驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)的簡(jiǎn)便方法

本文將從非?；A(chǔ)的部分開(kāi)始介紹驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)的方法?？赡艽蠖鄶?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(lái)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(kāi)關(guān)制作過(guò)可以開(kāi)/關(guān)的電路，或者使用過(guò)帶有開(kāi)/關(guān)功能的模型或玩具。我們將從這里開(kāi)始展開(kāi)說(shuō)明。

電機(jī)連接電源時(shí)會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，斷開(kāi)電源時(shí)會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)

首先來(lái)看使有刷直流電機(jī)只沿一個(gè)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(huì)旋轉(zhuǎn)，如果斷開(kāi)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(kāi)關(guān)來(lái)手動(dòng)開(kāi)/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(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷電路示例

如果要將這種電路升級(jí)為電子電路，則可以用晶體管替換掉開(kāi)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(guò)向MOSFET Q1的柵極施加電壓來(lái)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(jiǎn)單，但有一些注意事項(xiàng)

這里還有一些需要注意的地方。無(wú)論哪種電路，在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的瞬間，電機(jī)的線圈都會(huì)試圖保持電流流動(dòng)，從而產(chǎn)生高電壓(反電動(dòng)勢(shì))。尤其是使用了晶體管時(shí)，如果晶體管被施加了超過(guò)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(lái)有點(diǎn)像電子電路了。

開(kāi)關(guān)插入在(+)側(cè)或(-)側(cè)均可

如上所述，通過(guò)使用一個(gè)開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)本文開(kāi)頭提到的“使電機(jī)沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)和停止”。在這種情況下，開(kāi)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(dòng)(開(kāi)/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(dòng)有刷直流電機(jī)的單開(kāi)關(guān)電路示例

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

(+)側(cè)使用開(kāi)關(guān)，(+)側(cè)使用Pch MOSFET

如前所述，無(wú)論將開(kāi)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(huì)試圖保持電流流動(dòng)，(-)側(cè)開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的(-)端子側(cè)的電壓波動(dòng)到(-)側(cè)電壓以下(通常為GND電位以下)，(+)側(cè)開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的(+)端子側(cè)的電壓波動(dòng)到(+)側(cè)電壓(電源電壓)以上。也就是說(shuō)，關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓會(huì)高于電源電壓值。因此，如電路圖所示，無(wú)論在哪種情況下，都需要通過(guò)與電機(jī)并聯(lián)連接二極管，由二極管的正向電壓來(lái)抑制(鉗制)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。

這種電路配置僅需要一個(gè)晶體管，簡(jiǎn)單易行，但是存在幾個(gè)課題：電機(jī)只能沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn);電機(jī)在關(guān)閉時(shí)會(huì)空轉(zhuǎn)后再停止，到完全停止需要時(shí)間;需要安裝用來(lái)鉗制反電動(dòng)勢(shì)的二極管。

有刷直流電機(jī)還有一種H橋驅(qū)動(dòng)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(shí)制動(dòng)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(dòng)方法(單開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)或H橋驅(qū)動(dòng)均可使用)。有關(guān)這些方法的詳情，請(qǐng)點(diǎn)擊這里參閱Tech Web Motor“基礎(chǔ)知識(shí)”中的介紹。

審核編輯：湯梓紅