当前位置：文档之家 › 步进电机H桥驱动电路设计

步进电机H桥驱动电路设计

  • 格式：doc
  • 大小：434.10 KB
  • 文档页数：3

第 21 卷第 4 期

2 0 0 6年 1 1月 长 沙 电 力 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 )

JOURNAL O F CHAN GSHA UN IV ER S ITY O F EL ECTR IC POW ER (NA TURAL SC IENCE) Vo l. 21 No. 4

Nov. 2 0 0 6

步进电机 H桥驱动电路设计

张炳佳

(辽宁仪表研究所有限责任公司 , 辽宁 丹东 118002 )

摘 要 :设计一种步进电机驱动电路 ,使加到电机绕组上的电流信号前后沿较陡 ,降低了开关损耗 ,改善了电机的

高频特性 ,同时具有多种保护功能. 实验证明 ,该驱动电路简单 、可靠并具有优良的驱动性能.

关 键 词 :步进电机 ; H 桥驱动 ;电路设计

中图分类号 : TM 383. 6 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 7140 ( 2006) 04 - 0031 - 03

D e s ign of H - br idge Power D r iver of S tepp in g M o tor

ZHAN G B ing2jia

(L iaon ing In strum en t R e sea rch In stitu te Co, L TD , D andong 118002 , Ch ina)

A b stra c t: Th is p ap e r de signed a k ind of stepp ing mo to r d riving c ircu it. B ecau se th is c ircu it m ake fron t

and back edge of cu rren t signa l on m ach ine w ind ing mo re p rec ip itou s, it can deba se sw itch u llage , im 2

p rove frequency cha rac te ristic of mo to r, and ha s k ind s of p ro tec t func tion s. Exp e rim en t p roved tha t th is

d riving c ircu it is simp le, c red ib ility and ha s good d riving cap ab ility.

Key word s: stepp ing mo to r; H 2b ridge powe r d rive r; c ircu it de sign

H 桥功率驱动电路可应用于步进电机 、交流电

机及直流电机等的驱动. 永磁步进电机或混合式步

进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电 ,也就

是说绕组有时需正向电流 ,有时需反向电流 ,这样绕

组电源需用 H 桥驱动. 本文以两相混合式步进电机

驱动器为例来设计 H 桥驱动电路. 1 电路原理

图 1给出了 H 桥驱动电路 [ 1 ]与步进电机 AB 相

绕组连接的电路框图.

4个开关 K1 和 K4 , K2 和 K3 分别受控制信号 a,

b的控制 ,当控制信号使开关 K1 , K4 合上 , K2 , K3

收稿日期 : 2006 - 10 - 15

作者简介 :张炳佳 ( 1963 - ) ,女 ,助理工程师 ,本科 ,主要从事探伤机的电路调试方面的研究.

32 长 沙 电 力 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2006 年 11 月

图 1 电机绕组 AB 的电流方向

断开时 ,电流在线圈中的流向如图 1 ( a ) ,当控制信

号使开关 K2 , K3 合上 , K1 , K4 断开时 ,电流在线圈中

的流向如图 1 ( b ) 所示. 4 个二极管 VD 1 , VD2 , VD 3 ,

VD4为续流二极管 ,它们所起的作用是 : 以图 1 ( a )为

例 ,当 K1 , K4 开关受控制由闭合转向断开时 , 由于

此时线圈绕组 AB 上的电流不能突变 ,仍需按原电

流方向流动 (即 A →B ) , 此时由 VD 3 , VD 2 来提供回

路. 因此 ,电流在 K1 , K4 关断的瞬间由地 →VD 3 →线

圈绕组 AB →VD2 →电源 + VS 形成续流回路. 同理 , 在图 1 ( b)中 ,当开关 K2 , K3 关断的瞬间 ,由二极管

VD4 , VD1提供线圈绕组的续流 ,电流回路为地 →VD 4

→线圈绕组 BA →VD1 →电源 + VS. 步进电机驱动器

中 ,实现上述开关功能的元件在实际电路中常采用

功率 MO SFET管.

由步进电机 H 桥驱动电路原理可知 ,电流在绕

组中流动是两个完全相反的方向. 推动级的信号逻

辑应使对角线晶体管不能同时导通 ,以免造成高低

压管的直通.

另外 ,步进电机的绕组是感性负载 ,在通电时 ,

随着电机运行频率的升高 ,而过渡的时间常不变 ,使

得绕组电流还没来得及达到稳态值又被切断 ,平均

电流变小 ,输出力矩下降 ,当驱动频率高到一定的时

候将产生堵转或失步现象. 因此 ,步进电机的驱动除

了电机的设计尽量地减少绕组电感量外 ,还要对驱

动电源采取措施 ,也就是提高导通相电流的前后沿

陡度以提高电机运行的性能.

