原创 基础知识：了解电机驱动IC的使用方法

本系列连载将介绍电力电子相关的基础知识和各种小知识。本系列涉及到的内容很广泛，涵盖从基础知识到应用部分的丰富内容，希望能够帮到那些“至今不好意思问别人，但又拿不准自己是否已经理解了”的人。

在要开始电子制作时，有些人可能会想尝试制作一些电动的作品，比如“想试着制作一个机器人”或“想尝试制作一个可以动的装置”。这些作品中，多会用到电机，通过齿轮减缓电机的转速使车轮转动或使连杆机构动起来，可以实现丰富的运动。

在电子小知识系列的第2篇中，将为您介绍用来驱动电机的“电机驱动器”。这次，我们将以“通过Arduino控制电机”为目标，来了解电机驱动器IC的使用方法。

 

目次

1. 什么是电机驱动器
2. 通过H桥电路控制电机的正反转
3. 什么是电机驱动器IC
4. 查看技术规格书
5. 尝试使用电机驱动器IC
6. 尝试用开关控制电机驱动器IC
7. 尝试用Arduino控制电机驱动器IC
8. 总结

 

1. 什么是电机驱动器？

顾名思义，“电机驱动器”是用来驱动电机的。如果只是将干电池与电机相连接，电机只会根据干电池的电压全速向一个方向旋转，而如果能恰当地使用电机驱动器，则可以根据需求灵活控制电机，比如可以让它正转、反转，还可以设置为自己想要的转速。

 

2. 通过H桥电路控制电机的正反转

首先我们来了解一下电机的正反转机制及其原理。

使电机仅正向旋转的电路配置如图2.1所示。

图2.1 电机正转电路

 

在该电路中，要使电机反转，您必须手动重新将电池和电机反向接线。当然，考虑到需要将电机安装在机器人或设备中时，这种手动接线的麻烦事是不现实的。

对此，有一种称为“H桥”式的电路配置方法，可以实现电机的正转和反转。如图2.2所示，H桥是通过在VCC和GND方向上将共四个开关连接到电机的两个引脚构建而成的。

图2.2 H桥的基本结构

 

使电机正转时，如图2.3所示，只有左上和右下的开关ON；使电机反转时，只有右上和左下开关ON，这样通过开关的ON/OFF组合，就可以简单地实现电机的正转和反转。另外，需要注意的是，使左侧的两个开关同时（或右侧的两个开关同时）ON时，会使VCC和GND短路，所以在开关组合时要留心。

图2.3 通过H桥控制电机的正反转

 

3. 什么是电机驱动器IC？

“电机驱动器IC”是在MOS晶体管中集成了构成电机驱动电路所需的H桥、控制电路及保护电路等的IC。在创建支持几十安培级的大电流电机驱动器时，可以通过将分立元器件组合在一起来构建电路，如果只是几安培级的电机驱动器，那么使用电机驱动器 IC将可以实现电路的小型化和基于保护电路的过流保护。

这次，我们将使用电机驱动器IC“BD6231F”来控制普通模型用的直流电机。

图3.1 电机驱动器IC“BD6231F”

 

4. 查看技术规格书

首先，将开关与电机驱动器连接，并尝试使电机正转和反转。接下来，我们将在电机驱动器IC“BD6231F”周围连接电子元器件和布线，关于电源电压和连接方法，我们可以一边参考电机驱动器IC的技术规格书一边探讨。可以通过在网上搜索产品型号，或参考产品销售页面上介绍的技术规格书。

图4.1 技术规格书摘录

 

[产品页面] H桥驱动器36V耐压 – BD6231F

有关我们要使用的电机驱动器IC“BD6231F”的信息，通过查看技术规格书中写有“BD6231F”的部分即可。在其他部分列出了同系列的不同型号，因此查看时需要注意型号无误。

“BD6231F”是采用了SOP8封装（8引脚1.27mm间距表面贴装IC）的产品。图4.2是从技术规格书中摘取出来的框图、引脚排列图和引脚说明。在引脚说明中，您可以看到每个引脚的作用。

图4.2 BD6231F的框图、引脚排列图和引脚说明

 

