電機是重要的執行機構，可以將電能轉化為(wei) 機械能，從(cong) 而驅動被控設備的轉動或者移動，在我們(men) 的生活中應用非常廣泛。例如，應用在電動工具、電動平衡車、電動園林工具、兒(er) 童玩具中。

1-直流電機實物圖

對於(yu) 普通的直流電機，在其兩(liang) 個(ge) 電極上接上合適的直流電源後，電機就可以滿速轉動，電源反接後，電機就反向轉動。但是在實際應用中，我們(men) 需要電機工作在不同的轉速下，該如何操作呢？

1 直流電機的調速原理

我們(men) 可以做這樣的實驗，以24V直流電機為(wei) 例，在電機兩(liang) 端接上24V的直流電源，電機會(hui) 以滿速轉動，如果將24V電壓降至2/3即16V，那麽(me) 電機就會(hui) 以滿速的2/3轉速運轉。由此可知，想要調節電機的轉速，隻需要控製電機兩(liang) 端的電壓即可。

以三極管作為(wei) 驅動器件驅動小功率的電機，其電路原理圖如下圖所示。電機作為(wei) 負載接在三極管的集電極上，基極由單片機控製。

2-直流電機調速原理圖

當單片機輸出高電平時，三極管導通，使得電機得電，從(cong) 而滿速運行；當單片機輸出低電平時，三極管截止，電機兩(liang) 端沒有電壓，電機停止轉動。那如何使電機兩(liang) 端的電壓發生變化，進而控製電機的轉速呢？

隻要單片機輸出占空比可調的方波，即PWM信號即可控製電機兩(liang) 端的電壓發生變化，從(cong) 而實現電機轉速的控製。

2 PWM信號調速的原理

所謂PWM，就是脈衝(chong) 寬度調製技術，其具有兩(liang) 個(ge) 很重要的參數：頻率和占空比。頻率，就是周期的倒數；占空比，就是高電平在一個(ge) 周期內(nei) 所占的比例。PWM方波的示意圖如下圖所示。

3-PWM的基本參數

在上圖中，頻率F的值為(wei) 1/(T1+T2)，占空比D的值為(wei) T1/(T1+T2)。通過改變單位時間內(nei) 脈衝(chong) 的個(ge) 數可以實現調頻；通過改變占空比可以實現調壓。占空比越大，所得到的平均電壓也就越大，幅值也就越大；占空比越小，所得到的平均電壓也就越小，幅值也就越小。動圖演示如圖4所示。

4-PWM調壓演示

通過以上原理就可以知道，隻要改變PWM信號的占空比，就可以改變直流電機兩(liang) 端的平均電壓，從(cong) 而實現直流電機的調速。

前文說過，改變電機兩(liang) 端的電源極性可以改變電機的轉速，那麽(me) 電路如何實現電機的正反轉調速呢？這需要通過H橋電路來實現。H橋的電路原理如下圖所示。

5-H橋驅動電機電路

H橋電路由四個(ge) 功率電子開關(guan) 構成，可以是晶體(ti) 管也可以是MOS管。電子開關(guan) 兩(liang) 兩(liang) 構成橋臂，在同一時刻隻要對角的兩(liang) 個(ge) 電子開關(guan) 導通，另外兩(liang) 個(ge) 截止，且每個(ge) 橋臂的上下管不能同時導通。通過這個(ge) 電路就可以實現電機的正反轉調速。

3 PWM如何實現電機的正轉調速

要實現電機的正轉隻需要做如下設置即可：

A控製端 ：高電平，控製三極管Q4導通；

B控製端 ：高電平，控製三極管Q3截止；

C控製端 ：低電平，控製三極管Q1導通；

D控製端 ：低電平，控製三極管Q2截止；

通過以上操作，即實現三極管Q2和Q3截止，三極管Q1和Q4導通，電流的流向如下：

VCC→Q1→電機→Q4→GND，實現了電機的正轉。

6-H橋驅動電機正轉調速電路

在這種情況下要實現電機轉速的調節，隻需要給Q4的基極加載PWM信號即可。

4 PWM如何實現電機的反轉調速

要實現電機的反轉隻需要做如下設置即可：

A控製端 ：低電平，控製三極管Q4截止；

B控製端 ：低電平，控製三極管Q3導通；

C控製端 ：高電平，控製三極管Q1截止；

D控製端 ：高電平，控製三極管Q2導通；

通過以上操作，即實現三極管Q1和Q4截止，三極管Q2和Q3導通，電流的流向如下：

VCC→Q3→電機→Q2→GND，實現了電機的反轉。

7-H橋驅動電機反轉調速電路

在這種情況下要實現電機轉速的調節，隻需要給Q2的基極加載PWM信號即可。

5 電機專用驅動IC和分離元器件電路的對比

目前有很多電機專(zhuan) 用驅動IC，體(ti) 積小、控製簡單，比用分離元器件所搭建的電路占有更大的優(you) 勢。

專(zhuan) 用IC優(you) 勢之一：死區控製更容易

使用分離元器件時，必須要嚴(yan) 格控製死區時間，也就是絕對不能讓每個(ge) 橋臂上的電子開關(guan) 同時導通，這樣容易導致電源短路，電流過大把兩(liang) 個(ge) 電子開關(guan) 燒壞。而專(zhuan) 用的驅動IC都有死區控製，比分離元器件電路更安全。

8-電機專(zhuan) 用驅動IC

專(zhuan) 用IC優(you) 勢之二：器件體(ti) 積更小

分離元器件所搭建的驅動電路，所使用的元器件數目較多，體(ti) 積較大。而專(zhuan) 用驅動IC隻需要一顆芯片即可，大大減小了體(ti) 積、節省了PCB空間，使電路調試更容易。