步进电机的缺陷是高频出力不足 ,低频振荡 ,步

进电机的性能除电机自身固有的性能外 ,驱动器的

驱动电源也直接影响电机的特性. 要想改善步进电

机的频率特性 ,就必须提高电源电压.

2 电路设计

图 2给出了驱动器 AB 相线圈功率驱动部分原

理图.

图 2 H 桥驱动电路和功率 MO SFET管的驱动

选用的功率 MO SFET元件是 IR FP460 ,其 ID =

20A , VD SS = 500 V , RD S (ON ) = 0. 27 Ω.

在图 2中 , 功率 MO SFET管 VT1 , VT2 , VT3 , VT4 和 制信号是由 TTL逻辑电平 a, a, b, b来提供的 ,其中 a

与 a, b与 b在逻辑上互反.

2. 1 驱动电流前后沿的改善

续流二极管 VD 11 , VD 19 , VD14 , VD 22 相当于图 1中的 K1 , 从步进电机的运行特性分析中知道 [ 2 ] ,性能较

K2 K3 K4 和 VD 1 VD 2 VD3 VD4 功率 MO SFET管的控 高的驱动器都要求提供的电流前后沿要陡 以便改 第 21 卷第 4 期 张炳佳 : 步进电机 H 桥驱动电路设计 33

善电机的高频响应. 本驱动器中由于功率 MO SFET

管栅极电容的存在 ,对该管的驱动电流实际表现为 断 , VT2的漏源电压迅速上升 ,直至接近于正电源的

电压 + VS ,这意味着 VT2 漏源间要承受很高且边沿

对栅极电容的充、放电 [ 3 ] . 极间电容越大 ,在开关驱 很陡的上升电压 , 该上升电压反向加在 VT2 管内的

动中所需的驱动电流也越大 ,为使开关波形具有足

够的上升和下降陡度 ,驱动电流要具有较大的数值.

如果直接用集电极开路的器件如 SN7407 驱动功率

MO SFET管 ,则电路在 MO SFET管带感性负载时 ,上

升时间过长 , 会造成动态损耗增大. 为改进功率

MO SFET管的快速开通时间 ,同时也减少在前级门

电路上的功耗 ,采用图 2 虚线框内的左下臂驱动电

路.

集电 极 开 路 器 件 U14 是 将 TTL 电 平 转 换 成

CMO S电平的缓冲 /驱动器 ,当 U14输出低电平时 ,功

率 MO SFET管 VT2 的栅极电容通过 1N4148 被短路

至地 ,这时 U14吸收电流的能力受 U14内部导通管所

允许通过的电流限制. 而当 U14输出为高电平时 , VT2

管的栅极通过晶体管 V3 获得电压和电流 , 充电能

力提高 ,因而开通速度加快.

2. 2 保护功能

图 2虚线框中 , 1N4744 是栅源间的过压保护齐

纳二极管 ,其稳压值为 15 V. 由于 ,功率 MO SFET管

栅源间的阻抗很高 ,故工作于开关状态下的漏源间电

压的突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当幅

度的 VGS脉冲电压. 这一电压会引起栅源击穿造成管

子的永久损坏 ,如果是正方向的 VGS脉冲电压 ,虽然

达不到损坏器件的程度 ,但会导致器件的误导通. 为

此 ,要适当降低栅极驱动电路的阻抗 ,在栅源之间并

接阻尼电阻或接一个稳压值小于 20 V 而又接近 20

V 的齐纳二极管 1N 4744 ,防止栅源开路工作.

功率 MO SFET管有内接的快恢复二极管. 当不

接 VD11 , VD 12 , VD 13 , VD 14时 ,假定此时电机 AB 相绕组

由 VT1管 (和 VT4 管 ) 驱动 , 即 VT2 管 (和 VT3 ) 截止 ,

VT1管 (和 VT4管 )导通 ,电流经 VT1管流过绕组. 当下

一个控制信号使 VT1 管关断时 , 负载绕组的续流电

流经 VT2的内接快恢复二极管从地获取. 此时 , VT2管

的漏源电压即是该快恢复二极管的通态压降 ,为一

很小的负值. 当 VT1再次导通时 ,该快恢复二极管关 快恢复二极管两端 ,会使快恢复二极管出现恢复效

应 ,即有一个很大的电流流过加有反向电压的快恢

复二极管. 为了抑制 VT2 管内的快恢复二极管出现

这种反向 恢复效 应 , 在 图 2 电 路中 接入了 VD 11 ,

VD12 , VD13 , VD 14 . 其中 , 反并联快恢复二极管 VD 11 ,

VD14的作用是为电机 AB 相绕组 提供续 流通 路 ,

VD12 , VD13是为了使功率 MO SFET管 VT1 , VT2内部的

快恢复二极管不流过反向电流 ,以保证 VT1 , VT2在动

态工作时能起正常的开关作用. VD 19 , VD 20 , VD 21 , VD22

的作用亦是同样的道理.

