CN204517703U - 直流电机h桥驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流电机H桥驱动电路，用于与H桥电路连接并通过驱动H桥电路来驱动直流电机进行正反转运动，包括：与H桥电路的上桥左臂连接，用于接收正转控制信号并根据正转控制信号控制上桥左臂导通的第一上桥驱动电路；与H桥电路的上桥右臂连接，用于接收反转控制信号并根据反转控制信号控制上桥右臂导通的第二上桥驱动电路；与H桥电路的下桥右臂连接，用于接收正转控制信号并根据正转控制信号控制下桥右臂导通的第一下桥驱动电路；以及与H桥电路的下桥左臂连接，用于接收反转控制信号并根据反转控制信号控制下桥左臂导通的第二下桥驱动电路。直流电机H桥驱动电路能够保证直流电机稳定可靠工作。

Description

直流电机H桥驱动电路

技术领域

本实用新型涉及直流电机技术领域，特别是涉及一种直流电机H桥驱动电路。

背景技术

驱动直流电机通常采用四个MOS管或者功率三极管搭成的H桥电路结构，如图1所示。其中，Q1、Q3为一组，Q2、Q4为一组，这两组状态互补，即当一组导通时，另一组必须关断。当Q1与Q3导通时，负载电流从电源VCC流出并经A流向B，此时负载端A点相对于B点是正电位，电机正向转动。反之，当Q2与Q4导通时，负载电流从电源VCC流出经B流向A，此时负载端B点相对于A点是正电位，电机反向转动。

传统的H桥电路驱动是通过专用的H桥驱动IC或者采用三极管等分立元件来实现。专用的H桥驱动IC并不适合用于成本敏感和换向不频繁的电机运动控制中，并且它也不适合用于复杂电磁环境中。复杂电磁环境下电磁干扰会造成脉冲宽度调制信号(PWM)错误，从而导致H桥驱动IC无法正常工作，不能保证电机的稳定可靠工作。而采用三极管等分立元件来驱动H桥电路时，由于各分立元件的耐压值有限，电机供电电源电压的增加会使得由分立元件搭成的驱动电路也会越来越复杂，可靠性降低，从而不能保证电机的稳定可靠工作。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够保证电机稳定可靠工作的直流电机H桥驱动电路。

一种直流电机H桥驱动电路，用于与H桥电路连接并通过驱动所述H桥电路来驱动直流电机进行正反转运动，包括：与所述H桥电路的上桥左臂连接，用于接收正转控制信号并根据所述正转控制信号控制所述上桥左臂导通的第一上桥驱动电路；所述第一上桥驱动电路包括第一光电隔离电路和第一分压电路；所述第一分压电路分别与所述第一光电隔离电路、所述直流电机的供电电源、所述上桥左臂连接；与所述H桥电路的上桥右臂连接，用于接收反转控制信号并根据所述反转控制信号控制所述上桥右臂导通的第二上桥驱动电路；所述第二上桥驱动电路包括第二光电隔离电路和第二分压电路；所述第二分压电路分别与所述第二光电隔离电路、所述直流电机的供电电源、所述上桥右臂连接；与所述H桥电路的下桥右臂连接，用于接收所述正转控制信号并根据所述正转控制信号控制所述下桥右臂导通的第一下桥驱动电路；所述第一下桥驱动电路包括第三光电隔离电路和第一稳压电路；所述第三光电隔离电路分别与所述第一稳压电路、所述下桥右臂连接；以及与所述H桥电路的下桥左臂连接，用于接收所述反转控制信号并根据所述反转控制信号控制所述下桥左臂导通的第二下桥驱动电路；所述第二下桥驱动电路包括第四光电隔离电路和第二稳压电路；所述第四光电隔离电路分别与所述第二稳压电路、所述下桥左臂连接。

在其中一个实施例中，所述直流电机H桥驱动电路还包括用于将所述供电电源的电压转换为所述第一光电隔离电路、所述第二光电隔离电路、所述第三光电隔离电路以及所述第四光电隔离电路的工作电压并输出给所述第一光电隔离电路、所述第二光电隔离电路、所述第三光电隔离电路以及所述第四光电隔离电路的电压转换电路；所述电压转换电路分别与所述供电电源、所述第一光电隔离电路、所述第二光电隔离电路连接、所述第三光电隔离电路以及所述第四光电隔离电路。

