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4个MOS管实现对小型轮式机器人直流电机的驱动

2021-08-03 来源:湖北农业机械网

直流电机驱动电路常采用H桥电路,本文设计4个MOS管实现对直流电机的驱动,每个MOS管均通过专门的电路实现控制,可靠性高,结构简单,成本低廉,易于制作。

1电路总体设计

1.1电路总体设计

本电路包括电源电路、H桥电路、MOS管Q2控制电路、MOS管Q3控制电路、MOS管Q7控制电路、MOS管Q8控制电路。如图1所示。

1.2电路基本原理

直流电机由MOS管Q2、Q3、Q7、Q8驱动。MOS管Q2、Q3、Q7、Q8分别由对应的控制电路控制,各控制电路通过对H桥电路四个MOS管的控制实现对直流电机的控制。

2电路设计

2.1电源电路

电源电路由12V电池插座J4、电源开关S1、防反接二极管D9、电解电容C2、瓷片电容C3、开关稳压电源芯片U4、电感L1、二极管D10、电解电容C4、瓷片电容C1、电阻R45及电源指示发光二极管D11组成。如图2所示。

当开关S1按下时12V电池电源由插座J4引入,供给H桥及H桥MOS管控制电路,+12V的电源经过开关稳压芯片U4稳压后为H桥MOS管控制电路提供5V电源。当开关S1再次按下时,断开系统电源。

2.2H桥电路设计

H桥电路由MOS管Q2、Q3、Q7、Q8及通过接线端子J1接入的直流电机组成。如图2所示。

当MOS管Q2和Q8导通时,电流从12V电源正极流过MOS管Q2、直流电机、MOS管Q8,然后入地,从而使直流电机正转。当MOS管Q3和Q7导通时,电流从12V电源正极流过MOS管Q3、直流电机、MOS管Q7,然后入地,从而使直流电机反转。当MOS管Q2和Q3导通或MOS管Q7和Q8导通时,直流电机接入闭合回路,从而使直流电机制动。

2.3MOS管Q2控制电路

MOS管Q2控制电路由外部信号接线端子J2、二输入与非门UlA、三极管Q1、三极管Q5、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R9、电阻R11和电阻R12构成。如图2所示。

当外部给二输入与非门U1A的1脚、2脚提供高电平信号时,二输入与非门U1A的3脚输出低电平信号,使三极管Q5截止,三极管Q5的集电极输出高电平信号,使三极管Q1导通,+12V电源经电阻R1分压获得2V左右的电压供给MOS管Q2的栅极即V。=2V,由于MOS管Q2的源极Vs=12V,V-Vs=10V,MOS管Q2的型号为IRF9Z24N,该型号MOS管的最小开启电压Vs(m=-2V,VVssVcsm),满足MOS管Q2导通条件,所以,MOS管Q2控制电路控制MOS管Q2导通。

当外部给二输入与非门U1A的1脚提供低电平信号、2脚提供低电平信号:当外部给二输入与非门UlA的1脚提供低电平信号、2脚提供高电平信号;当外部给二输入与非门U1A的1脚提供高电平信号、2脚提供低电平信号,以上三种情况二输入与非门UlA的3脚均输出高电平信号,使三极管Q5导通,使三极管Q1截止,MOS管Q2的栅极电压Vo=12V,由于MOS管Q2的源极Vs=12V,V-Vs=0V,V-Vs>Vosm),不满足MOS管Q2导通条件,所以,MOS管Q2控制电路控制MOS管Q2截止。

MOS管Q3控制电路与MOS管Q2控制电路结构原理相同,不再赘述。

2.4MOS管Q8控制电路

MOS管Q8控制电路由外部信号接线端子J2、反相器U2B、二输入与非门UID、三极管Q10、电阻R17、电阻R18、电阻R21和电阻R22构成。如图2所示。当外部给反相器U2B的3脚提供低电平信号时,低电平信号经过反相器U2B的反相从反相器U2B的4脚输出高电平信号给二输入与非门UID的12脚、外部给二输入与非门UID的13脚提供高电平信号时,二输入与非门UID的11脚输出低电平信号,使三极管Q10截止,三极管Q10的集电极输出12V的电平信号,该信号给MOS管Q8的栅极即V。=12V,Q8的源极接地即Vs=0V,VVs=12V,MOS管Q8的型号为IRFZ24N,该型号MOS管的最小开启电压VsT)-2V,VV>Vosm),所以,MOS管Q8控制电路控制MOS管Q8导通。

当外部给反相器U2B的3脚提供低电平信号、给二输入与非门UID的13脚提供低电平信号:当外部给反相器U2B的3脚提供高电平信号、外部给二输入与非门UID的13脚提供低电平信号:当外部给反相器U2B的3脚提供高电平信号、外部给二输入与非门UID的13脚提供高电平信号,以上三种情况二输入与非门UID的11脚均输出高电平信号,使三极管Q10导通,三极管Q10的集电极输出0.3V的低电平信号给MOS管Q8的栅极,Vc=0.3V,MOS管Q8的源极接地,Vs=0V,VeVs-0.3V,VoeVs<vcsm),不满足mos管q8的导通条件,所以,mos管q8控制电路控制mos管q8截止。mos管q7控制电路与mos管q8控制电路结构原理相同,不再赘述。

3结束语

采用本方案设计的小型轮式机器人直流电机H桥驱动电路运行可靠,结构简单,成本低廉,易于制作,具有较高的实用价值。

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