项目分享：H桥PWM直流电动机驱动器（原理图、代码）

geren2014 · 发表于 2020-9-15 15:34:07

H桥（全桥）驱动器在驱动有刷直流电机等负载方面非常流行，并且已广泛用于机器人技术和工业中。使用H桥驱动器的主要优点是：高效率，旋转方向变化和制动电动机。在本文/视频中，我介绍了使用四个IR3205功率MOSFET和两个IR2104 MOSFET驱动器的完整的H桥DC电动机驱动器。从理论上讲，上述MOSFET可以处理高达80A的电流，但是，实际上，如果使用大型散热片或风扇将MOSFET的温度保持在尽可能低的水平，我们可以期望获得高达40A的电流。
电路分析

图1显示了H桥直流电动机驱动器的示意图。显而易见，电路的核心是两个IR2104 MOSFET驱动器芯片。

图1 H桥直流电机驱动器示意图

我选择了4个IR3205 [1]进行切换。该MOSFET具有良好的特性，这是该应用必不可少的，RDSon电阻非常低，并且具有高电流处理能力。根据IRF3205数据表：“高级HEXFET？International RectIFier的功率MOSFET利用先进的处理技术来实现每硅面积的极低导通电阻。这项优势与HEXFET功率MOSFET众所周知的快速开关速度和坚固耐用的器件设计相结合，为设计人员提供了一种非常有效和可靠的器件，可广泛用于各种应用中。TO-220封装普遍适用于所有功耗约为50瓦的商业工业应用。

我选择了两个IR2104 [2]驱动MOSFET。根据IR2104的数据表：“ IR2104（S）是高压，高速功率MOSFET和igbt驱动器，具有相关的高端和低端参考输出通道。专有的HVIC和锁存免疫CMOS技术可实现坚固的单片结构。逻辑输入与低至3.3V逻辑的标准CMOS或LSTTL输出兼容。输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，旨在最小化驱动器交叉导通。浮动通道可用于驱动工作在10至600伏特高压侧的N通道功率MOSFET或IGBT。”

关于IR2104的好消息是该芯片既兼容3.3V逻辑电平又兼容5V逻辑电平。图2显示了该芯片的基本接线图。显然，芯片和负载（电动机）的电源不必相同，但是，两个电源共用一个公共地。

图2 IR2104 MOSFET驱动器芯片的接线图

C1，C3，C4，C5，C6，C7和C9已用于降低噪声。R1和D2，R2和D3，R3和D8，R4和D9已被用于抑制在MOSFET的ON / OFF时电感器和电容器可能引入的振铃和寄生效应。别忘了MOSFET在其栅极引脚上引入了电容。1N4148二极管使栅极电容器放电。

D4，D5，D6和D7 [3]用于抑制直流电动机的反向电流尖峰。内部反向Shotkey二极管已嵌入MOSFET中，但是，使用这些外部Shotkey二极管也可以减小内部二极管上的应力。根据数据表和应用要求选择C2，C8，D1和D10。

P1是5针XH连接器，用于将芯片的电源和控制信号施加到板上。K1是KF45电源连接器，用于将电动机和电动机的电源线连接到板上。

[B] PCB布局

图3显示了H桥直流电动机驱动器的PCB布局。它是2层PCB板，所有组件封装均为通孔。

图3 H桥直流电机驱动器的PCB布局

图4从顶部和底部显示了PCB板的3D视图。

图4电路板顶部和底部的3D视图

我没有IR2104 [4]和IRF3205 [5]（组件库）的原理图符号和PCB示意图。因此，我使用了SamacSys组件库，并使用SamacSys altium Designer插件安装了缺少的库（图5）。SamacSys为几乎所有著名的电子设计软件提供了插件（图6）。有趣的是，所有服务都是免费的，图书馆遵循IPC标准。只是您需要下载并使用自己喜欢的CAD插件[6]。另一个选择是从componentsearchengine.com下载库并导入它们。