基于功率MOSFET的H桥PWM DC电机驱动器
h桥（全桥）驱动器在驱动有刷直流电机等负载方面非常流行，并且已广泛用于机器人技术和工业中。使用h桥驱动器的主要优点是效率高，旋转方向变化和制动电动机。我介绍了使用四个ir3205功率mosfet和两个ir2104 mosfet驱动器的完整h桥直流电动机驱动器。从理论上讲，上述mosfet可以处理高达80 a的电流；但是，实际上，如果使用大型散热片甚至风扇将mosfet的温度保持在尽可能低的水平，我们可以期望获得高达40 a的电流。
电路分析
图1显示了h桥直流电动机驱动器的示意图。显而易见，电路的核心是两个ir2104 mosfet驱动器芯片。
图1：h桥直流电动机驱动器的示意图
我选择了4 ir3205 1进行切换。该mosfet具有出色的特性，这对于该应用至关重要，r ds（on）非常低电阻和高电流处理能力。根据irf3205数据表：“ international rectifier的高级hexfet功率mosfet利用先进的处理技术来实现极低的每硅面积导通电阻。这项优势与hexfet功率mosfet众所周知的快速开关速度和坚固耐用的器件设计相结合，为设计人员提供了一种极其有效和可靠的器件，可广泛用于各种应用中。to-220封装是所有商业工业应用的通用首选，其功耗水平约为50w。to-220的低热阻和低封装成本使其在整个行业中得到广泛认可。”
我选择了两个ir2104 2来驱动mosfet。根据ir2104数据表：“ ir2104（s）是高压，高速功率mosfet和igbt驱动器，具有相关的高端和低端参考输出通道。专有的hvic和抗闩锁cmos技术可实现坚固的单片结构。逻辑输入与标准cmos或lsttl输出兼容，低至3.3v逻辑。输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，旨在最大程度地减少驱动器交叉导通。浮动通道可用于驱动高端配置中的n通道功率mosfet或igbt，其工作电压为10至600v。”
关于ir2104的好消息是该芯片与3.3v和5v逻辑电平兼容。图2显示了该芯片的基本接线图。显然，芯片和负载（电机）的供应不需要相同；但是，两种电源具有相同的基础。
图2：ir2104 mosfet驱动器芯片的接线图
c1，c3，c4，c5，c6，c7和c9已用于降低噪声。r1和d2，r2和d3，r3和d8，r4和d9已被用来抑制在mosfet导通/关断时电感器和电容器可能引入的振铃和寄生效应。别忘了mosfet在其栅极引脚上引入了电容。1n4148二极管使栅极电容器放电。
d4，d5，d6和d7 3用于抑制直流电动机的反向电流尖峰。内部反向肖特基二极管已嵌入mosfet中。但是，使用这些外部肖特基二极管还可以减少内部二极管上的应力。根据数据表和应用要求选择c2，c8，d1和d10。
p1是五针xh连接器，用于将芯片的电源和控制信号施加到板上。k1是kf45电源连接器，用于将电动机和电动机的电源线连接到板上。
pcb布局
图3显示了h桥dc电机驱动器的pcb布局。它是两层pcb板，所有组件封装均为通孔。
图3：h桥直流电机驱动器的pcb布局
图4从顶部和底部显示了pcb板的3d视图。
图4：板顶部和底部的3d视图
我没有ir2104 4和irf3205 5（组件库）的原理图符号和pcb占用空间，因此我使用了samacsys组件库，并使用samacsys altium designer插件安装了缺少的库（图5）。samacsys已为几乎所有著名的电子设计软件提供了插件（图6）。有趣的是，所有服务都是免费的，图书馆遵循ipc标准。您只需要下载并使用自己喜欢的cad插件即可。6另一个选择是从componentsearchengine.com下载库并导入它们。
图5：samacsys altium插件中的选定组件
图6：samacsys插件支持的电子设计cad软件
载流板没有完全被阻焊剂覆盖。这使您可以通过焊接或使用一些粗铜线来加强轨道。图7显示了这些部分暴露的轨道。
图7：部分暴露的高电流载pcb走线
组装和测试
图8显示了组装好的单元，图9显示了测试环境。我已将arduino uno编程为控制电机驱动器板。我还在原型板上构建了一个简单的键盘，以便能够更改速度（使用pwm）和电动机的旋转方向。
图8：组装好的h桥直流电动机驱动器
图9：直流电动机驱动器板，arduino uno和测试台
所有按钮均为低电平有效，并使用arduino的内部上拉电阻。您可以考虑以下arduino代码：
#include
int pwm_value;
字节enable_pin = 13;
字节pwm1_pin = 11;
字节pwm2_pin = 10;
字节pwm_pin = 11;
向上按钮（9，25，true，true）;
按下按钮（8，25，true，true）;
