使用功率MOSFET的H桥PWM直流电机驱动器
h 桥（全桥）驱动器在驱动有刷直流电机等负载中非常流行，广泛用于机器人和工业。使用 h 桥驱动器的主要优点是效率高、旋转方向改变和制动电机。在这篇文章/视频中，我介绍了一个完整的 h 桥直流电机驱动器，它使用四个 ir3205 功率 mosfet 和两个 ir2104 mosfet 驱动器。理论上，上述 mosfet 可以处理高达 80 a 的电流；然而，在实践中，如果 mosfet 温度保持尽可能低，使用大散热器甚至风扇，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桥直流电机驱动器的原理图。很明显，电路的核心是两个 ir2104 mosfet 驱动芯片。
图 1：h 桥直流电机驱动器示意图
我选择了 4 ir3205 1进行切换。该 mosfet 提供了对该应用至关重要的良好特性，非常低的 r ds(on)电阻和高电流处理能力。根据 irf3205 数据表：“international rectifier 的先进 hexfet 功率 mosfet 采用先进的处理技术来实现每硅面积极低的导通电阻。这一优势与 hexfet 功率 mosfet 众所周知的快速开关速度和坚固的器件设计相结合，为设计人员提供了一种极其高效和可靠的器件，可用于各种应用。to-220 封装是所有商业工业应用的普遍首选，功耗水平约为 50 w。to-220 的低热阻和低封装成本有助于其在整个行业中的广泛接受。
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，具有相关的高侧和低侧参考输出通道。专有的 hvic 和锁存免疫 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，专为最小化驱动器交叉传导而设计。浮动通道可用于驱动高端配置中的 n 通道功率 mosfet 或 igbt，其工作电压范围为 10 至 600 v。”
ir2104 的好消息是该芯片兼容 3.3-v 和 5-v 逻辑电平。图 2显示了芯片的基本接线图。很明显，芯片和负载（电机）的电源不需要相同；然而，这两种电源有一个共同点。
图2：ir2104 mosfet驱动芯片接线图
c1、c3、c4、c5、c6、c7 和 c9 已用于降低噪声。r1 和 d2、r2 和 d3、r3 和 d8 以及 r4 和 d9 已用于抑制在 mosfet 开/关时可能由电感器和电容器引入的振铃和寄生效应。不要忘记 mosfet 在其栅极引脚上引入了一个电容。1n4148 二极管对栅极电容放电。
d4、d5、d6 和 d7 3用于抑制直流电机的反向电流尖峰。内部反向肖特基二极管已嵌入 mosfet；然而，使用这些外部肖特基二极管也可以降低内部二极管的应力。根据数据表和应用要求选择 c2、c8、d1 和 d10。
p1 是一个五针 xh 连接器，用于将芯片的电源和控制信号施加到板上。k1 是一个 kf45 电源连接器，用于将电机和电机的电源线连接到板上。
pcb 布局
图 3显示了 h 桥直流电机驱动器的 pcb 布局。它是两层pcb板，所有元件封装都是通孔的。
图 3：h 桥直流电机驱动器的 pcb 布局
图 4显示了 pcb 板从顶部和底部的 3d 视图。
图 4：电路板顶部和底部的 3d 视图
我没有 ir2104 4和 irf3205 5（组件库）的原理图符号和 pcb 封装，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 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您喜欢的 cad 插件。6另一种选择是从 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
阻焊层没有完全覆盖高载流轨道。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迹。
图 7：部分裸露的高载流 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。我已经对 arduino uno 进行了编程来控制电机驱动板。我还在原型板上构建了一个简单的键盘，以便能够改变电机的速度（使用 pwm）和旋转方向。
图 8：组装好的 h 桥直流电机驱动器
图 9：直流电机驱动板、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。您可以考虑下面的 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；
