PWM是如何調節直流電機轉速的？電機正反轉的原理又是怎樣的？

電機是重要的執行機構，能夠將電轉轉化爲機械能，從而驅動北控設備的轉動或者移動，在咱們的生活中應用很是普遍。例如，應用在電動工具、電動平衡車、電動園林工具、兒童玩具中。直流電機的實物圖以下圖所示。

 

1-直流電機實物圖

對於普通的直流電機，在其兩個電極上接上合適的直流電源後，電機就能夠滿速轉動，電源反接後，電機就反向轉動。可是在實際應用中，咱們須要電機工做在不一樣的轉速下，該如何操做呢？

1 直流電機的調速原理

咱們能夠作這樣的實驗，以24V直流電機爲例，在電機兩端接上24V的直流電源，電機會以滿速轉動，若是將24V電壓降至2/3即16V，那麼電機就會以滿速的2/3轉速運轉。由此可知，想要調節電機的轉速，只須要控制電機兩端的電壓便可。

以三極管做爲驅動器件驅動小功率的電機，其電路原理圖以下圖所示。電機做爲負載接在三極管的集電極上，基極由單片機控制。

 

2-直流電機調速原理圖

當單片機輸出高電平時，三極管導通，使得電機得電，從而滿速運行；當單片機輸出低電平時，三極管截止，電機兩端沒有電壓，電機中止轉動。那如何使電機兩端的電壓發生變化，進而控制電機的轉速呢？

只要單片機輸出佔空比可調的方波，即PWM信號便可控制電機兩端的電壓發生變化，從而實現電機轉速的控制。

2 PWM信號調速的原理

所謂PWM，就是脈衝寬度調製技術，其具備兩個很重要的參數：頻率和佔空比。頻率，就是週期的倒數；佔空比，就是高電平在一個週期內所佔的比例。PWM方波的示意圖以下圖所示。

 

3-PWM的基本參數

在上圖中，頻率F的值爲1/(T1+T2)，佔空比D的值爲T1/(T1+T2)。經過改變單位時間內脈衝的個數能夠實現調頻；經過改變佔空比能夠實現調壓。佔空比越大，所獲得的平均電壓也就越大，幅值也就越大；佔空比越小，所獲得的平均電壓也就越小，幅值也就越小。動圖演示如圖4所示。

 

4-PWM調壓演示

經過以上原理就能夠知道，只要改變PWM信號的佔空比，就能夠改變直流電機兩端的平均電壓，從而實現直流電機的調速。

前文說過，改變電機兩端的電源極性能夠改變電機的轉速，那麼電路如何實現電機的正反轉調速呢？這須要經過H橋電路來實現。H橋的電路原理以下圖所示。

 

5-H橋驅動電機電路

H橋電路由四個功率電子開關構成，能夠是晶體管也能夠是MOS管。電子開關兩兩構成橋臂，在同一時刻只要對角的兩個電子開關導通，另外兩個截止，且每一個橋臂的上下管不能同時導通。經過這個電路就能夠實現電機的正反轉調速。

3 PWM如何實現電機的正轉調速

要實現電機的正轉只須要作以下設置便可：

A控制端：高電平，控制三極管Q4導通；

B控制端：高電平，控制三極管Q3截止；

C控制端：低電平，控制三極管Q1導通；

D控制端：低電平，控制三極管Q2截止；

經過以上操做，即實現三極管Q2和Q3截止，三極管Q1和Q4導通，電流的流向以下：

VCC→Q1→電機→Q4→GND，實現了電機的正轉。

 

6-H橋驅動電機正轉調速電路

在這種狀況下要實現電機轉速的調節，只須要給Q4的基極加載PWM信號便可。

4 PWM如何實現電機的反轉調速

要實現電機的反轉只須要作以下設置便可：

A控制端：低電平，控制三極管Q4截止；

B控制端：低電平，控制三極管Q3導通；

C控制端：高電平，控制三極管Q1截止；

D控制端：高電平，控制三極管Q2導通；

經過以上操做，即實現三極管Q1和Q4截止，三極管Q2和Q3導通，電流的流向以下：

VCC→Q3→電機→Q2→GND，實現了電機的反轉。

 

7-H橋驅動電機反轉調速電路

在這種狀況下要實現電機轉速的調節，只須要給Q2的基極加載PWM信號便可。

5 電機專用驅動IC和分離元器件電路的對比

目前有不少電機專用驅動IC，體積小、控制簡單，比用分離元器件所搭建的電路佔有更大的優點。

專用IC優點之一：死區控制更容易

使用分離元器件時，必需要嚴格控制死區時間，也就是絕對不能讓每一個橋臂上的電子開關同時導通，這樣容易致使電源短路，電流過大把兩個電子開關燒壞。而專用的驅動IC都有死區控制，比分離元器件電路更安全。

 

8-電機專用驅動IC

專用IC優點之二：器件體積更小

分離元器件所搭建的驅動電路，所使用的元器件數目較多，體積較大。而專用驅動IC只須要一顆芯片便可，大大減少了體積、節省了PCB空間，使電路調試更容易。

本文轉自小平頭電子技術社區：https://www.xiaopingtou.cn/article-104206.html