向左按钮（7，25，true，true）;
向右按钮（6，25，true，true）;
void setup（）{
pinmode（enable_pin，output）;
pinmode（pwm1_pin，输出）;
pinmode（pwm2_pin，输出）;
up.begin（）;
down.begin（）;
left.begin（）;
right.begin（）;
digitalwrite（enable_pin，low）;
pwm_value = 0;
analogwrite（pwm1_pin，pwm_value）;
analogwrite（pwm2_pin，pwm_value）;
}
无效循环（）
{
digitalwrite（enable_pin，high）;
up.read（）;
down.read（）;
left.read（）;
right.read（）;
如果（up.wasreleased（）&& pwm_value 5）
{
pwm_value-= 5;
}
如果（left.wasreleased（））
{
pwm_pin = pwm1_pin;
analogwrite（pwm2_pin，0）;
}
如果（right.wasreleased（））
{
pwm_pin = pwm2_pin;
analogwrite（pwm1_pin，0）;
}
analogwrite（pwm_pin，pwm_value）;
}
物料清单
图10显示了物料清单。
图10：h桥直流电动机驱动器的物料清单
了解Goooood®狗帝融合CDN: 类型和部署选项
Ravi Munde利用强化学习，实现了对Dino Run的控制
2021年将是DDR5的DRAM竞争，手机存储容量升级驱动移动存储器需求
阿里云盘重新上架苹果 App Sotre：1T 存储空间 + 5G 极速下载
自动驾驶行业动荡：阿里达摩院撤出，图森未来面临退市
基于功率MOSFET的H桥PWM DC电机驱动器
中国AI行业薪酬翻了一番 人才争夺仍是关键
CD4060可定时关断的交流电源适配器
什么是电子管功放?电子管功放和晶体管功放优缺点分析
IR推出 AUIRF8736M2 车用DirectFET2功率 MOSFET
高清晰度数字电视传输系统设计与实现方案
i.MXRT上提升代码执行性能的十八般武艺
消息称印度授权苹果、联想等110家公司进口笔记本电脑和平板电脑
国产工业电脑的产品优势有哪些
萌新必看：嵌入式该怎么学
大陆为自动驾驶汽车提供了人机交互整体解决方案
区块链在各大行业中的应用介绍
上海电信5G建设“上海模式”取得突破，运营商积极推进5G共建共享
光纤链路的现场测试及故障点的定位
嵌入式里通用微秒计时函数框架设计与实现
电路分析
图1显示了h桥直流电动机驱动器的示意图。显而易见，电路的核心是两个ir2104 mosfet驱动器芯片。
图1：h桥直流电动机驱动器的示意图
我选择了4 ir3205 1进行切换。该mosfet具有出色的特性，这对于该应用至关重要，r ds（on）非常低电阻和高电流处理能力。根据irf3205数据表：“ international rectifier的高级hexfet功率mosfet利用先进的处理技术来实现极低的每硅面积导通电阻。这项优势与hexfet功率mosfet众所周知的快速开关速度和坚固耐用的器件设计相结合，为设计人员提供了一种极其有效和可靠的器件，可广泛用于各种应用中。to-220封装是所有商业工业应用的通用首选，其功耗水平约为50w。to-220的低热阻和低封装成本使其在整个行业中得到广泛认可。”
我选择了两个ir2104 2来驱动mosfet。根据ir2104数据表：“ ir2104（s）是高压，高速功率mosfet和igbt驱动器，具有相关的高端和低端参考输出通道。专有的hvic和抗闩锁cmos技术可实现坚固的单片结构。逻辑输入与标准cmos或lsttl输出兼容，低至3.3v逻辑。输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，旨在最大程度地减少驱动器交叉导通。浮动通道可用于驱动高端配置中的n通道功率mosfet或igbt，其工作电压为10至600v。”
关于ir2104的好消息是该芯片与3.3v和5v逻辑电平兼容。图2显示了该芯片的基本接线图。显然，芯片和负载（电机）的供应不需要相同；但是，两种电源具有相同的基础。
图2：ir2104 mosfet驱动器芯片的接线图
c1，c3，c4，c5，c6，c7和c9已用于降低噪声。r1和d2，r2和d3，r3和d8，r4和d9已被用来抑制在mosfet导通/关断时电感器和电容器可能引入的振铃和寄生效应。别忘了mosfet在其栅极引脚上引入了电容。1n4148二极管使栅极电容器放电。