在其中一个实施例中，所述第一光电隔离电路包括第一光电隔离继电器；所述第一分压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻以及第三分压电阻；所述第一光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第一光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述正转控制信号；所述第一光电隔离继电器的第4引脚连接于所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间；所述第一分压电阻的另一端还与所述供电电源连接，所述第二分压电阻的另一端还与所述H桥电路的上桥左臂连接；所述第一光电隔离继电器的第3引脚与所述第三分压电阻连接后接地。

在其中一个实施例中，所述第二光电隔离电路包括第二光电隔离继电器；所述第二分压电路包括第四分压电阻、第五分压电阻以及第六分压电阻；所述第二光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第二光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述反转控制信号；所述第二光电隔离继电器的第4引脚连接于所述第四分压电阻和所述第五分压电阻之间；所述第四分压电阻的另一端还与所述供电电源连接，所述第五分压电阻的另一端还与所述H桥电路的上桥右臂连接；所述第二光电隔离继电器的第3引脚与所述第六分压电阻连接后接地。

在其中一个实施例中，所述第一光电隔离继电器和所述第二光电隔离继电器均为金属氧化物半导体场效应管继电器。

在其中一个实施例中，所述第三光电隔离电路包括第三光电隔离继电器；所述第三光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第三光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述正转控制信号；所述第三光电隔离继电器的第4引脚与所述第一稳压电路的输出端连接；所述第三光电隔离继电器的第3引脚与所述H桥电路的下桥右臂连接。

在其中一个实施例中，所述第四光电隔离电路包括第四光电隔离继电器；所述第四光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第四光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述反转控制信号；所述第四光电隔离继电器的第4引脚与所述第二稳压电路的输出端连接；所述第四光电隔离继电器的第3引脚与所述H桥电路的下桥左臂连接。

在其中一个实施例中，所述第三光电隔离继电器和所述第四光电隔离继电器均为金属氧化物半导体场效应管继电器。

在其中一个实施例中，所述第一稳压电路和所述第二稳压电路均为低压差线性稳压电路。

在其中一个实施例中，所述H桥电路的上桥左臂、上桥右臂均为PMOS管；所述H桥电路的下桥左臂、下桥右臂均为NMOS管；所述正转控制信号和所述反转控制信号均为低电平信号。

上述直流电机H桥驱动电路无需使用专门的驱动IC来实现，因此不会受到电磁干扰的影响，能够保证直流电机在不同环境下稳定可靠工作。同时，上述直流电机H桥驱动电路通过稳压电路产生驱动下桥壁的驱动电压并通过光电隔离电路配合分压电路对供电电源电压进行分压后形成驱动上桥臂的驱动电压，使得其并不会受直流电机供电电源电压的限制，进而保证直流电机在不同工作电压下均能够稳定可靠工作。

附图说明

图1为传统的直流电机H桥驱动电路的电路原理图；

图2为一实施例中的直流电机H桥驱动电路的原理框图；

图3为图2所示实施例中的直流电机H桥驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种直流电机H桥驱动电路，用于与H桥电路连接并通过驱动H桥电路来驱动直流电机进行正反转运动。在本实施例中，H桥电路的上桥左臂、上桥右臂、下桥左臂以及下桥右臂均为MOS管，并且其耐压值均大于直流电机的供电电源VCC的电压值，从而防止过压损坏，提高了整个电路的可靠性。具体地，H桥电路的上桥左臂、上桥右臂均为PMOS管，下桥左臂、下桥右臂均为NMOS管。通过控制H桥电路中上桥左臂、上桥右臂、下桥左臂以及下桥右臂的导通或者截止即可实现对直流电机的正反转控制。

图2为一实施例中的直流电机H桥驱动电路的原理框图。一种直流电机H桥驱动电路包括：与H桥电路的上桥左臂连接的第一上桥驱动电路110、与H桥电路的上桥右臂连接的第二上桥驱动电路120、与H桥电路的下桥右臂连接的第一下桥驱动电路130以及与H桥电路的下桥左臂连接的第二下桥驱动电路140。

