驅動有刷直流電機的簡便方法

本文將從非常基礎的部分開始介紹驅動有刷直流電機的方法。可能大多數人都有在小學的理科實驗中或手工作品中將電池連接到有刷直流電機來使有刷直流電機運轉的體驗。另外，可能也有很多人使用開關制作過可以開/關的電路，或者使用過帶有開/關功能的模型或玩具。我們將從這里開始展開說明。

電機連接電源時會運轉，斷開電源時會停止運轉

首先來看使有刷直流電機只沿一個方向旋轉和停止的情況。只要將電源與有刷直流電機相連，電機就會旋轉，如果斷開電源，則電機在空轉后停止運轉。但是，只是這樣是很不方便的，因此出現了在連接到電機的電源線之間插入機械開關來手動開/關的電路。圖1的左側就表示這種電路。

圖1：有刷直流電機開關的導通和關斷電路示例

如果要將這種電路升級為電子電路，則可以用晶體管替換掉開關(SW1)。圖1的右側即為替換示例，該晶體管是Nch MOSFET。這樣，就可以通過向MOSFET Q1的柵極施加電壓來導通和關斷MOSFET，并以同樣的方式使有刷直流電機旋轉或停止。

雖然簡單，但有一些注意事項

這里還有一些需要注意的地方。無論哪種電路，在斷開開關的瞬間，電機的線圈都會試圖保持電流流動，從而產生高電壓(反電動勢)。尤其是使用了晶體管時，如果晶體管被施加了超過最大額定值的電壓，則晶體管將劣化或損壞。因此，必須抑制這種電壓。為此，如電路圖所示，需要將二極管并聯連接至電機。這樣，電路看起來有點像電子電路了。

開關插入在(+)側或(-)側均可

如上所述，通過使用一個開關，可以實現本文開頭提到的“使電機沿一個方向旋轉和停止”。在這種情況下，開關既可以位于電源的(+)側也可以位于(-)側。兩種情況的示例如圖2所示。在使用MOSFET的示例中，為了能夠易于驅動(開/關)晶體管，在(+)側使用了Pch MOSFET，在(-)側使用了Nch MOSFET。

圖2：驅動有刷直流電機的單開關電路示例

從左側起分別是：(-)側使用開關，(-)側使用Nch MOSFET，

(+)側使用開關，(+)側使用Pch MOSFET

如前所述，無論將開關插入電源的哪一側，在關斷電源的瞬間，電機的電感(線圈)都會試圖保持電流流動，(-)側開關會導致電機的(-)端子側的電壓波動到(-)側電壓以下(通常為GND電位以下)，(+)側開關會導致電機的(+)端子側的電壓波動到(+)側電壓(電源電壓)以上。也就是說，關斷時產生的電壓會高于電源電壓值。因此，如電路圖所示，無論在哪種情況下，都需要通過與電機并聯連接二極管，由二極管的正向電壓來抑制(鉗制)所產生的反電動勢。

這種電路配置僅需要一個晶體管，簡單易行，但是存在幾個課題：電機只能沿一個方向旋轉;電機在關閉時會空轉后再停止，到完全停止需要時間;需要安裝用來鉗制反電動勢的二極管。

有刷直流電機還有一種H橋驅動方法，這種方法可以選擇有刷直流電機的旋轉方向，并可以提供停止時制動等功能。此外，有刷直流電機還有一種可以控制轉速的PWM驅動方法(單開關驅動或H橋驅動均可使用)。有關這些方法的詳情，請點擊這里參閱Tech Web Motor“基礎知識”中的介紹。

審核編輯：湯梓紅