直流电机驱动芯片的选择
 
一、用的最多的一个 H 桥驱动芯片:L928N
这个芯片是很简单,很便宜,而且很容易买到,一个芯片里面就集成了 2 路的 H 桥电路,还带 PWM 控制和电流采集。但是它有 2 个严重的缺点:
 
1)手册要求电机驱动电压要比控制逻辑电压高 2.5V。不适合单电源供电的小车。
 
2)在 H 桥电路上的损耗太大了。
 
二、三极管 H 桥
最简单实用的电路,我拆了几辆玩具车,用的都是三极管 H 桥电路。
 
小功率的采用 8550+8050 的桥:在 5V 供电,驱动 100mA 左右的小电机时,桥上的压降小于 0.5V。
 
电流较大的采用 D772+D882 的桥:在 7.2V 供电,200-300mA 的电流下,压降不到 1V。
 
三、MOS 管桥
MOS 管效率肯定是最高的。但是存在两个问题:
 
1)MOS 管比较脆弱,使用时候需要非常注意,例如导通切换的时候要仔细研究时序,否则容易造成桥直通,烧毁 MOS 管;
 
2)大功率的 MOS 管门极需要比较高的驱动电压,否则不能正常导通,所以用电池驱动时,还需要加升压电路等。
 
L298 是 SGS 公司的产品,比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N,内部同样包含 4 通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机,或一个两相步进电机。 
 
L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS,VSS 可接 4.5~7 V 电压。4 脚 VS 接电源电压,VS 电压范围 VIH 为+2.5~46 V。输出电流可达 2.5 A,可驱动电感性负载。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机,OUT1,OUT2 和 OUT3,OUT4 之间可分别接电动机,本实验装置我们选用驱动一台电动机。5,7,10,12 脚接输入控制电平,控制电机的正反转。EnA,EnB 接控制使能端,控制电机的停转。表 1 是 L298N 功能逻辑图。
 
 
In3,In4 的逻辑图与表 1 相同。由表 1 可知 EnA 为低电平时,输入电平对电机控制起作用,当 EnA 为高电平,输入电平为一高一低,电机正或反转。同为低电平电机停止,同为高电平电机刹停。 L298 控制器原理如下:     
 
图 3 是控制器原理图,由 3 个虚线框图组成。
 
 
下面是 3 个虚线框图功能:     
 
(1)虚线框图 1 控制电机正反转,U1A,U2A 是比较器,VI 来自炉体压强传感器的电压。当 VI>VRBF1 时,U1A 输出高电平,U2A 输出高电平经反相器变为低电平,电机正转。同理 VI<VRBF1 时,电机反转。电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量,从而改变炉体压强。     
 
(2)虚线框图 2 中,U3A,U4A 两个比较器组成双限比较器,当 VB<VI<VA 时输出低电平,当 VI>VA,VI<VB 时输出高电平。VA,VB 是由炉体压强转感器转换电压的上下限,即反应炉体压强控制范围。根据工艺要求,我们可自行规定 VA,VB 的值,只要炉体压强在 VA,VB 所确定范围之间电机停转(注意 VB<VRBF1<VA,如果不在这个范围内,系统不稳定)。     
 
(3)虚线框图 3 是一个长延时电路。U5A 是一个比较器,Rs1 是采样电阻,VRBF2 是电机过流电压。Rs1 上电压大于 VREF2,电机过流,U5A 输出低电平。由上面可知,框图 1 控制电机正反转,框图 2 控制炉体压强的纹波大小。当炉体压强太小或太大时,电动机转到两端固定位置停止,根据直流电机稳态运行方程[3]
 
:     U=CeФN+RaIa 
 
其中:Ф为电机每极磁通量;   
 
Ce 为电动势常数;   
 
N 为电机转数;    
 
Ia 为电枢电流;   
 
Ra 电枢回路电阻。
 
电机转数 N 为 0,电机的电流急剧增加,时间过长将会使电机烧坏。但电机起动时,电机中线圈中的电流也急剧变大,因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理:当 Rs1 过流 U5A 产生一个负脉冲经过微分后,脉冲触发 555 的 2 脚,电路置位,3 脚输出高电平,由于放电端 7 脚开路,C1,R5 及 U6A 组成积分器开始积分,电容 C1 上的充电电压线性上升,延时运放积分常数为 100R5C1。当 C1 上充电电压,即 6 脚电压超过 2/3 VCC,555 电路复位,输出低电平。电机启动时间一般小于 0.8 s,C1 充电时间一般为 0.8~1 s。U5A 输出电平与 555 的 3 脚输出电平经 U7 相或,如果 U5A 输出低电平大于 C1 充电时间,U7 在 C1 充电后输出低电平由与门 U8 输入到 L298N 的 6 脚 ENA 端使电机停止。如果 U5A 的输出电平小于 C1 充电时间,6 脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形,从而使电机正常启动。 
 
下图是其引脚图:
 
 
 
1、15 脚是输出电流反馈引脚,其它与 L293 相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。上图是其与 51 单片机连接的电路图