对图 2 电路的分析可知 ,信号 a = 1 , b = 1 的情

况是不允许存在的 ,否则将因同时导通从而使电源

直接连到地造成功率管的损坏 ;另外 ,根据步进电机

运行脉冲分配的要求 , VT1 , VT2 , VT3 , VT4经常处于交

替工作状态 ,由于晶体管的关断过程中有一段存储

时间和电流下降时间 , 总称关断时间 , 在这段时间

内 ,晶体管并没完全关断. 若在此期间 ,另一个晶体

管导通 ,则造成上 、下两管直通而使电源短路 ,烧坏

晶体管或其他元器件. 为了避免这种情况 ,可采取另

加逻辑延时电路 ,以使 H 桥电路上、下两管交替导

通时可产生一个“死区时间 ”,先关后开 ,防止上、下

两管直通现象.

3 结论

合集下载

单片机驱动h桥电路

单片机驱动h桥电路

单片机驱动h桥电路

H桥电路是一种常用于驱动直流电机、步进电机等负载的电路，可以实现正转、反转和制动等功能。在单片机中驱动H桥电路，可以采用以下步骤：

1. 准备硬件材料：包括单片机、H桥驱动芯片、电机、电源等。

2. 连接H桥电路：将单片机和H桥芯片进行连接。根据H桥芯片的规格和引脚功能，将单片机的输出引脚与H桥芯片的驱动引脚相连。

3. 设置单片机输出：通过单片机的编程，设置输出引脚的高低电平。根据H桥电路的工作原理和要求，控制单片机输出引脚的状态来驱动电机正转或反转。

4. 控制信号生成：根据具体的应用需求生成控制信号。可以使用单片机的GPIO控制引脚来产生PWM信号，调整电机的速度和转向。

5. 编写程序：在单片机上编写程序代码，控制输出引脚的状态和PWM信号的生成。根据实际需要，编写相应的控制逻辑和算法，实现对H桥电路的控制。

6. 调试和测试：将程序下载到单片机中，并连接电源和电机。通过调试和测试，观察电机的转动方向和速度是否符合预期，进行调整和优化。

需要注意的是，具体的驱动H桥电路的方法和代码编写会根据所用的单片机型号、H桥芯片和电机类型而有所不同。因此，在实际应用中，需要参考相应的硬件和软件文档，并结合具体的开发环境和编程语言来进行驱动程序的编写和调试。

单片机驱动h桥电路 2

单片机驱动h桥电路 2

单片机驱动h桥电路

单片机驱动H桥电路

H桥电路是一种常用的电路结构，可以用于驱动直流电机、步进电机等。它由四个开关组成，可以实现正转、反转和刹车等功能。而单片机作为一种常用的微控制器，可以很方便地用来控制H桥电路。

在H桥电路中，四个开关可以分为上桥臂和下桥臂。当上桥臂的两个开关闭合时，电流从电源经过上桥臂流向负载；当下桥臂的两个开关闭合时，电流从负载经过下桥臂回到电源。通过控制上桥臂和下桥臂的开关状态，可以控制电流的方向和大小，从而实现对电机的驱动。

单片机可以通过输出引脚来控制H桥电路的开关状态。通过改变输出引脚的电平，可以控制开关的闭合和断开。例如，当输出引脚为高电平时，上桥臂的两个开关闭合，电流从电源流向负载；当输出引脚为低电平时，上桥臂的两个开关断开，电流停止流动。通过不同的输出引脚状态组合，可以实现正转、反转和刹车等功能。

为了确保单片机能够正确地控制H桥电路，需要根据电路的参数和要求合理地选择单片机的输出引脚。通常情况下，单片机的输出引脚需要具备足够的电流和电压能力，以满足电路的需求。此外，还需要注意单片机输出引脚的逻辑电平和H桥电路的输入电平之间的匹配，以确保信号的正确传递。

在实际应用中，还可以通过给单片机添加外部电路来增强对H桥电路的控制能力。例如，可以通过添加光耦或继电器等元件，实现对高功率电路的隔离和保护。这样可以提高系统的可靠性和安全性。

