电动舵机功率MOS电机驱动电路分析与计算

摘　要：由MOSFET开关组成的H电桥电路是电动机驱动电路的重要形式之一。本文阐述了该驱动电路的各个组成部分及相应功能，通过对实际控制电路各部分的具体分析，从电路内部详细研究了MOS电动机驱动电路。

关键词：电动舵机 功率MOS 驱动电路

中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0130-02

1 MOSFET　H电桥电路

功率MOS管又称功率场效应晶体管，是电压控制型器件。主要特点是电压控制，驱动功率小，输入阻抗高，功率增益高，开关的速度快，开关时间由寄生电容决定，因此其应用广泛。H电桥电路是电动机正转/逆转驱动电路结构中最为常见的一种形式，只用一个电源和四个开关的不同搭配来控制电机的各种工作形式[1]。

将H电桥电路中的开关用功率MOS管代替，构成MOSFET　H电桥电路（如图1所示）。

H电桥中得S1和S3用P沟MOSFET源极接地型开关电路代替，S2和S4用N沟MOSFET源极接地型开关电路代替。

由于P沟MOSFET管品种少及性能相比N沟器件差，下文中S1～S4均采用N沟MOSFET。

2 H电桥电动机驱动电路

拟控制的电动机是15V/1A的小型DC电动机。电动机的驱动模式设定为由两个控制信号控制的4种模式。

图2是电路框图。控制电路是由两个0V/5V的逻辑信号分别控制H电桥各开关形成4种驱动模式的部分。电源电路是为了驱动N沟MOSFET开关的电源部分，是DC-DC变换器升压电路。

2.1　DC-DC变换器升压电路

由于N沟MOSFET源极跟随器型开关电路需要栅极电位比源极电位高出3.5V才能够完全导通，所以实际电路中需要另外一个VCC+3.5V的电源。构造该电源电路的特点就是在内部制作了一个比H电桥电源电压高的电源VD，使电路更加简洁清晰。

其原理图如图3所示。电路通过SW把直流变换为交流，通过把交流成分加载在VCC上整流得到平滑的高电压。

其中SW开关使用的是施密特触发变换器的方波振荡电路，得到占空比约50%的方波，在这里不作详细介绍。

如图3所示，得出的新电源VD=VCC+　VDD-2VF。

2.2　控制电路

图4是实际的控制电路。MOSFET的栅极是由NPN晶体管的发射极接地型开关电路驱动。如果这个驱动电路的电源是VCC+3.5V，就可以使Tr1和Tr3完全导通。

发射极接地开关从逻辑上可认为是倒相器。所以在驱动Tr2和Tr4的电路中，组合倒相器使逻辑一致。

驱动Tr1和Tr3的电路是把两个发射极接地性开关电路的集电极与集电极连接进行NOR运算[2]。这样，只有两个晶体管都截止时输出才为H。

控制电路的逻辑如图5所示。

2.3　同时采用P沟和N沟MOSFET的电路

如第一部分介绍时所述，Tr1和Tr3采用P沟MOSFET源极接地型开关电路时，驱动电压就没必要高于电源电压，这样电路就会变得稍微简单。

但是N沟FET和P沟FET 器件导通时所需的驱动电压极性相反，电动机的驱动电路就与图4的构成有所不同。为了Tr1和Tr3的栅极驱动电压，必须进行NAND运算（图4电路中进行的是NOR运算）。当两个晶体管都导通（即两个输入均为H电平）时，输出才为L电平。具体控制电路如图6所示。

3 结语

该控制电路通过合理的选择MOSFET种类及相应导通电压，根据不同MOSFET开关电路设计不同的控制逻辑及电路，使得MOS管具有良好的开关特性，也使得电路非常简单、实用和可靠[3]。

参考文献

[1] 马瑞卿，刘卫国.自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用[J].电力电子技术，2000（1）.

[2] 逄海萍.IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用[J].电气传动自动化，2001（3）.

[3] 毕庆，张纯江，闫朝阳.高性能六输出MOS栅极驱动器IR2130及应用[J].信息技术，2000（3）.