一种基于四个三极管的H桥双向电机驱动电路的制作方法

一种基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路
技术领域
1.本实用新型涉及一种电机驱动电路，特别是一种基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路。


背景技术：

2.在实际应用中，电机需要能进行双向转动并实现双向转动的转换，通常控制电机双向运动会采用h桥式电机驱动电路来实现。
3.h桥式电机驱动电路的典型原理如图1所示，顾名思义，该电路的形状酷似字母h，只需使对角线电路导通就能实现电机的双向转动。通常，由于mos管具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好等优点，h桥式电机驱动电路中通常也会使用mos管替代三极管，驱动控制的原理相同。
4.但是，目前的h桥式电机驱动电路存在如下问题：四个mos管就需要多个控制芯片来分别控制各种电器件的通断，其耗费的芯片资源和外围元器件个数都多。
5.所以，目前的h桥式电机驱动电路存在耗费的电路元器件较多的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于，提供一种基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路。本实用新型通过两个三极管及少量电阻就能实现双向电机驱动，具有节约芯片资源的优点。
7.本实用新型的技术方案：一种基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路，包括由第一上管、第一下管、第二上管和第二下管这4个mos管组成的h桥式电机驱动电路，其特征在于：所述第一上管的栅级串联第一控制电路，所述第二上管的栅级串联第二控制电路；
8.所述第一控制电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻、第一三极管和第十二电阻；所述第一上管的栅极连接于第二电阻和第一电阻之间；
9.所述第二控制电路包括依次串联的第三电阻、第四电阻、第二三极管和第十三电阻；所述第二上管的栅极连接于第四电阻和第三电阻之间；
10.所述第一控制电路的第十二电阻与二号mcu第一控制信号输入端相连，所述第二控制电路的第十三电阻与一号mcu第一控制信号输入端相连；
11.所述第一下管的栅级依次串联第五电阻和一号mcu第二控制信号输入端；所述第二下管的栅级依次串联第七电阻和二号mcu第二控制信号输入端；
12.所述一号mcu第一控制信号输入端和二号mcu第一控制信号输入端为a组，所述一号mcu第二控制信号输入端和二号mcu第二控制信号输入端为b组；所述a组和b组中一组为pwm口，另一组为io口。
13.前述的基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路中，所述h桥式电机驱动电路的驱动电源端上串联有正温度系数热敏电阻器。
14.前述的基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路中，所述第一控制电路和第二控制电路均与驱动电源端相连。
15.前述的基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路中，所述第一下管和第二下管共同连接至接地；所述第一下管和第二下管的连接点与接地之间串联电流采集电阻；所述第一下管和第二下管连接点与电流采集电阻之间并联电流采集电路；所述电流采集电路包括依次串联的第十一电阻、第一电容和接地；所述第十一电阻与第一电容之间连接ad采集口。
16.前述的基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路中，所述第五电阻和一号mcu第二控制信号输入端之间并联第一事故保障电路，所述第七电阻和二号mcu第二控制信号输入端之间并联第二事故保障电路。
17.前述的基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路中，所述第一事故保障电路包括依次串联的第三三极管和第九电阻；所述第九电阻另一端与二号mcu第一控制信号输入端相连；
18.所述第二事故保障电路包括依次串联的第四三极管和第十电阻；所述第十电阻另一端与一号mcu第一控制信号输入端相连。
