驅(qū)動有刷直流電機(jī)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(jī)的方法。可能大多數(shù)人都有在小學(xué)的理科實(shí)驗(yàn)中或手工作品中將電池連接到有刷直流電機(jī)來使有刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的體驗(yàn)。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(jī)連接電源時會運(yùn)轉(zhuǎn)，斷開電源時會停止運(yùn)轉(zhuǎn)

首先來看使有刷直流電機(jī)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(jī)相連，電機(jī)就會旋轉(zhuǎn)，如果斷開電源，則電機(jī)在空轉(zhuǎn)后停止運(yùn)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(jī)的電源線之間插入機(jī)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(jī)開關(guān)的導(dǎo)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(dǎo)通和關(guān)斷MOSFET，并以同樣的方式使有刷直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)或停止。

雖然簡單，但有一些注意事項(xiàng)

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(jī)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(jī)。這樣，電路看起來有點(diǎn)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(shí)現(xiàn)本文開頭提到的“使電機(jī)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(jī)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(jī)的電感(線圈)都會試圖保持電流流動，(-)側(cè)開關(guān)會導(dǎo)致電機(jī)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(dǎo)致電機(jī)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(jī)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(jī)只能沿一個方向旋轉(zhuǎn);電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)擊這里參閱Tech Web Motor“基礎(chǔ)知識”中的介紹。

審核編輯：湯梓紅