馬達｜基礎篇

使用H橋電路驅動有刷直流馬達：原理

2022.03.30

重點

・H橋電路是用來改變有刷直流馬達連接狀態的電路。

・使用4個切換（電晶體）進行有刷直流馬達4種連接狀態的切換。

・有刷直流馬達的實際驅動電路由H橋電路和電壓控制電路組合構成。

目錄

從本文開始，我們將介紹如何使用H橋電路來驅動有刷直流馬達。在介紹具體的使用H橋電路來驅動有刷直流馬達的驅動方法之前，本文將介紹H橋電路的原理。

什麼是H橋電路？

基本上有刷直流馬達具有兩個電源端子，並且透過在這兩個端子上外加電壓來驅動馬達。兩個端子具有以下四種連接組合（僅此四種）：

  ①兩個端子都不與任何地方連接。（當一個連接而另一個未連接時，同樣適用）
  ②將直流電源的（+）連接至一個端子，（-）連接至另一端子。
  ③將直流電源按照與②相反的極性連接至馬達。
  ④兩個端子之間相連接。

這四種狀態可以透過以下使用了四個切換的電路來實現。由於該電路的形狀類似於字母“H”，因此稱為“H橋電路”（也稱為“全橋電路”）。

①中電源端子未連接到任何地方的狀態，可以透過將SW1～SW4全部OFF來實現。

要實現②中將直流電源的（+）連接至一個端子，（-）連接至另一端子，需要將SW1和SW4接通（ON），將SW2和SW3斷開（OFF）。這樣馬達將按某個方向旋轉。

③的接法與②相反。將SW1和SW4關斷（OFF），將SW2和SW3接通（ON）。這樣馬達將按與②相反的方向旋轉。

④是電源端子之間的連接。當將SW1和SW3關斷（OFF）並且將SW2和SW4接通（ON）時，就處於端子之間相互連接的狀態。

實際的H橋電路範例

在上圖中，為了便於理解連接的組合方式而使用了切換，但是在實際的電子電路中，四個切換使用半導體功率電晶體。右圖所示的配置就是實際的H橋電路。在該電路中，電源的（+）側電晶體（Q1，Q3）使用的是P通道MOSFET，（-）側電晶體（Q2，Q4）使用的是N通道MOSFET。

實際的驅動電路配置範例

要改變有刷直流馬達的轉速，就需要改變外加到有刷直流馬達的電壓。為此，在電源和有刷直流馬達之間插入電壓控制電路，以直接或間接控制外加到有刷直流馬達的電壓。有兩種控制方法，一種是在（-）側直接連接有刷直流馬達，另一種是插入控制電路來同時控制（-）側。實際的驅動電路由可以改變連接狀態的H橋電路和電壓控制電路組成。

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