按钮 up(9, 25, true, true);
button down(8, 25, true, true);
左按钮（7、25、true、true）；
按钮右（6、25、真、真）；
无效设置（）{
pinmode（enable_pin，输出）；
pinmode（pwm1_pin，输出）；
pinmode（pwm2_pin，输出）；
up.开始（）；
down.begin();
left.begin();
对。开始（）；
digitalwrite（enable_pin，低）；
pwm_value = 0；
模拟写入（pwm1_pin，pwm_value）；
模拟写入（pwm2_pin，pwm_value）；
}
无效循环（）
{
digitalwrite(enable_pin, high);
up.read();
down.read();
left.read();
对.read();
if (up.wasreleased() && pwm_value 5)
{
pwm_value -=5；
}
if (left.wasreleased())
{
pwm_pin = pwm1_pin；
模拟写入（pwm2_pin，0）；
}
if (right.wasreleased())
{
pwm_pin = pwm2_pin；
模拟写入（pwm1_pin，0）；
}
模拟写入（pwm_pin，pwm_value）；
}
材料清单
图 10显示了材料清单。
图 10：h 桥直流电机驱动器的材料清单
深圳光博会开幕 TrackIR热成像夜视仪国内首次亮相
全球AI雇主Top20：每年人才花费6.5亿美元
快捷半导体电路保护产品有助简化系统设计
三星公司Fab13/Fab14内存/闪存芯片工厂再遭断电事故
数字隔离器为何采用隔离式DC-DC转换器
使用功率MOSFET的H桥PWM直流电机驱动器
大模型的禾下乘凉梦，百度自己来做试验田
研究团队设计出像大白一样的拥抱机器人
化肥检测仪的仪器特点是怎样的
不输iPhone8，最值得期待的几款国产旗舰机！
变频器过电压产生的原因及解决方法
一款搭载Ryzen 7 5700U处理器的宏碁笔记本已经提前现身
曝字节跳动旗下PICO近半员工离职 但字节跳动表示会长期投入XR
魅族Note9评测 千元唯二选择Note系列完美重生之作
令人难以置信！BodyCom新发明可让人体触摸解锁
2023年国产处理器厂商调研与市场分析报告
马斯克脑机融合系统Neuralink的最新进展
PCB板中元器件的布局注意事项
如何破解室内污染？海信舒适家空净一体空调有妙招
讯维高清混合矩阵的常见问题
电路分析
图1显示了h桥直流电机驱动器的原理图。很明显，电路的核心是两个 ir2104 mosfet 驱动芯片。
图 1：h 桥直流电机驱动器示意图
我选择了 4 ir3205 1进行切换。该 mosfet 提供了对该应用至关重要的良好特性，非常低的 r ds(on)电阻和高电流处理能力。根据 irf3205 数据表：“international rectifier 的先进 hexfet 功率 mosfet 采用先进的处理技术来实现每硅面积极低的导通电阻。这一优势与 hexfet 功率 mosfet 众所周知的快速开关速度和坚固的器件设计相结合，为设计人员提供了一种极其高效和可靠的器件，可用于各种应用。to-220 封装是所有商业工业应用的普遍首选，功耗水平约为 50 w。to-220 的低热阻和低封装成本有助于其在整个行业中的广泛接受。
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，具有相关的高侧和低侧参考输出通道。专有的 hvic 和锁存免疫 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，专为最小化驱动器交叉传导而设计。浮动通道可用于驱动高端配置中的 n 通道功率 mosfet 或 igbt，其工作电压范围为 10 至 600 v。”
ir2104 的好消息是该芯片兼容 3.3-v 和 5-v 逻辑电平。图 2显示了芯片的基本接线图。很明显，芯片和负载（电机）的电源不需要相同；然而，这两种电源有一个共同点。
图2：ir2104 mosfet驱动芯片接线图
c1、c3、c4、c5、c6、c7 和 c9 已用于降低噪声。r1 和 d2、r2 和 d3、r3 和 d8 以及 r4 和 d9 已用于抑制在 mosfet 开/关时可能由电感器和电容器引入的振铃和寄生效应。不要忘记 mosfet 在其栅极引脚上引入了一个电容。1n4148 二极管对栅极电容放电。