19.与现有技术相比，本实用新型通过在上mos管(第一上管和第二上管)连接控制电路(第一控制电路和第二控制电路)，通过两个信号输入端输入不同的高低电平，控制三极管的通断从而改变h桥式电机驱动电路的通断，驱使电机能进行正反向转动；一号mcu第二控制信号输入端和二号mcu第二控制信号输入端(或一号mcu第一控制信号输入端和二号mcu第一控制信号输入端)为pwm口从而能实现电机的调速；本实用新型只使用两个三极管构成两条控制电路，结合少量的电阻就实现了电机的双向转动和调速，无需使用大量的芯片和外围元器件，在实现相同功能的同时还节约了电路元器件。
20.因此，本实用新型通过两个三极管及少量电阻就能实现双向电机驱动，具有节约芯片资源的优点。
21.进一步的，本实用新型通过串联在h桥上端的ptc，当电机在运行过程中出现堵转等电流异常情况，可以及时地发热，起到保护h桥桥臂mos管的作用。
22.通过设置电流采集电路，电流采集电阻两端的电压被mcu采集，当电机因为堵转短路导致电流过大时，可以及时关闭信号输入端的驱动信号，限制电流过大损坏h桥桥臂的mos管。
23.通过mcu的ad采集口采集i
‑
ad采集点的电压，能判断电机的运行状况。
24.h桥电路在4个mos管控制信号出现异常时，会出现同一侧上下桥臂2个mos管同时导通短路烧坏的情况，本实用新型通过设置第一事故保障电路和第二事故保障电路实现同一桥臂上下mos管的驱动信号的互锁，m1 和m2
‑
(或m2 和m1
‑
)无法同时为高电平，避免了同一桥臂2个mos管短路烧坏。
25.本实用新型采用两路pwm口和两路io口进行控制，就能实现h桥每个桥臂管的开通和关断，控制灵活。
26.将本实用新型的正温度系数热敏电阻器和电流采集电阻选择适当的参数或者直接取消短路，可以得到一种基于本实用新型的h桥直流电转交流电电路，能应用在只有直流电供电但需要驱动交流负载的场合，例如市面上会有12vac、24vac等低压的交流气泵，本实用新型的应用场所更广。
附图说明
27.图1是h桥式电机驱动电路原理示意图。
28.图2是本实用新型的电路结构示意图。
29.附图中的标记为：p1
‑
第一上管，p2
‑
第二上管，n1
‑
第一下管，n2
‑
第二下管，q1
‑
第一三极管，q2
‑
第二三极管，q3
‑
第三三极管，q4
‑
第四三极管，m1
‑
一号mcu第一控制信号输入端，m2
‑
二号mcu第一控制信号输入端，m1
‑‑
一号mcu第二控制信号输入端，m2—二号mcu第二控制信号输入端，vcc
‑
驱动电源端，ptc
‑
正温度系数热敏电阻器，r01
‑
电流采集电阻，r1
‑
第一电阻，r2
‑
第二电阻，r3
‑
第三电阻，r4
‑
第四电阻，r5
‑
第五电阻，r7
‑
第七电阻，r9
‑
第九电阻，r10
‑
第十电阻，r11
‑
第十一电阻，r12
‑
第十二电阻，r13
‑
第十三电阻，c1
‑
第一电容。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
31.实施例。一种基于四个三极管的h桥双向电机驱动电路，构成如图1
‑
2所示，包括由第一上管p1、第一下管n1、第二上管p2和第二下管n2这4个mos管组成的h桥式电机驱动电路；所述第一上管p1的栅级串联第一控制电路，所述第二上管p2的栅级串联第二控制电路；
32.所述第一控制电路包括依次串联的第一电阻r1、第二电阻r2、第一三极管q1和第十二电阻r12；所述第一上管p1的栅极连接于第二电阻r2和第一电阻r1之间；
33.所述第二控制电路包括依次串联的第三电阻r3、第四电阻r4、第二三极管q2和第十三电阻r13；所述第二上管p2的栅极连接于第四电阻r4和第三电阻r3之间；
34.所述第一控制电路的第十二电阻r12与二号mcu第一控制信号输入端m2 相连，所述第二控制电路的第十三电阻r13与一号mcu第一控制信号输入端m1 相连；
35.所述第一下管n1的栅级依次串联第五电阻r5和一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
；所述第二下管n2的栅级依次串联第七电阻r7和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
；
36.所述一号mcu第一控制信号输入端m1 和二号mcu第一控制信号输入端m2 均为io口；所述一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
均为pwm口。
37.所述h桥式电机驱动电路的驱动电源端vcc上串联有正温度系数热敏电阻器ptc。
38.所述第一控制电路和第二控制电路均与驱动电源端vcc相连。
39.所述第一下管n1和第二下管n2共同连接至接地；所述第一下管n1和第二下管n2的连接点与接地之间串联电流采集电阻r01；所述第一下管n1和第二下管n2连接点与电流采集电阻r01之间并联电流采集电路；所述电流采集电路包括依次串联的第十一电阻r11、第一电容c1和接地；所述第十一电阻r11与第一电容c1之间连接ad采集口。
