BTL(Bridged Transformer Less,也有其他一些解释)放大器最初是将立体声放大器的两个输出连接到扬声器,用正相驱动一个输出,用反相驱动另一个输出,以作为单声道放大器使用的方法。本文中要介绍的是将其应用于有刷直流电机驱动后的方法。使用了BTL放大器的驱动分为电压驱动和电流驱动两种。先来看电压驱动。

线性电压驱动

下图是以线性电压驱动有刷直流电机的BLT放大器电路图。
MT1-15_f1.gif
该电路通过控制施加在两个输入(IN1、IN2)上的直流电压,来控制施加在电机上的直流电压(OUT1、OUT2)和电流的方向。该示例电路包括输入级放大器和与其连接的两个输出级功率放大器。电机连接在两个输出之间,如图所示。
下面解释一下该电路的工作。由输出M0、输入IN1和IN2组成的输入级放大器是简单的差分放大器。因此,如下所示,M0是通过将施加到IN1和IN2的电压之间的差乘以取决于R2/R1的增益并加上Vref而得到的电压。
 VM0=(R2/R1)×(VIN2-VIN1)+Vref
来看输出级功率放大器的输入M0(=输入级放大器的输出)与各输出(OUT1和OUT2)之间的关系。由于与输入级放大器一样由差分放大器组成,因此它们的关系如下。由于OUT1放大器在反相输入端接收M0,而OUT2放大器在同相输入端接收M0,因此输入电压差的项是不同的。
 VOUT1=(R4/R3)×(Vref-VM0)+VM/2
 VOUT2=(R4/R3)×(VM0-Vref)+VM/2
将求出VM0的第一个公式代入这些公式中,整理后如下:
 VOUT1=(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN1-VIN2)+VM/2
 VOUT2=(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN2-VIN1)+VM/2
因此,OUT1与OUT2之间的电压差如下:
 VOUT1-VOUT2=2×(R4/R3)×(R2/R1)×(VIN1-VIN2)
上面的公式表示,当IN1的电压高于IN2的电压时,由于OUT2低于OUT1,因此电流从OUT1流向OUT2,反之,电流则从OUT2流向OUT1。施加到电机上的电压是将IN1和IN2之间的电压差乘以电压增益2×(R4/R3)×(R2/R1)所得的值。这样,就可以控制电机的正转和反转了。
如果使IN1和IN2具有相同的电压,则OUT1和OUT2的电压也会相同(=VM/2),因此可以将它们置于短路制动状态。但是,如果放大器存在失调情况,则输出电压差不会完全为零,因此可能需要进行调整。
该电路无法处于开路状态。要想创建开路状态,需要另行配置电路。

线性电流驱动

下图是以线性电流驱动有刷直流电机的BLT放大器电路示例。
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在电机和输出OUT1之间插入了用来检测电流的电阻Rs,流经电机的电流被检测为电压,并被负反馈到输入级放大器。输入级反相放大器根据该反馈对两个输出级功率放大器的输出电压进行反馈控制。输出级放大器是差分放大器,OUT1放大器使用反相输入端接收输入级放大器的输出M0,而OUT2放大器使用同相输入端接收,因此OUT2变成与OUT1相反的相位。总体而言,可以将其视为单端输入差分输出(正相/反相)放大器。
下面介绍输入电压和输出电流之间的关系。输出电流(电机驱动电流)作为检测并放大电流检测电阻Rs两端的电压差(电压降的量)的差分放大器的输出Vso,被反馈到输入级反相放大器的反相引脚。Vso通过下列公式计算。从Rs的连接情况可以看出,Vso成为相对于电流方向的反相电压。
Vso=-Rs・Io・(R6/R5)+Vref
假设施加到输入引脚IN1的电压是VIN1,并且输入级反相放大器的增益是无限大的,则反相输入引脚的电压将是Vref。
基于反相放大器的工作原理,将输入级反相放大器的反相输入引脚的电流总和控制为0A。也就是说,变成下面的公式:
MT1-16_f2.gif  将该公式变形后,变为  MT1-16_f3.gif  ,
由于Rs(R6/R5)是固定值,因此可以通过调节VIN1将输出电流Io设置为所需值。
电流驱动在小于设置电流时会以最大电压驱动电机,因此具有达到设置电流的时间短、电机的反应速度快的特点。另外,本文的有刷直流电机驱动是以线性驱动为例进行介绍的,但也可以通过PWM输出来检测电流,并通过负反馈控制来实现电流驱动。

来源:techclass.rohm