第一上桥驱动电路110包括第一光电隔离电路112和第一分压电路114。其中，第一光电隔离电路112用于接收直流电机M1的控制器输出的正转控制信号，并在正转控制信号的控制下导通。在本实施例中，正转控制信号为低电平信号。第一分压电路114分别与第一光电隔离电路112、供电电源VCC以及H桥电路的上桥左臂连接。具体地，第一光电隔离电路112在正转控制信号的控制下导通后，供电电源VCC在第一分压电路114的分压下形成驱动上桥左臂的驱动电压，从而使得上桥左臂导通。

第二上桥驱动电路120包括第二光电隔离电路122和第二分压电路124。第二分压电路124分别与第二光电隔离电路122、H桥电路的上桥右臂以及供电电源VCC连接。第二光电隔离电路122用于接收直流电机M1的控制器输出的反转控制信号，并在反转控制信号的控制下导通，从而使得供电电源VCC在第二分压电路124的分压下形成驱动上桥右臂的驱动电压，从而使得上桥右臂导通。在本实施例中，正转控制信号和反转控制信号均为低电平信号。

第一下桥驱动电路130包括第三光电隔离电路132以及第一稳压电路134。其中，第三光电隔离电路132分别与H桥电路的下桥右臂、第一稳压电路134连接。第三光电隔离电路132还用于接收直流电机M1的控制器输出的正转控制信号，并在正转控制信号的控制下导通。第一稳压电路134则用于在第三光电隔离电路132导通时向H桥电路的下桥右臂提供驱动电压，从而使得下桥右臂导通。

第二下桥驱动电路140包括第四光电隔离电路142以及第二稳压电路144。其中，第四光电隔离电路142分别与H桥电路的下桥左臂、第二稳压电路144连接。第四光电隔离电路142还用于接收直流电机M1的控制器输出的反转控制信号，并在该反转控制信号的控制下导通。第二稳压电路144则用于在第四光电隔离电路132导通时向H桥电路的下桥左臂提供驱动电压，从而使得下桥左臂导通。在本实施例中，第一稳压电路134、第二稳压电路144为低压差线性稳压电路(Low Dropout regulator，LDO)。

上述直流电机H桥驱动电路，通过分别控制第一上桥驱动电路110、第二上桥驱动电路120、第一下桥驱动电路130以及第二下桥驱动电路140即可以实现对直流电机M1的正反转控制，而无需使用专门的驱动IC来实现，因此不会受到电磁干扰的影响，能够保证直流电机M1在不同环境下稳定可靠工作。同时，上述直流电机H桥驱动电路通过第一稳压电路134、第二稳压电路144分别产生驱动下桥左臂、下桥右臂的驱动电压，并通过第一光电隔离电路112配合第一分压电路114对供电电源电压进行分压后形成驱动上桥左臂的驱动电压，还通过第二光电隔离电路122配合第二分压电路124对供电电源电压进行分压后形成驱动上桥右臂的驱动电压，从而使得整个电路不会受直流电机供电电源电压的限制，进而保证直流电机M1在不同工作电压下均能够稳定可靠工作。

在本实施例中，上述直流电机H桥驱动电路还包括电压转换电路(图2中未示)。电压转换电路用于将直流电机M1的供电电源电压转换为第一光电隔离电路112、第二光电隔离电路122、第三光电隔离电路132以及第四光电隔离电路142所需的工作电压并输出给第一光电隔离电路112、第二光电隔离电路122、第三光电隔离电路132以及第四光电隔离电路142。

图3为图2所示实施例中的直流电机H桥驱动电路的电路原理图。在本实施例中，H桥电路由PMOS管Q1、PMOS管Q2、NMOS管Q3以及NMOS管Q4构成，并且其耐压值均大于直流电机M1的供电电源VCC的电压值。其中，PMOS管Q1、PMOS管Q2的导通电压为VGS＝-15V，NMOS管Q3以及NMOS管Q4的导通电压为VGS＝15V。