单片机驱动H桥电路是一种常见且实用的控制方式。通过合理地选择单片机的输出引脚和添加适当的外部电路，可以实现对H桥电路的精确控制，从而满足各种应用需求。

一种基于四个三极管的H桥双向电机驱动电路的制作方法

一种基于四个三极管的H桥双向电机驱动电路的制作方法

一种基于四个三极管的H桥双向电机驱动电路的制作方法

H桥电路是电机驱动控制中最基础和最常用的一种电路，具有双向驱动、快速反应、稳定性好等优点。本文将介绍一种使用四个三极管实现的H桥双向电机驱动电路的制作方法。

一、所需材料和工具

1. 四个PNP型三极管（或四个NPN型三极管）

2. 两个电解电容1μF、两个陶瓷电容0.1μF

3. 一个电位器10KΩ

4. 一个DC电机

5. 焊接铁、焊锡、PCB板、导线、工具等

二、电路原理

H桥电路由四个电子开关组成，可实现两个方向上的电机驱动。电机方向改变时，只需要调整相邻两个电子管的闭合和断开状态即可。本电路中，使用四个PNP型三极管组成H桥电路，如图所示：

[电路图]

其中，Q1和Q4组成一对电子开关，Q2和Q3组成另一对电子开关。当Q1和Q4均为通态，Q2和Q3均为截止态时，电机正向运转；当Q1和Q4均为截止态，Q2和Q3均为通态时，电机反向运转；当Q1和Q3、Q2和Q4都开通时，电机为制动状态；当四个三极管均关闭时，电机处于停止状态。

三、电路制作

1. 设计电路原理图

2. 制作PCB板

根据设计原理图，绘制电路布局和原理图，制作电路PCB板。

3. 安装元器件 按照原理图和电路PCB板标识，将元器件进行焊接安装。

4. 连接驱动电机

通过导线连接驱动电机（电机正负极分别接入H桥电路的对应端口），并将电路端口焊接连接。

5. 测试电路

连接电源，调整电位器，测试电机的正转、反转和刹车状态。

四、小结

本文介绍了一种基于四个PNP型三极管的H桥双向电机驱动电路的制作方法。通过对电路原理和安装步骤的介绍，可以清晰地了解电路制作的具体步骤和注意事项。相信通过这种基础的H桥电路的实现，可以为更高级别的电机驱动电路的探索打下基础。

单片机电机控制系统之H桥式电机驱动电路原理

单片机电机控制系统之H桥式电机驱动电路原理

单片机电机控制系统之H桥式电机驱动电路原理

H桥式电机驱动电路是一种常用的电机控制电路，用来驱动直流电机或步进电机。它的主要原理是通过控制四个开关管的通断来改变电流流向和方向，从而实现电机的正反转和速度控制。

H桥电路由四个开关管构成，分别被称为上桥臂和下桥臂。上桥臂包括两个开关管A和B，下桥臂包括两个开关管C和D。这四个开关管都是可控硅管或晶体管。当A和D导通，B和C断开时，电流通过电机的一个方向；当A和D断开，B和C导通时，电流通过电机的另一个方向。通过控制这四个开关管的通断，可以控制电机的运动方向。

H桥式电机驱动电路通常还会增加一些保护电路，以防止开关管因过电流而损坏。其中一种常见的保护电路是电流检测电路，通过检测电流大小来控制开关管的通断。当电流过大时，电流检测电路会触发保护机制，断开相应的开关管，使电机停止工作。

另外，H桥式电机驱动电路可以通过PWM（脉宽调制）技术实现电机速度的控制。PWM技术是通过控制一个固定频率的方波的占空比（高电平的持续时间占总周期的比例）来调节电机的转速。当占空比较小时，电机转速较低；当占空比较大时，电机转速较高。通过不断调节PWM信号的占空比，可以实现电机的步进调速。

除了直流电机，H桥式电机驱动电路还可以用来驱动步进电机。步进电机采用了不同的控制方式，通常通过控制开关管的细分来控制电机的转动角度。对于步进电机，H桥电路会根据电机的工作方式和控制需求进行调整。常见的步进电机驱动控制方式包括全步进、半步进和微步进等。 总之，H桥式电机驱动电路通过控制开关管的通断来实现直流电机或步进电机的正反转和速度控制。这种电路结构简单、工作可靠，并且可以适应各种电机控制需求。在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的H桥式电机驱动电路，并结合其他保护回路和控制技术，来实现电机的精确控制和可靠运行。