直流电机驱动H桥直流电机驱动(H桥)原理研究与设计学生姓名王俊岭周磊周雪瑞秦淦阿不都.沙拉木指导教师杨焱青系（部）创新实验室论文写作日期 2011 年 12 月 20 日第1章序论1.1课题研究的目的1.2本课题研究的意义1.3方案论证第2章基本原理2.1声光节能灯基本原理2.2555电路基本原理2.3声控电路基本原理2.4光控电路基本原理第3章电路设计与分析3.1电源电路3.2声电转换机放大电路3.3延时处理电路单稳态电路3.4光控电路第4章故障分析第5章心得体会第6章致谢第一章序论1.1 课题研究的目的随着社会不断进步，科技发展，声光双控节电灯逐步走进社会各个公共角落，声光双控节电灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。

用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。

在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，它解决了“长明灯”浪费电能的问题，延长灯泡的使用寿命，安全性好，可靠性高。

该装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强，降低能耗、节约能源的目的。

1.2课题研究的意义通过本课题的研究，加强了自己的动手能力，增强了团队意识，巩固了对所学知识的认知。

通过本次试验我们设计了一种简易的直流电机驱动H桥转动的，不仅使自己学习到了知识，而且也为社会做出了贡献。

1.3 方案论证方案1主要包含四部分电路,分别为;电源电路,光控电路,声控延时电路,晶体管开并电路,.电源电路主要由微控制电路提供工作电压,本设计采用传统的电源电路设计方法,即降压,整流,滤波,稳压,使电路输出电压6V直流电压供给控制电路.光控制电路是根据光线强弱来优先决定电灯的亮灭,该电路可以对声控延时电路进行控制,在白天光线强时,光控制电路输出低电平将声控电路封锁;在晚上光线较弱时,光控制电路输出高电平,声控功能打开.本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制555定时器的触发器输入端2脚,并将555定时器的2脚和6脚连接在一起,通过电容接地,555定时器的输出去控制电路中的定时器的复位端.声控延时电路,该电路主要在光线较弱时起作用.这主要是通过光控电路的输出来控制的.在晚上,光控电路将该电路的功能打开,使用该电路能根据外界声音信号做出相应的响应.经放大处理后的声音信号控制处于单稳工作模式的555定时器来实现声控延时功能.晶体管开关电路,该电路受声控电路555定时器输出端的的控制.当其输出高电平时,晶体管导通,照明灯点亮.方案2 电路由交流供电电路,放大电路,单稳态电路三部分组成.交流供电电路由继电器和三极管9015,电阻等元器件组成.放大电路由电阻,压电陶瓷片,三极管9014等元器件组成.由R1和R2的大小比例控制放大倍数,从而得出输出信号.单稳态电路由有电容和电阻R,三极管9014等元器件组成,Q2和Q3直接耦合,R3和R4,R5分别控制Q2和Q3的极电路和基极电压使此电路形成一个正反馈回路.(二极管保护的作用)方案选择由于方案1电路设计过于复杂,需要两个555计时器,并且需要变压器实现低电压来执行各个电路,所需要的元器件多,不易实现,可行性较差.而方案2设计简单,易实现,所需元器件少,可行性好.故而选择2号方案.第二章基本原理一、H桥驱动电路图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。

电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。

4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。

如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。

要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。

根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

图4.12 H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。

例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。

按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。

当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。

图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。

当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。

图4.14 H桥驱动电机逆时针转动二、使能控制和方向逻辑驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。

如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。

此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。

基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。

图4.155 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。

4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。

而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。

（与本节前面的示意图一样，图4.15所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。

）图4.15 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。

如果DIR－L信号为0，DIR－R信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机（如图4.16所示）；如果DIR－L信号变为1，而DIR－R信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。