第一上桥驱动电路110中的第一光电隔离电路112包括第一光电隔离继电器A1以及电阻R7，第一分压电路114则包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2以及第三分压电阻R3。其中，第一光电隔离继电器A1的第1引脚串联电阻R7后与电压转换电路(图3中未示)的输出端3.3VDC连接。第一光电隔离继电器A1的第2引脚则用于与直流电机M1的控制器连接，用于接收其输出的正转控制信号。第一光电隔离继电器A1的第4引脚连接于第一分压电阻R1、第二分压电阻R2之间。第一分压电阻R1的另一端则与直流电机M1的供电电源VCC连接，第二分压电阻R2的另一端与H桥电路中PMOS管Q1(上桥左臂)的栅极连接。第一光电隔离继电器A1的第3引脚还串联第三分压电阻R3后接地。

第二上桥驱动电路120中的第二光电隔离电路122包括第二光电隔离继电器A2以及电阻R8，第二分压电路124则包括第四分压电阻R4、第五分压电阻R5以及第六分压电阻R6。第二上桥驱动电路120中的电路结构与第一上桥驱动电路110相同，此处不赘述。第二光电隔离继电器A2的第3引脚用于接收反转控制信号。

第一下桥驱动电路130中的第三光电隔离电路132包括第三光电隔离继电器A3、电阻R12以及电阻R13，第一下桥驱动电路130中的第一稳压电路134在图3中未示。第三光电隔离继电器A3的第1引脚串联电阻R12后与电压转换电路的输出端3.3VDC连接，第2引脚则用于接收控制器输出的正转控制信号，并在该控制信号的控制下导通。第三光电隔离继电器A3的第4引脚与第一稳压电压134的输出端15VDC连接，第3引脚则串联电阻R13后与NMOS管Q3的栅极连接。

第二下桥驱动电路140中的第四光电隔离电路142包括第四光电隔离继电器A4、电阻R9以及电阻R10，第二稳压电路144在图3中未示。第二下桥驱动电路140中的电路结构与第一下桥驱动电路130相同，此处不赘述。第四光电隔离继电器A4的第3引脚用于接收反转控制信号。

在本实施例中，通过分别控制第一光电隔离继电器A1、第二光电隔离继电器A2、第三光电隔离继电器A3以及第四光电隔离继电器A4即可控制H桥电路的通断从而实现对直流电机正反转的控制。具体地，控制器输出正转控制信号给第一光电隔离继电器A1、第三光电隔离继电器A3，从而使得第一光电隔离继电器A1、第三光电隔离继电器A3导通，驱动PMOS管Q1、NMOS管Q3导通从而驱动直流电机M1正转；控制器输出反转控制信号给第二光电隔离继电器A2、第四光电隔离继电器A4，从而使得第二光电隔离继电器A2、第四光电隔离继电器A4导通，驱动PMOS管Q2、NMOS管Q4导通从而驱动直流电机M1反转。

在本实施例中，第一光电隔离继电器A1、第二光电隔离继电器A2、第三光电隔离继电器A3以及第四光电隔离继电器A4均为MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)继电器，其型号可以根据供电电源VCC来选择。例如，供电电源VCC为48V时可以选用G3VM-61D1，其负载电压可达60VDC，负载电流可达500mA。MOSFET继电器在导通和截止的各0.2微秒里均能够产生一个170mA-200mA的峰值电流，这个电流完全能够驱动H桥电路中的MOS管。而一般的光耦的负载电流最大才50mA，不能提供那么高的峰值电流，MOS管不能完全被驱动。在本实施例中，采用MOSFET继电器后电路无需再使增加额外的光耦隔离电路，节省了成本，且电路简单非常适合用于不复杂的电机运动控制中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直流电机H桥驱动电路，用于与H桥电路连接并通过驱动所述H桥电路来驱动直流电机进行正反转运动，其特征在于，包括：

与所述H桥电路的上桥左臂连接，用于接收正转控制信号并根据所述正转控制信号控制所述上桥左臂导通的第一上桥驱动电路；所述第一上桥驱动电路包括第一光电隔离电路和第一分压电路；所述第一分压电路分别与所述第一光电隔离电路、所述直流电机的供电电源、所述上桥左臂连接；

