如何用最简单的方式,实现12V直流电机自动正反转?

冬之小岑


直流电机的正反转控制比较通用的做法是通过H桥电路来驱动实现,所谓H桥电路是由四个晶体管/场效应管构成的电路,构成两个桥臂,在同一时刻上下桥臂不同时导通,控制两个桥臂对角的管子导通实现电机的正反转。可以通过分立元器件搭电路实现也可以使用专用的电机驱动IC来实现,下面分情况介绍。

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使用分立元器件搭建H桥驱动电路

下图设计了一个H桥驱动电路,使用三极管实现的,具有两个输入端:PWM1和PWM2,电机正反转时的逻辑如下:

电机正转控制:PWM1为低电平;PWM2为高电平,这时Q13和Q16导通,Q14和Q15截止,电流的方向为:VCC→Q13→电机→Q16→GND,实现了电机的正转控制。

电机翻转控制:PWM1为高电平;PWM2为低电平,这时Q14和Q15导通,Q13和Q16截止,电流的方向为:VCC→Q14→电机→Q15→GND,实现了电机的反转控制。

实现电路如下图所示。

通过分立元器件搭建电路电路的逻辑比较清晰,但是所使用的元器件比较多,而且在编程时要尤其注意死区时间的控制,对于初学者而言可能会出现频繁烧管子的情况。

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使用专用的电机驱动IC来实现

电机在各行各业应用广泛,如儿童玩具、自动阀门、电磁门锁等,所以各大半导体公司都有电机专用的驱动IC,以RZ7899为例,这是一款直流双向电机驱动电路,它有两个输入接口用来控制电机前进、 后退及制动。其工作电压的范围为3.0V~25V,具有紧急停止功能、过热保护功能、短路保护功能等,封装为SOP8,体积小,占用较小的PCB空间。利用RZ7899所设计的驱动电路如下图所示。

电机正转控制:A1为高电平,A2为低电平,FO输出高电平,BO输出低电平,电机正转。

电机反转控制:A1为低电平,A2为高电平,FO输出低电平,BO输出高电平,电机反转。

电机停转控制:A1为低电平,A2为低电平,FO输出高阻状态,BO输出高阻状态,电机自由停止;

电机紧急制动:A1为高电平,A2为高电平,FO输出高电平,BO输出高电平,电机紧急制动停止。

由以上逻辑可知,电机专用驱动IC具有外设元器件少、逻辑简单等优点,使用非常方便。

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两种方案优缺点比较

使用分立元器件搭建的电路其逻辑比较清晰,电路工作原理一目了然,但是其缺点多于优点,缺点有:元器件比较多占用PCB空间、死区不容易控制。

而使用专用的驱动IC可以大大减少分立元器件的数量,减少PCB空间的占用,专用IC具有死区控制,可以保证管子的安全运行,并且专用IC的性价比较高。

综上所述,使用专用IC可以非常方便的实现直流电机的正反转控制,建议优先使用专用IC。

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根据提问者的要求,想用最简单的方式实现12V直流电机自动正反转。因为要求是自动正反转,所以使用机械开关肯定是不行了,虽然机械开关简单,但是不能实现自动正反转,只能手动控制。

要实现直流电机自动正反转,首先必须设计电机驱动电路,电机驱动电路有专门的集成芯片,比如L298N等,是很常用的电机驱动芯片。下面教大家如何使用三极管制作电机驱动电路。下图是由6个三极管搭建的电机驱动电路,其中4个NPN型三极管,2个PNP型三极管,当输入高电平或低电平时,可以实现电机正转或反转。

▲自制电机驱动电路

原理分析:

当输入信号为低电平时,NPN三极管Q4截止,Q3的基极由于12V串联R3和R4上拉,所以Q3导通,R1和R6左端被拉低,所以PNP三极管Q1导通,NPN三极管Q5截止,再看右侧Q2和Q6,由于Q4截止,所以R2和R7右侧为高电平,则NPN三极管Q6导通,PNP三极管Q2截止。所以直流电机的电流方向为:12V→Q1→直流电机→Q6→地,直流电机正转(反转);

当输入信号为高电平时,NPN三极管Q4导通,Q3的基极被拉低,所以Q3截止,R1和R6左端由于12V上拉(高电平),所以PNP三极管Q1截止,NPN三极管Q5导通,再看右侧Q2和Q6,由于Q4导通,所以R2和R7右侧为低电平,则NPN三极管Q6截止,PNP三极管Q2导通。所以直流电机的电流方向为:12V→Q2→直流电机→Q5→地,直流电机反转(正转)。

有了电机驱动电路后怎么实现电机自动正反转呢?

(1)可以将输入信号接入处理器的IO口,通过软件自动输出高低电平即可实现直流电机自动正反转,处理器可以是单片机、DSP、ARM、CPLD、FPGA等。

(2)可以使用555定时器输出方波来实现电机正反转,通过调节占空比实现高低电平的实现,从而实现正反转的时间,缺点是不好控制停止,只能按照一定的规律持续实现正反转,若有这样的需求,可以使用555定时器来实现自动控制,比较方便。若是需要更复杂的时序,只能使用软件来实现了。

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