d4，d5，d6和d7 3用于抑制直流电动机的反向电流尖峰。内部反向肖特基二极管已嵌入mosfet中。但是，使用这些外部肖特基二极管还可以减少内部二极管上的应力。根据数据表和应用要求选择c2，c8，d1和d10。
p1是五针xh连接器，用于将芯片的电源和控制信号施加到板上。k1是kf45电源连接器，用于将电动机和电动机的电源线连接到板上。
pcb布局
图3显示了h桥dc电机驱动器的pcb布局。它是两层pcb板，所有组件封装均为通孔。
图3：h桥直流电机驱动器的pcb布局
图4从顶部和底部显示了pcb板的3d视图。
图4：板顶部和底部的3d视图
我没有ir2104 4和irf3205 5（组件库）的原理图符号和pcb占用空间，因此我使用了samacsys组件库，并使用samacsys altium designer插件安装了缺少的库（图5）。samacsys已为几乎所有著名的电子设计软件提供了插件（图6）。有趣的是，所有服务都是免费的，图书馆遵循ipc标准。您只需要下载并使用自己喜欢的cad插件即可。6另一个选择是从componentsearchengine.com下载库并导入它们。
图5：samacsys altium插件中的选定组件
图6：samacsys插件支持的电子设计cad软件
载流板没有完全被阻焊剂覆盖。这使您可以通过焊接或使用一些粗铜线来加强轨道。图7显示了这些部分暴露的轨道。
图7：部分暴露的高电流载pcb走线
组装和测试
图8显示了组装好的单元，图9显示了测试环境。我已将arduino uno编程为控制电机驱动器板。我还在原型板上构建了一个简单的键盘，以便能够更改速度（使用pwm）和电动机的旋转方向。
图8：组装好的h桥直流电动机驱动器
图9：直流电动机驱动器板，arduino uno和测试台
所有按钮均为低电平有效，并使用arduino的内部上拉电阻。您可以考虑以下arduino代码：
#include
int pwm_value;
字节enable_pin = 13;
字节pwm1_pin = 11;
字节pwm2_pin = 10;
字节pwm_pin = 11;
向上按钮（9，25，true，true）;
按下按钮（8，25，true，true）;
向左按钮（7，25，true，true）;
向右按钮（6，25，true，true）;
void setup（）{
pinmode（enable_pin，output）;
pinmode（pwm1_pin，输出）;
pinmode（pwm2_pin，输出）;
up.begin（）;
down.begin（）;
left.begin（）;
right.begin（）;
digitalwrite（enable_pin，low）;
pwm_value = 0;
analogwrite（pwm1_pin，pwm_value）;
analogwrite（pwm2_pin，pwm_value）;
}
无效循环（）
{
digitalwrite（enable_pin，high）;
up.read（）;
down.read（）;
left.read（）;
right.read（）;
如果（up.wasreleased（）&& pwm_value 5）
{
pwm_value-= 5;
}
如果（left.wasreleased（））
{
pwm_pin = pwm1_pin;
analogwrite（pwm2_pin，0）;
}
如果（right.wasreleased（））
{
pwm_pin = pwm2_pin;
analogwrite（pwm1_pin，0）;
}
analogwrite（pwm_pin，pwm_value）;
}
物料清单
图10显示了物料清单。
图10：h桥直流电动机驱动器的物料清单
了解Goooood®狗帝融合CDN: 类型和部署选项
Ravi Munde利用强化学习，实现了对Dino Run的控制
2021年将是DDR5的DRAM竞争，手机存储容量升级驱动移动存储器需求
阿里云盘重新上架苹果 App Sotre：1T 存储空间 + 5G 极速下载
自动驾驶行业动荡：阿里达摩院撤出，图森未来面临退市
基于功率MOSFET的H桥PWM DC电机驱动器
中国AI行业薪酬翻了一番 人才争夺仍是关键
CD4060可定时关断的交流电源适配器
什么是电子管功放?电子管功放和晶体管功放优缺点分析
IR推出 AUIRF8736M2 车用DirectFET2功率 MOSFET
高清晰度数字电视传输系统设计与实现方案
i.MXRT上提升代码执行性能的十八般武艺
消息称印度授权苹果、联想等110家公司进口笔记本电脑和平板电脑
国产工业电脑的产品优势有哪些
萌新必看：嵌入式该怎么学
大陆为自动驾驶汽车提供了人机交互整体解决方案
区块链在各大行业中的应用介绍
上海电信5G建设“上海模式”取得突破，运营商积极推进5G共建共享
光纤链路的现场测试及故障点的定位
嵌入式里通用微秒计时函数框架设计与实现