与所述H桥电路的上桥右臂连接，用于接收反转控制信号并根据所述反转控制信号控制所述上桥右臂导通的第二上桥驱动电路；所述第二上桥驱动电路包括第二光电隔离电路和第二分压电路；所述第二分压电路分别与所述第二光电隔离电路、所述直流电机的供电电源、所述上桥右臂连接；

与所述H桥电路的下桥右臂连接，用于接收所述正转控制信号并根据所述正转控制信号控制所述下桥右臂导通的第一下桥驱动电路；所述第一下桥驱动电路包括第三光电隔离电路和第一稳压电路；所述第三光电隔离电路分别与所述第一稳压电路、所述下桥右臂连接；以及

与所述H桥电路的下桥左臂连接，用于接收所述反转控制信号并根据所述反转控制信号控制所述下桥左臂导通的第二下桥驱动电路；所述第二下桥驱动电路包括第四光电隔离电路和第二稳压电路；所述第四光电隔离电路分别与所述第二稳压电路、所述下桥左臂连接。

2.根据权利要求1所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述直流电机H桥驱动电路还包括用于将所述供电电源的电压转换为所述第一光电隔离电路、所述第二光电隔离电路、所述第三光电隔离电路以及所述第四光电隔离电路的工作电压并输出给所述第一光电隔离电路、所述第二光电隔离电路、所述第三光电隔离电路以及所述第四光电隔离电路的电压转换电路；所述电压转换电路分别与所述供电电源、所述第一光电隔离电路、所述第二光电隔离电路连接、所述第三光电隔离电路以及所述第四光电隔离电路。

3.根据权利要求2所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述第一光电隔离电路包括第一光电隔离继电器；所述第一分压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻以及第三分压电阻；所述第一光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第一光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述正转控制信号；所述第一光电隔离继电器的第4引脚连接于所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间；所述第一分压电阻的另一端还与所述供电电源连接，所述第二分压电阻的另一端还与所述H桥电路的上桥左臂连接；所述第一光电隔离继电器的第3引脚与所述第三分压电阻连接后接地。

4.根据权利要求3所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述第二光电隔离电路包括第二光电隔离继电器；所述第二分压电路包括第四分压电阻、第五分压电阻以及第六分压电阻；所述第二光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第二光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述反转控制信号；所述第二光电隔离继电器的第4引脚连接于所述第四分压电阻和所述第五分压电阻之间；所述第四分压电阻的另一端还与所述供电电源连接，所述第五分压电阻的另一端还与所述H桥电路的上桥右臂连接；所述第二光电隔离继电器的第3引脚与所述第六分压电阻连接后接地。

5.根据权利要求4所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述第一光电隔离继电器和所述第二光电隔离继电器均为金属氧化物半导体场效应管继电器。

6.根据权利要求2所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述第三光电隔离电路包括第三光电隔离继电器；所述第三光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第三光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述正转控制信号；所述第三光电隔离继电器的第4引脚与所述第一稳压电路的输出端连接；所述第三光电隔离继电器的第3引脚与所述H桥电路的下桥右臂连接。

7.根据权利要求6所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述第四光电隔离电路包括第四光电隔离继电器；所述第四光电隔离继电器的第1引脚与所述电压转换电路的输出端连接；所述第四光电隔离继电器的第2引脚用于接收所述反转控制信号；所述第四光电隔离继电器的第4引脚与所述第二稳压电路的输出端连接；所述第四光电隔离继电器的第3引脚与所述H桥电路的下桥左臂连接。

8.根据权利要求7所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述第三光电隔离继电器和所述第四光电隔离继电器均为金属氧化物半导体场效应管继电器。

9.根据权利要求1所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述第一稳压电路和所述第二稳压电路均为低压差线性稳压电路。

10.根据权利要求1所述的直流电机H桥驱动电路，其特征在于，所述H桥电路的上桥左臂、上桥右臂均为PMOS管；所述H桥电路的下桥左臂、下桥右臂均为NMOS管；所述正转控制信号和所述反转控制信号均为低电平信号。