如图4.3所示，推荐的电源电压范围是6V～32V，所以这次我们将6V连接至电源（VCC和GND）。

图4.3 BD6231F的推荐电压

 

另外，BD6231F存在“工作模式”，工作模式因输入至电机驱动器的控制输入引脚（FIN、RIN、VREF）的信号种类而异。

图4.4 工作模式

 

5. 尝试使用电机驱动器IC

由于本次使用的IC是间距为1.27mm的表面贴装型封装，因此无法将其直接插入面包板中使用。那么首先需要将IC和排针焊接到DIP转接板上。

图5.1 安装在DIP转接板上的器件

 

【所用器件】

• 全桥驱动器IC BD6231F-E2
• SOP8(1.27mm)DIP转接板镀金(9片装)
• 细排针 1×40（黑）

在电路板上安装IC时，需要注意IC的方向和引脚编号。此次使用的DIP转接板上用丝网印刷（白字）的方式印制了引脚编号，这些引脚号按照图5.2所示的含义进行匹配。

 

图5.2 IC引脚编号的含义

 

我对焊接过程进行了定点拍摄，如果您是第一次尝试焊接表面贴装型器件，可以参考我拍摄的视频。

 

焊接完成后，成为图5.3中的照片所示的样子。

图5.3 安装在DIP转接板上的IC和排针

 

6. 尝试用开关控制电机驱动器IC

首先，我们用开关启动电机驱动器IC，尝试使电机正转和反转。应该是按下SW1使电机正转，按下SW2使电机反转。为了降低电机的再生电流引起的噪声，C1使用了多层陶瓷电容器（0.1μF），C2使用电解电容器（100μF）。

图6.1 BD6231外围电路（通过开关进行控制）

 

在该电路中，VREF引脚是与VCC连接的，FIN和RIN为ON或OFF（H或L）输入，因此工作模式是Mode (b)的正转模式或Mode (c)的反转模式。

图6.2 正转模式和反转模式

 

下面，我们来尝试一下让电机正转和反转。

 

这样，我们通过开关对电机驱动器IC进行控制输入，使电机成功地实现了正转和反转。

 

7. 尝试用Arduino控制电机驱动器IC

现在，我们尝试用Arduino来控制电机驱动器IC。前面我们通过开关实现了对电机驱动器的控制输入，只要将这个开关替换为Arduino端口就可以了。另外，Arduino由USB数据线供电。

图7.1 BD6231外围电路（通过Arduino进行控制）

 

由于VREF与VCC相连接，输入至FIN和RIN的信号是PWM信号或L信号，因此该电路的工作模式Mode (e)和(f)的PWM控制模式A。

图7.2 PWM控制模式A

 

我创建的Arduino程序如下（test_BD6231.ino）。我使用analogWrite函数使引脚10和引脚11输出PWM信号，使引脚10输出正转时的PWM信号，使引脚11输出反转时的PWM信号。

最终，这个程序将执行“最大输出为30%、缓慢改变电机的正反转速度”的工作。

 

当我们尝试用这个程序来运行电机时，您是否注意到，电机的加速度比使用开关进行正反转时更加缓慢，最大转速也变慢了？

 

通过使用电机驱动器IC，将可以使用Arduino这样的微控制器来控制电机，因此，能够比用手按开关更精细地控制电机的转速。
利用这种应用可以实现各种工作模式，比如当传感器反应时自动启动设备，或者使电机根据操纵杆的倾斜度执行不同转速的旋转。由电机驱动的装置和机器人，其工作模式是通过这些机制相组合而创建的，因此您可以根据自己的想法创建出各种有趣的作品！

 

8. 总结

此次我们了解了电机驱动器基础——H桥的相关知识，并实际使用电机驱动器IC来让电机旋转。电机驱动器IC不仅可以让电机旋转，还内置有可以防止过电流和过热的保护电路，因此能够安全地控制电机。在电子制作过程中，涉及到电机控制时，经常会发生由于电机过载而导致的过电流和过热等问题，所以，让我们使用内置保护功能的电机驱动器IC享受安全的电子制作吧！

来源：techclass.rohm