驱动有刷直流电机的方法介绍

驱动有刷直流电机的简便方法

本文将从非常基础的部分开始介绍驱动有刷直流电机的方法。可能大多数人都有在小学的理科实验中或手工作品中将电池连接到有刷直流电机来使有刷直流电机运转的体验。另外，可能也有很多人使用开关制作过可以开/关的电路，或者使用过带有开/关功能的模型或玩具。我们将从这里开始展开说明。

电机连接电源时会运转，断开电源时会停止运转

首先来看使有刷直流电机只沿一个方向旋转和停止的情况。只要将电源与有刷直流电机相连，电机就会旋转，如果断开电源，则电机在空转后停止运转。但是，只是这样是很不方便的，因此出现了在连接到电机的电源线之间插入机械开关来手动开/关的电路。图1的左侧就表示这种电路。

图1：有刷直流电机开关的导通和关断电路示例

如果要将这种电路升级为电子电路，则可以用晶体管替换掉开关（SW1）。图1的右侧即为替换示例，该晶体管是Nch MOSFET。这样，就可以通过向MOSFET Q1的栅极施加电压来导通和关断MOSFET，并以同样的方式使有刷直流电机旋转或停止。

虽然简单，但有一些注意事项

这里还有一些需要注意的地方。无论哪种电路，在断开开关的瞬间，电机的线圈都会试图保持电流流动，从而产生高电压（反电动势）。尤其是使用了晶体管时，如果晶体管被施加了超过最大额定值的电压，则晶体管将劣化或损坏。因此，必须抑制这种电压。为此，如电路图所示，需要将二极管并联连接至电机。这样，电路看起来有点像电子电路了。

开关插入在（+）侧或（-）侧均可

如上所述，通过使用一个开关，可以实现本文开头提到的“使电机沿一个方向旋转和停止”。在这种情况下，开关既可以位于电源的（+）侧也可以位于（-）侧。两种情况的示例如图2所示。在使用MOSFET的示例中，为了能够易于驱动（开/关）晶体管，在（+）侧使用了Pch MOSFET，在（-）侧使用了Nch MOSFET。

图2：驱动有刷直流电机的单开关电路示例

从左侧起分别是：（-）侧使用开关，（-）侧使用Nch MOSFET，（+）侧使用开关，（+）侧使用Pch MOSFET

如前所述，无论将开关插入电源的哪一侧，在关断电源的瞬间，电机的电感（线圈）都会试图保持电流流动，（-）侧开关会导致电机的（-）端子侧的电压波动到（-）侧电压以下（通常为GND电位以下），（+）侧开关会导致电机的（+）端子侧的电压波动到（+）侧电压（电源电压）以上。也就是说，关断时产生的电压会高于电源电压值。因此，如电路图所示，无论在哪种情况下，都需要通过与电机并联连接二极管，由二极管的正向电压来抑制（钳制）所产生的反电动势。

这种电路配置仅需要一个晶体管，简单易行，但是存在几个课题：电机只能沿一个方向旋转；电机在关闭时会空转后再停止，到完全停止需要时间；需要安装用来钳制反电动势的二极管。

有刷直流电机还有一种H桥驱动方法，这种方法可以选择有刷直流电机的旋转方向，并可以提供停止时制动等功能。此外，有刷直流电机还有一种可以控制转速的PWM驱动方法（单开关驱动或H桥驱动均可使用）。有关这些方法的详情，请点击这里参阅Tech Web Motor“基础知识”中的介绍。