d4、d5、d6 和 d7 3用于抑制直流电机的反向电流尖峰。内部反向肖特基二极管已嵌入 mosfet；然而，使用这些外部肖特基二极管也可以降低内部二极管的应力。根据数据表和应用要求选择 c2、c8、d1 和 d10。
p1 是一个五针 xh 连接器，用于将芯片的电源和控制信号施加到板上。k1 是一个 kf45 电源连接器，用于将电机和电机的电源线连接到板上。
pcb 布局
图 3显示了 h 桥直流电机驱动器的 pcb 布局。它是两层pcb板，所有元件封装都是通孔的。
图 3：h 桥直流电机驱动器的 pcb 布局
图 4显示了 pcb 板从顶部和底部的 3d 视图。
图 4：电路板顶部和底部的 3d 视图
我没有 ir2104 4和 irf3205 5（组件库）的原理图符号和 pcb 封装，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 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您喜欢的 cad 插件。6另一种选择是从 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
阻焊层没有完全覆盖高载流轨道。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迹。
图 7：部分裸露的高载流 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。我已经对 arduino uno 进行了编程来控制电机驱动板。我还在原型板上构建了一个简单的键盘，以便能够改变电机的速度（使用 pwm）和旋转方向。
图 8：组装好的 h 桥直流电机驱动器
图 9：直流电机驱动板、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。您可以考虑下面的 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；
按钮 up(9, 25, true, true);
button down(8, 25, true, true);
左按钮（7、25、true、true）；
按钮右（6、25、真、真）；
无效设置（）{
pinmode（enable_pin，输出）；
pinmode（pwm1_pin，输出）；
pinmode（pwm2_pin，输出）；
up.开始（）；
down.begin();
left.begin();
对。开始（）；
digitalwrite（enable_pin，低）；
pwm_value = 0；
模拟写入（pwm1_pin，pwm_value）；
模拟写入（pwm2_pin，pwm_value）；
}
无效循环（）
{
digitalwrite(enable_pin, high);
up.read();
down.read();
left.read();
对.read();
if (up.wasreleased() && pwm_value 5)
{
pwm_value -=5；
}
if (left.wasreleased())
{
pwm_pin = pwm1_pin；
模拟写入（pwm2_pin，0）；
}
if (right.wasreleased())
{
pwm_pin = pwm2_pin；
模拟写入（pwm1_pin，0）；
}
模拟写入（pwm_pin，pwm_value）；
}
材料清单
图 10显示了材料清单。
图 10：h 桥直流电机驱动器的材料清单
深圳光博会开幕 TrackIR热成像夜视仪国内首次亮相
全球AI雇主Top20：每年人才花费6.5亿美元
快捷半导体电路保护产品有助简化系统设计
三星公司Fab13/Fab14内存/闪存芯片工厂再遭断电事故
数字隔离器为何采用隔离式DC-DC转换器
使用功率MOSFET的H桥PWM直流电机驱动器
大模型的禾下乘凉梦，百度自己来做试验田
研究团队设计出像大白一样的拥抱机器人
化肥检测仪的仪器特点是怎样的
不输iPhone8，最值得期待的几款国产旗舰机！
变频器过电压产生的原因及解决方法
一款搭载Ryzen 7 5700U处理器的宏碁笔记本已经提前现身
曝字节跳动旗下PICO近半员工离职 但字节跳动表示会长期投入XR
魅族Note9评测 千元唯二选择Note系列完美重生之作
令人难以置信！BodyCom新发明可让人体触摸解锁
2023年国产处理器厂商调研与市场分析报告
马斯克脑机融合系统Neuralink的最新进展
PCB板中元器件的布局注意事项
如何破解室内污染？海信舒适家空净一体空调有妙招
讯维高清混合矩阵的常见问题