计通常采用两种方法,一种是由分离元件组成的驱动电路,另一种是使用特殊的驱动芯片。由于结构简单、价格低廉、可靠性高,电机驱动因其特殊的驱动芯片而得到广泛应用。有许多电机驱动芯片,如电机驱动芯片L298N、BST7970、MC33886等,这里我们介绍一下智能机器人中常用的。LM298N驱动模块,BST7970、MC33886一般适用于电机功率大的场合。在介绍LM298N驱动模块之前,我们先介绍一下H桥电路,需要说明的是时,在下面的电路由于内部采用了三极管,三极管本身起到放大的作用,即增大了驱动电流,所以在下面的讲解中我们主要侧重讲解如何实现换向功能。

H其原理可以用如图6来表示:

图6 H桥简单电路

从图中可以看出,它的形状与字母相似H作为负载的直流电机像桥一样架在上面,因此被称为H四个开关所在的位置称为桥臂。

从图中可以看出,假设开关A、D接通后,电机向前旋转,开关B、C当连接时,直流电机会反向旋转,从而实现电机的正反控制。当然,我们也可以在实际应用中得到另外两种状态:

刹车,即将A、C或B、D如果连接,电机惯性旋转产生的电势将短路,形成阻碍运动的感应电流,并打开制动。

2)惰行,如果四个开关全部断开,电机惯性产生的电势将无法打开成电路,因此不会产生阻碍运动的感应电流,电机会长时间旋转惯性。

以上电路只是说明的原理。在实际电路中,我们通常用三极管替换四个开关。如图7所示,H桥式电机驱动电路包括四个三极管和一个电机。要使电机运转,对角线上对角线上的一对三极管。根据不同三极管右或从右到左流过电机,以控制电机的转向。由于H桥电路可以方便地实现电机的正反转驱动,因此得到了广泛的应用。

典型的H桥电路图7

为了使电机运行,对角线上的一对三极管必须导通。例如,如图8所示,当Q1管和Q当4管导通时,电流从电源正极开始Q1从左到右穿过电机,然后通过Q4回到电源负极。如图所示,电流箭头将驱动电机顺时针旋转。当三极管Q1和Q电流从左到右流过电机,驱动电机朝特定方向旋转。

图9显示了另一对三极管Q2和Q电流从右到左流过电机。当三极管Q2和Q电流从右到左流过电机,驱动电机沿另一个方向旋转。

这里需要注意的是,电机通常会导致两个极,但没有正负之分。所谓正反转只是我们人为定义的,取决于实际应用和安装。

图8电机正转图9电机反转

在驱动电机时,确保H桥两侧的三极管不同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q当电路中除三极管外没有其他负载时,电路上的电流可能达到最大值(电流仅限于电源性能),甚至烧毁三极管。由于上述原因,在实际驱动电路中,际驱动电路中三极管的开关。

图10显示了基于这一考虑的改进电路,在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。四个与门相同的导电信号连接,以控制整个电路的开关。两个非门提供一个方向输入,以确保在H桥的同一侧只有一个三极管。

图10改进后的H桥驱动电路

采用上述方法,电机的运行只需要三个信号控制,如图11所示:两个方向信号和一个能量信号。DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,使能信号为1,所以三极管Q1和Q4导通,电流从左至右流经电机,如图6所示;如果DIR-L信号变为1,而DIR-R信号变为0Q2和Q将导通,电流反向流过电机。

图11驱动电机转动时的信号示意图

4.选择驱动芯片时考虑的问题

H桥式电路虽然有很多优点,但在实际生产过程中,由于元件较多,电路和施工也比较麻烦,增加了硬件设计的复杂性。专用驱动芯片通常直接用于绝大多数生产。目前,市场上有许多特殊的驱动芯片,如上述L298N、BST7970、MC33886等,但我们应该选择哪些芯片?当然,每个芯片都有自己的优势。我们应该根据设计需要综合考虑价格和性能。这里有三个方面。

标签: 三极管分离正负电流5lm2596三极管

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