驅(qū)動有刷直流電機的簡便方法

本文將從非常基礎(chǔ)的部分開始介紹驅(qū)動有刷直流電機的方法。可能大多數(shù)人都有在小學的理科實驗中或手工作品中將電池連接到有刷直流電機來使有刷直流電機運轉(zhuǎn)的體驗。另外，可能也有很多人使用開關(guān)制作過可以開/關(guān)的電路，或者使用過帶有開/關(guān)功能的模型或玩具。我們將從這里開始展開說明。

電機連接電源時會運轉(zhuǎn)，斷開電源時會停止運轉(zhuǎn)

首先來看使有刷直流電機只沿一個方向旋轉(zhuǎn)和停止的情況。只要將電源與有刷直流電機相連，電機就會旋轉(zhuǎn)，如果斷開電源，則電機在空轉(zhuǎn)后停止運轉(zhuǎn)。但是，只是這樣是很不方便的，因此出現(xiàn)了在連接到電機的電源線之間插入機械開關(guān)來手動開/關(guān)的電路。圖1的左側(cè)就表示這種電路。

圖1：有刷直流電機開關(guān)的導通和關(guān)斷電路示例

如果要將這種電路升級為電子電路，則可以用晶體管替換掉開關(guān)(SW1)。圖1的右側(cè)即為替換示例，該晶體管是Nch MOSFET。這樣，就可以通過向MOSFET Q1的柵極施加電壓來導通和關(guān)斷MOSFET，并以同樣的方式使有刷直流電機旋轉(zhuǎn)或停止。

雖然簡單，但有一些注意事項

這里還有一些需要注意的地方。無論哪種電路，在斷開開關(guān)的瞬間，電機的線圈都會試圖保持電流流動，從而產(chǎn)生高電壓(反電動勢)。尤其是使用了晶體管時，如果晶體管被施加了超過最大額定值的電壓，則晶體管將劣化或損壞。因此，必須抑制這種電壓。為此，如電路圖所示，需要將二極管并聯(lián)連接至電機。這樣，電路看起來有點像電子電路了。

開關(guān)插入在(+)側(cè)或(-)側(cè)均可

如上所述，通過使用一個開關(guān)，可以實現(xiàn)本文開頭提到的“使電機沿一個方向旋轉(zhuǎn)和停止”。在這種情況下，開關(guān)既可以位于電源的(+)側(cè)也可以位于(-)側(cè)。兩種情況的示例如圖2所示。在使用MOSFET的示例中，為了能夠易于驅(qū)動(開/關(guān))晶體管，在(+)側(cè)使用了Pch MOSFET，在(-)側(cè)使用了Nch MOSFET。

圖2：驅(qū)動有刷直流電機的單開關(guān)電路示例

從左側(cè)起分別是：(-)側(cè)使用開關(guān)，(-)側(cè)使用Nch MOSFET，

(+)側(cè)使用開關(guān)，(+)側(cè)使用Pch MOSFET

如前所述，無論將開關(guān)插入電源的哪一側(cè)，在關(guān)斷電源的瞬間，電機的電感(線圈)都會試圖保持電流流動，(-)側(cè)開關(guān)會導致電機的(-)端子側(cè)的電壓波動到(-)側(cè)電壓以下(通常為GND電位以下)，(+)側(cè)開關(guān)會導致電機的(+)端子側(cè)的電壓波動到(+)側(cè)電壓(電源電壓)以上。也就是說，關(guān)斷時產(chǎn)生的電壓會高于電源電壓值。因此，如電路圖所示，無論在哪種情況下，都需要通過與電機并聯(lián)連接二極管，由二極管的正向電壓來抑制(鉗制)所產(chǎn)生的反電動勢。

這種電路配置僅需要一個晶體管，簡單易行，但是存在幾個課題：電機只能沿一個方向旋轉(zhuǎn);電機在關(guān)閉時會空轉(zhuǎn)后再停止，到完全停止需要時間;需要安裝用來鉗制反電動勢的二極管。

有刷直流電機還有一種H橋驅(qū)動方法，這種方法可以選擇有刷直流電機的旋轉(zhuǎn)方向，并可以提供停止時制動等功能。此外，有刷直流電機還有一種可以控制轉(zhuǎn)速的PWM驅(qū)動方法(單開關(guān)驅(qū)動或H橋驅(qū)動均可使用)。有關(guān)這些方法的詳情，請點擊這里參閱Tech Web Motor“基礎(chǔ)知識”中的介紹。

審核編輯：湯梓紅