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2022.04.27 馬達

BTL放大器電路的有刷直流馬達驅動: 線性電壓驅動

有刷直流馬達

重點:

・將BTL放大器應用於馬達驅動的有刷直流馬達線性電壓驅動範例。

・使用了BTL放大器的有刷直流馬達驅動分為電壓驅動和電流驅動兩種。

前面已經介紹過一些使用H橋電路驅動有刷直流馬達的方法範例,接下來介紹“使用BTL放大器電路驅動有刷直流馬達的方法”。BTL(Bridged Transformer Less,也有其他一些解釋)放大器最初是將立體聲放大器的兩個輸出連接到揚聲器,用正相驅動一個輸出,用反相驅動另一個輸出,以作為單聲道放大器使用的方法。本文中要介紹的是將其應用於有刷直流馬達驅動後的方法。使用了BTL放大器的驅動分為電壓驅動和電流驅動兩種。先來看電壓驅動。

使用BTL放大器電路驅動有刷直流馬達:線性電壓驅動

下圖是以線性電壓驅動有刷直流馬達的BLT放大器電路圖。

該電路透過控制外加在兩個輸入(IN1、IN2)上的直流電壓,來控制外加在馬達上的直流電壓(OUT1、OUT2)和電流的方向。該範例電路包括輸入級放大器和與其連接的兩個輸出級功率放大器。馬達連接在兩個輸出之間,如圖所示。

下面解釋一下該電路的工作。由輸出M0、輸入IN1和IN2組成的輸入級放大器是簡單的差分放大器。因此,如下所示,M0是透過將外加到IN1和IN2的電壓之間的差乘以取決於R2/R1的增益値並加上Vref而得到的電壓。

 VM0=(R2/R1)×(VIN2-VIN1)+Vref

來看輸出級功率放大器的輸入M0(=輸入級放大器的輸出)與各輸出(OUT1和OUT2)之間的關係。由於與輸入級放大器一樣由差分放大器組成,因此它們的關係如下。由於OUT1放大器在反相輸入端接收M0,而OUT2放大器在同相輸入端接收M0,因此輸入電壓差的項是不同的。

 VOUT1=(R4/R3)×(Vref-VM0)+VM/2
 VOUT2=(R4/R3)×(VM0-Vref)+VM/2

將求出VM0的第一個公式代入這些公式中,整理後如下:

 VOUT1=(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN1-VIN2)+VM/2
 VOUT2=(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN2-VIN1)+VM/2

因此,OUT1與OUT2之間的電壓差如下:

 VOUT1-VOUT2=2×(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN1-VIN2)

上面的公式表示,當IN1的電壓高於IN2的電壓時,由於OUT2低於OUT1,因此電流從OUT1流向OUT2,反之,電流則從OUT2流向OUT1。外加到馬達上的電壓是將IN1和IN2之間的電壓差乘以電壓增益2×(R4/R3)×(R2/R1)所得的值。這樣,就可以控制馬達的正轉和反轉了。

如果使IN1和IN2具有相同的電壓,則OUT1和OUT2的電壓也會相同(=VM/2),因此可以將它們置於短路制動狀態。但是,如果放大器有偏移量的情況,則輸出電壓差不會完全為零,因此可能需要進行調整。

該電路無法處於開路狀態。要想創建開路狀態,需要另行配置電路。

下次,我們計畫介紹使用BTL放大器的有刷直流馬達的線性電流驅動。

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