電機驅動模塊的電路設計與實現

驅動電路采用H型橋式PWM脈寬調制驅動形式，如圖3-1所示。電路主要由大功率三極管B772、D882、三極管8050和光電耦合器等元件組成。該驅動電路可控制電機的正轉、反轉和停止。與單片機的接口電路采用光電耦合器隔離。用單片機的I/O口控制驅動電路的兩個控制端，當控制端PWM1為低電平，控制端PWM2為高電平時，左邊的光電耦合器導通，右邊的光電耦合器不導通，Q1、Q2、Q6、Q7全部深度飽和導通，而右邊的Q3、Q4、Q5、Q8全部截止，由于Q6、Q7深度飽和導通，所以其Vceo只有約0.3伏，在驅動管上消耗的電壓很小，此時電機正轉。反之，當控制端PWM1為高電平，控制端PWM2為低電平時，電機反轉。當控制端PWM1和PWM2同時為高電平或低電平時，電機停止。
 
圖E-3-1   H型橋式PWM脈寬調制驅動電路
由于電機平均功率滿足如下關系：
 
其中， P為電機兩端的平均功率； Pmax為電機全速運轉時的功率； A為脈寬。可見，電機的平均功率與脈寬成正比。
設電機轉動后的平均功率為： P=fv
則                         APmax=Af=fv
式中                       v=Av_max
其中， f為拉力， v_max為電機全速運轉時的速度。
可見電機的轉速與脈寬成正比。單片機發出的脈沖信號的占空比決定PWM放大器輸出的電壓平均值的大小。

電路部分參數的計算（以左支路為例進行分析）：
H橋路設計的關鍵是要讓四個功率管始終工作在飽和或者截止狀態下，因此在電路設計時，在功率管（如Q7）前加一級三極管（如Q2）驅動，使得當Q7工作時能處在飽和狀態，不工作時則處于截止狀態。
當功率管Q7工作在深度飽和狀態（Ic1=3A電流時），查得B772與D882的電流放大倍數β1≈100 ，此時其基極電流：
 
因此驅動三極管Q2只需要提供30mA的電流，由于Q2的放大倍數 β2≈100 ，Q2的基極電流：
 
由于光電耦合器導通時，接收管的導通電流有50mA 0.3mA，足以使Q2深度飽和。而當Q2不工作時，其Iceo很小，足以使Q7截止。在重負載導通時，功率管7c-e間的電壓只有0.2V，即三極管處于深度飽和狀態，故該電路的實際效率很高。同理，右支路的參數分析以及工作狀態與左支路相同。