首先，驱动电动机似乎是一项容易的任务–只需将电动机挂在适当的电压轨上，电动机就会开始旋转。但这并不是驱动电动机的理想方法，尤其是在电路中还涉及其他组件时。在这里，我们将讨论驱动直流电动机的最常用和最有效的方法之一-H桥电路。
电机驱动
在爱好者圈子中，针对低功率应用可能会遇到的最常见的电动机类型是以下所示的3V DC电动机。这种电机针对两个1.5V电池的低压运行进行了优化。
而且运行起来就像将它连接到两个电池一样简单-电动机会立即启动并在连接电池后运行。尽管这种设置非常适合诸如微型风车或风扇之类的“静态”应用，但对于诸如机器人之类的“动态”应用而言，则需要更高的精度-以变速和转矩控制的形式。
显然，降低电动机两端的电压会降低速度，并且电池电量耗尽会导致电动机变慢，但是如果电动机是由一个或多个设备的公用导轨供电的，则需要适当的驱动电路。
甚至可以采用可变线性稳压器（如LM317）的形式–可以改变电动机两端的电压以增加或降低速度。如果需要更多电流，可以用几个双极晶体管谨慎地构建该电路。这种设置的最大缺点是效率–就像任何其他负载一样，晶体管会耗散所有不必要的功率。
在对这个问题的解决方法是一个被称为PWM或脉冲宽度调制方法。此处，电机由占空比可调的方波驱动（导通时间与信号周期之比）。输送的总功率与占空比成正比。换句话说，电动机仅在一小段时间内被供电–因此，随着时间的流逝，电动机的平均功率较低。占空比为0％时，电动机关闭（无电流流动）；占空比为50％时，电动机以一半功率运行（电流消耗的一半），而100％代表最大功率时的满功率运行。
这是通过连接电动机高端并用N沟道MOSFET驱动来实现的，该N沟道MOSFET由PWM信号再次驱动。
这具有一些有趣的含义–可以使用低占空比的12V电源驱动3V电动机，因为电动机只能看到平均电压。经过精心设计，这消除了对单独电动机电源的需求。
如果需要反转电动机方向怎么办？通常，这可以通过切换电动机端子来完成，但是可以通过电气方式完成。
一种选择是使用另一只FET和一个负电源来切换方向。这要求电动机的一个端子永久接地，而另一端子则连接到正电源或负电源。此处，MOSFET的作用类似于SPDT开关。
但是，存在更优雅的解决方案。
H桥电机驱动器电路
该电路称为H桥，因为MOSFET形成两个垂直冲程，而电动机形成字母“ H”的水平冲程。它是解决所有电机驱动问题的简单而优雅的解决方案。的方向可以容易地改变，并且该速度可以被控制。
在H桥配置中，仅激活对角相对的MOSFET对以控制方向，如下图所示：
当激活一对（对角相对）的MOSFET时，电机看到电流沿一个方向流动，而当另一对激活时，通过电机的电流则反向。
MOSFET可以保持全功率开启状态，也可以通过PWM进行功率调节，也可以关断以使电动机停止工作。激活底部和顶部MOSFET（但不要同时激活）会制动电动机。
实现H-Bridge的另一种方法是使用555定时器，我们在上一教程中已经讨论过。
所需组件
对于H桥- 直流马达
- 2个IRF3205 N沟道MOSFET或同等产品
- 2个IRF5210 P沟道MOSFET或同等产品
- 2个10K电阻器（下拉）
- 2个100uF电解电容器（去耦）
- 2个100nF陶瓷电容器（去耦）
用于控制电路
- 1个555计时器（任何变体，最好是CMOS）
- 1个TC4427或任何适当的栅极驱动器
- 2个1N4148或任何其他信号/超快二极管
- 1个10K电位器（定时）
- 1个1K电阻器（时序）
- 4.7nF电容器（定时）
- 4.7uF电容器（去耦）
- 100nF陶瓷电容器（去耦）
- 10uF电解电容器（去耦）
- SPDT开关
简单的H桥电路原理图
现在我们已经摆脱了理论障碍，现在该弄脏我们的手并构建H桥电机驱动器了。该电路具有足够的功率，可以通过适当的构造和散热来驱动高达20A和40V的中型电动机。一些功能已得到简化，例如使用SPDT开关控制方向。
此外，为简化起见，高端MOSFET为P沟道。通过适当的驱动电路（带有自举电路），也可以使用N沟道MOSFET。
下面给出了使用MOSFET的H桥的完整电路图：
工作说明
1. 555计时器
计时器是一个简单的555电路，其占空比约为10％至90％。频率由R1，R2和C2设置。优选使用高频来减少可听见的抱怨声，但这也意味着需要更强大的栅极驱动器。占空比由电位计R2控制。在此处了解有关在非稳定模式下使用555定时器的更多信息。
该电路可以由Arduino等其他任何PWM源代替。
2.门极驱动器
栅极驱动器是标准的两通道TC4427，每通道具有1.5A的灌电流/灌电流。此处，两个通道都已并联以提供更多的驱动电流。同样，如果频率更高，则栅极驱动器需要更强大。
SPDT开关用于选择控制方向的H桥腿。
3. H桥
这是控制电动机的电路的工作部分。MOSFET栅极通常被下拉电阻拉低。这导致两个P沟道MOSFET都导通，但这不是问题，因为没有电流可以流过。当PWM信号施加到一条支路的栅极时，N和P沟道MOSFET交替导通和截止，从而控制功率。
H桥电路构造技巧
该电路的最大优点是它可以缩放以驱动各种尺寸的电动机，而不仅是电动机-其他任何需要双向电流信号的电动机，例如正弦波逆变器。
即使在低功率下使用该电路时，也必须进行适当的局部去耦，除非您希望电路出现毛刺。
另外，如果在更永久的平台（例如PCB）上构建该电路，则建议使用较大的接地层，以使低电流部分远离高电流路径。
因此，这种简单的H桥电路是解决许多电动机驱动问题的解决方案，例如双向，电源管理和效率。