永磁直流電機供電H橋的微控制器驅動

　驅動一個中、小功率永磁直流電機的傳統方式是采用搭成H橋結構的四支MOSFET或雙極晶體管。例如在圖 1 中，電機連接在集電極對C₁、C₂和C₃、C₄之間。由沿對角方向導通的相應晶體管對Q₁與Q₃，或Q₂和Q₄控制流經電機的電流，以及其旋轉方向的反轉。但是，這種方法需要四支晶體管的每一個都接收自己的控制輸入。根據電機的電壓要求，上方兩個驅動信號需要電氣隔離，或用一個電平移位電路匹配微控制器的輸出電壓極限。

　　本設計實例描述了另一種電路，它只驅動 H 橋的兩個低側開關晶體管。在一個用于雙向電機控制的標準雙極晶體管 H 橋中，Q₁和Q₄的基極通過電阻器R₃和R₄連接到Q₃和Q₂的集電極（圖2）。輸入V_INA和 V_INB各控制一對開關。當Q₂導通時，電阻器R₄和二極管D₆將Q₄基極拉低，使Q₄ 飽和并通過電機和Q₂拉入電流。同樣，Q₃的導通會將Q₁拉至飽和，并反向驅動電機。二極管D₅確保在Q₄導通時Q₁保持關斷，而D₆在Q₁導通時保證Q₄的關斷。電阻器R₁、R₂、R₇和R₈增加它們相應晶體管的開關速度，而電阻器R₅和R₆將微控制器5V高邏輯電平輸出的基極電流限制在大約15mA~ 20mA。電阻器R₃和R₄設定Q₁和Q₄的飽和基極電流。它們的值依賴于電機的供電電壓和Q₁及Q₄的直流電流增益，公式如下：R₃=R₄≤[V_CC-V_BE(ON)(Q₄) - V_F(D6)-V_CE(SAT)(Q₂)]/[(I_MOTOR)/h_FE(MIN)(Q₄)]。為獲得最佳性能，應選擇有低集射飽和電壓V_CE(SAT)以及高直流電流增益h_FE的雙極晶體管。目前可以使用的中功率晶體管能夠以最小集電極功耗和要求較少的基極驅動提供這些特性，因此可與MOSFET競爭。

　　一些分立器件可以在圖1的電路中很好地工作，如On Semiconductor的NSS40200LT1G PNP雙極晶體管和NST489AMT1 NPN雙極晶體管。如要實現一種更緊湊的方法，可以選擇集成的H橋，如Zetex的ZHB6790，它可工作在高達40V電壓下，集電極額定電流為連續2A和6A峰值脈沖。在IC集電極電流為100mA時，其最小電流增益為500，在2A IC時電流增益可以降至150。最差情況下， Q₂和Q₃ 2A的集電極電流（飽和電壓不大于0.35V）需要的基極電流為 13 mA ~ 20 mA。所幸，很多微控制器的輸出都可以提供或吸收高達 25 mA 電流，因此可以不依賴電機的電源電壓，直接驅動 H 橋。為進一步降低驅動電流，或采用標準的CMOS或TTL IC作驅動源，可以用小信號晶體管反相器緩沖 Q₂和Q₃的輸入。作為一種選擇，你也可以在 Q₂、Q₃與地之間連接歐姆級的電阻器。這種方案可以提供與電機電流成正比的模擬電壓，使微控制器能夠檢測一臺熄火或過載的電機。