单开关电路驱动、半桥电路驱动

本文将介绍通过有刷电机“单开关电路”和“半桥电路”进行驱动的方法。两种方法均适用直流驱动和PWM驱动。

通过单开关电路进行驱动

这是使用一个开关创建两种状态的电路，一种状态是将直流电源的（+）和（-）连接到电机，另一种状态是断开电机与直流电源的（+）或（-）的连接。因其可以通过一个开关实现而被称为“单开关电路”。
 
当开关导通时，电机根据极性在一个方向上旋转；而当开关关断时，电压消失，电机空转后停止。开关的位置可以在①的（-）侧，也可以在③的（+）侧。也可以用半导体功率晶体管（图中的MOSFET）代替开关来构成电子电路。如②所示设置在（-）侧时，使用Nch MOSFET；如④所示设置在（+）侧时，使用Pch MOSFET。
 
使用功率晶体管时有一些注意要点。在该电路中，在开关刚刚OFF后，电机的电感量即试图使电流继续保持流动，因此在①中，电机（-）侧的电压达到电源电压以上；在③中，电机（+）侧的电压达到GND以下。该电压超过电源电压的几倍。因此，在使用功率晶体管时，需要按照②和④电路图所示，将功率二极管与电机并联连接，并通过用二极管的正向电压抑制（钳制）产生的电压来保护晶体管。
 
当有该钳位二极管时，在电机产生的电压高于二极管正向电压期间内，电机产生的电流将流过该二极管，因此转矩的作用方向与旋转方向相反，成为短路制动动作，电机快速停止。
 
在该电路中也可以使用PWM驱动；也可以通过检测电机电流并负反馈，从而进行电流驱动。
 
通过半桥电路进行驱动

如图所示，在电源之间级联连接两个开关的电路，因其是使用四个开关的H桥（全桥）的一半而被称为“半桥电路”。另外，由于一个H桥按1ch计算，因此有时也被称为“0.5ch”。
 
当在①中接通SW2、在③中接通SW1时，电机将根据极性在固定方向上旋转。在①中，如果在旋转状态下关断SW2并同时接通SW1，就会发生短路制动动作，电机会迅速停止。在③中则相反，当关断SW1的同时接通SW2时，将发生短路制动动作。此外，当在旋转状态下将①和③的SW2和SW1都关断时，电压消失，电机空转后停止。
 
与前述的单开关电路一样，①和③的开关部分可以用半导体功率晶体管替代。在该电路示例中，在直流电源的（-）侧使用了Nch MOSFET，（+）侧使用了Pch MOSFET。由于MOSFET有寄生二极管，因此即使在空转状态将Q1和Q2断开，与电机并联连接的MOSFET的寄生二极管也会再生电流，从而产生与短路制动相同的动作。只要电机的产生电压不降到寄生二极管的正向电压以下，这种短路制动状态就会持续。
 
与H桥电路一样，由于在半桥电路中也有两个串联在电源和GND之间的开关（晶体管），因此预驱动电路中也需要防止同时导通控制功能，以确保开关切换时两个开关不会同时导通。如果两个开关同时导通，则称为“直通电流”的大电流可能会流过电源间，并可能会损坏开关（晶体管）。
 
另外，为了创建旋转、制动和空转这三种输出状态，需要准备两个二进制输入或一个三进制输入。如果只有一个二进制输入，则只能从三种输出状态中选择两种。
 
该电路也可以使用PWM驱动；也可以通过检测电机电流并负反馈来进行电流驱动。
 
关键要点：

・有刷电机的单开关电路驱动通过一个开关控制旋转和空转两种状态。
 
・在有刷电机单开关电路驱动中将功率晶体管用作开关时，由于晶体管可能会因反电动势而受损，故需要使用钳位二极管。
 
・有刷电机半桥驱动方式可以控制旋转、空转和制动三种状态。
 
・当使用MOSFET作为开关时，半桥电路可以通过MOSFET的寄生二极管实现制动动作。有刷电机的单开关电路和半桥电路均适用PWM驱动和电流驱动。