40.所述第五电阻r5和一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
之间并联第一事故保障电路，所述第七电阻r7和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
之间并联第二事故保障电路。
41.所述第一事故保障电路包括依次串联的第三三极管q3和第九电阻r9；所述第九电阻r9另一端与二号mcu第一控制信号输入端m2 相连；
42.所述第二事故保障电路包括依次串联的第四三极管q4和第十电阻r10；所述第十电阻r10另一端与一号mcu第一控制信号输入端m1 相连。
43.所述其他常规元器件及对应的连接方式等如图2所示的电路结构图连接。
44.工作原理：根据附图1
‑
2的电路图，其电路运行如下：
45.交流电时：当一号mcu第一控制信号输入端m1 和一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
为高电平，二号mcu第一控制信号输入端m2 和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
为低电平，第二三极管q2、第四三极管q4、第二上管p2和第一下管n1导通，第一三极管q1、第三三极管q3、第一上管p1和第二下管n2关断；电流从驱动电源端vcc>正温度系数热敏电阻器ptc>第二上管p2>电机>第一下管n1>电流采集电阻r01形成回路，电机朝一个方向转动；
46.二号mcu第一控制信号输入端m2 和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
为高电平，一号mcu第一控制信号输入端m1 和一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
为低电平，第一三极管q1、第三三极管q3、第一上管p1和第二下管n2导通，第二三极管q2、第四三极管q4、第二上管p2和第一下管n1关断；电流从驱动电源端vcc>正温度系数热敏电阻器ptc>第一上管p1>电机>第二下管n2>电流采集电阻r01形成回路，电机朝另外一个方向转；
47.直流电时：一个时间周期t内，当一号mcu第一控制信号输入端m1 和一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
为高电平，二号mcu第一控制信号输入端m2 和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
为低电平；保持时间t1内，第二三极管q2、第四三极管q4、第二上管p2和第一下管n1导通，第一三极管q1、第三三极管q3、第一上管p1和第二下管n2关断，ac1相对ac2为高电压；电机朝一个方向转动；
48.二号mcu第一控制信号输入端m2 和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
为高电平，一号mcu第一控制信号输入端m1 和一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
为低电平；保持时间t1时，第一三极管q1、第三三极管q3、第一上管p1和第二下管n2导通，第二三极管q2、第四三极管q4、第二上管p2和第一下管n1关断，ac1相对ac2为低电压；电机朝另外一个方向转；
49.2*t1＜t，1/t即为转换后的交流电的频率，t1的大小即可控制转换后的交流电的功率。
50.事故保障原理：当一号mcu第一控制信号输入端m1 为高电平时，第二三极管q2导通，第二上管p2导通，第四三极管q4导通,二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
会被互锁为低电平，第二下管n2关断，这样避免了可能出现同一侧桥臂(第二上管p2和第二下管n2)同时导通，烧坏开关管的情况。
51.二号mcu第一控制信号输入端m2 为高电平时，第一三极管q1导通，第一上管p1导通，第三三极管q3导通,一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
会被互锁为低电平，第一下管n1关断，这样避免了可能出现同一侧桥臂(第一上管p1和第一下管n1)同时导通，烧坏开关管的情况。
52.当一号mcu第一控制信号输入端m1 、一号mcu第二控制信号输入端m1
‑
、二号mcu第一控制信号输入端m2 和二号mcu第二控制信号输入端m2
‑
为上述以外的组合时，都无法形成回路。