图4.16 使能信号与方向信号的使用实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。

比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

附两张分立元件的H桥驱动电路：第三章电路设计分析该电路由电源电路、声电转换及放大电路、单稳态延时电路和光控电路组成。

为了确保用电安全，220V交流市首先经过1：1 隔离变压器，隔离变压器的初、次绕组级之间没有电的联系，次级任一线与大地之间没有电位差，所以人接触任一线不会触电。

但如果同时接触两线也会触电。

电路总体框架：3.1 电源电路电源电路由C1、Rl、VD、VS及C2组成。

交流市电经C1电容降压，VD整流，VS稳压，再由C2滤波后供给整个电路工作。

电路采用电容降压，与使用变压器相比，不但缩小了体积，杜绝了噪声，而且也减小了电路能耗。

3.4 声控电路在选择器材的时候我们经过研究比较最终选用了HTD烟点陶瓷片作为声电转换器材。

压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低，耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。

适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压力和振动，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发出声音。

如果不断对压电陶瓷片施加压力它还会产生电压和电流。

压点陶瓷片有两种检测方法，第一种方法是将万用表的量程开关拨到直流电压2.5V挡，左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面，右手持万用表的表笔，红表笔接金属片，黑表笔横放陶瓷表面上，然后左手稍用力压一下，随后又松一下，这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号，使万用表的指针先向右摆，接着回零，随后向左摆一下，摆幅约为0.1一0.15V，摆幅越大，说明灵敏度越高。

若万用表指针静止不动，说明内部漏电或破损。

切记不可用湿手捏压电片，测试时万用表不可用交流电压挡，否则观察不到指针摆动，且测试之前最好用R×l0k挡，测其绝缘电阻应为无穷大。

第二种方法是用R×10k挡测两极电阻，正常时应为∞,然后轻轻敲击陶瓷片，指针应略微摆动。

根据换能器的功能压电陶瓷片大体上按照发射型,接收型,收发型来选用陶瓷,分别对应pzt8,pzt5,pzt4，参数主要包括：d33,Fr,Fp,D,Cp0。

陶瓷片的用量根据功率极限来算，一般为0.3W/kHz/cm^3，厚度要根据响应或者灵明度来选取。

我们设计的声电转换及放大电路由HTD、V1、V2等组成。

声控元件采用压电陶瓷片HTD，它对猝发声响极为敏感，作为声--电换能元件。

它将声响信号转换为相应的电信号后，通过C3耦合至V1、V2组成的直耦式双管放大器进行放大。

该放大器由R2、RPl提供偏流，调节RP1，可改变放大器的增益，用以控制声控灵敏度。

R4为直流负反馈电阻，用来稳定工作点。

C4为交流旁路电容，用以补偿放大器的交流增益，R3为放大器的输出直流负载电阻，放大后的负脉冲信号经C5去触发单稳态延时电路，达到控制负载的目的。

3.3 单稳态延时电路单稳态延时电路由555时基集成电路、R6与C6组成延时回路。

稳态时，555集成块3 输出端为低电平，当其2脚触发端得到一负脉冲触发信号时，电路即进入暂态，输出端3脚立刻翻转为高电平、触发双向晶闸管VT导通，灯泡EL发光。

此后，电源经R6向C6充电，当C6端电位升至约2/3VCC电路又自动回复到初始稳定状态，3脚恢复低电平。

此时，可控硅因失去触发电路而关断，灯泡熄灭，控制电路暂态结束，进入稳态，等待下一次触发脉冲。

图中R5和RP2组成分压电路，为集成块的触发端提供一个开门阈值电平，调节RP2，使触发端2脚的电压略大于 1/3Vcc，迫使3脚输出低电平。

当2脚一旦出现负脉冲信号时，单稳态电路即动作，适当调节RP2，也可改变控制灵敏度。

3.4光控电路光控电路由555时基集成电路、V4、晶闸管等组成。

在白天，由于光照度较强，V4的e-c间呈低阻态，为V3提供了一个较大的偏置电流，使其饱和导通。

此时，V3的集电极即555集成块的强制复位端4脚被强制为低电平，555集成块处于复位状态，使其输出端3脚恒为低电平，双向晶闸管因无触发电流而关断，灯泡EL不亮。

因此，白天不管声控信号如何增强，555集成块的3脚始终为低电平，VTH关断，达到白天停止照明的目的。

晚间，由于光线明显减弱，V4因无光照而使e-c间呈高阻状态，使V3截止，555集成块强制复位端4脚为高电平，555集成块退出复位状态，电路可受控制。