無(wú)人機(jī)自動(dòng)充電電路及控制方案設(shè)計(jì)案例概述1.1無(wú)人機(jī)著艇自動(dòng)充電的需求分析為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)著艇后的自動(dòng)能源補(bǔ)充，設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)的自動(dòng)充電電路。從海上無(wú)人機(jī)的使用環(huán)境出發(fā)考慮，自動(dòng)充電電路需要在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充斷電的基礎(chǔ)上有防漏電的保護(hù)功能，從使用經(jīng)濟(jì)性角度考慮，充電電路對(duì)無(wú)人機(jī)的蓄電池應(yīng)有保護(hù)其安全和性能的作用。1.2AltiumDesigner軟件簡(jiǎn)介AltiumDesigner是學(xué)習(xí)和項(xiàng)目制作中最常用的繪制電路原理圖的軟件，集原理圖繪制、PCB板繪制編輯、電子器件連接布線等功能與一身。發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為大多數(shù)電子電路設(shè)計(jì)工作者的必備軟件，在業(yè)界有著廣泛的使用。1.3自動(dòng)充電電路原理圖設(shè)計(jì)與分析利用AD繪制的無(wú)人機(jī)自動(dòng)充電電路原理圖如下。圖3-1無(wú)人機(jī)自動(dòng)充電原理圖1.1.1電路整體介紹交流電輸入經(jīng)漏電保護(hù)裝置，充電時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)BT閉合，接通220V電源，這時(shí)電流分為兩路。一路經(jīng)過(guò)BT按鍵后通過(guò)控制按鍵通入變壓器T1，經(jīng)變壓器T1降壓后，其輸出端有二極管和電容的并聯(lián)，可起到整流和濾波的作用，經(jīng)整流和濾波輸出的電流為控制電路的NE555供電；另一路通過(guò)電流互感器T2和插座X（接充電器），正常充電時(shí)，電流互感器初級(jí)端電壓約為1.5V-2V，次級(jí)端電壓經(jīng)VD3和C2整流濾波后在電阻R3兩端產(chǎn)生約9-12V的電壓，VD5是一個(gè)二級(jí)穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓值為7.5V，9-12V的電壓足以擊穿穩(wěn)壓管VD5，使其導(dǎo)通，同時(shí)光電耦合器P521導(dǎo)通，根據(jù)光耦的特性，導(dǎo)通后時(shí)基芯片IC2的（2）、（6）引腳為低電平，而（3）號(hào)引腳輸出高電平，使繼電器K吸合，連接充電部分的K-1觸點(diǎn)接通，開(kāi)始充電。當(dāng)電池達(dá)到規(guī)定的電壓后進(jìn)入涓流充電（充電電流很?。詈蟪潆娊Y(jié)束。IC2等外圍元件還構(gòu)成一個(gè)定時(shí)器，這樣，當(dāng)充電器正常的電流充電結(jié)束進(jìn)入涓流充電后，流過(guò)電流互感器T2初級(jí)線圈電流變得很小，負(fù)載電阻R1兩端電壓變?yōu)?-3V，使穩(wěn)壓管VD5截止，光電耦合器IC1也截止，此時(shí)電源經(jīng)過(guò)R2對(duì)C3充電。隨著充電的進(jìn)行，C3兩端電壓不斷上升，當(dāng)涓流充電時(shí)間到時(shí)，NE555的(2)、（6）引腳為高電平，（3）號(hào)腳輸出低電平，繼電器觸點(diǎn)K-1斷開(kāi)，這樣就徹底斷開(kāi)了充電電源。1.1.2主要元器件介紹（1）漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)：由圖可以看出，交流電輸入首先經(jīng)過(guò)漏電保護(hù)電路，由于海上環(huán)境潮濕且電路可能被水浪打濕而發(fā)生短路，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路或設(shè)備漏電等情況時(shí)，漏電斷路器可迅速切斷供電電路，從而避免無(wú)人機(jī)蓄電池以及其他供電和用電設(shè)備受到危害。當(dāng)漏電開(kāi)關(guān)內(nèi)的信號(hào)處理器件檢測(cè)到短路或漏電等危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，漏電脫扣器通過(guò)斷開(kāi)其保護(hù)的工作電路，起到保護(hù)作用。漏電保護(hù)器的內(nèi)部電路原理圖如下：圖3-2漏電保護(hù)器內(nèi)部原理圖當(dāng)電路正常工作時(shí)通過(guò)檢測(cè)互感器（又稱為零序互感器）的電流大小相等、方向相反，即電流和為零，互感器鐵芯中的磁通量也為零，自動(dòng)開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)。當(dāng)電路中發(fā)生短路或觸電漏電等故障時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)接地的故障電流，打破了檢測(cè)互感器內(nèi)的電流平衡狀態(tài)，隨即出現(xiàn)不為零的磁通量，使繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流，使自動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘起到保護(hù)電路的作用。（2）變壓器：原理圖中變壓器T1和T2為得到整流電路在輸出端分別連接了兩個(gè)二極管，并聯(lián)在二極管上的電容主要起到去偶電容的作用，即蓄能和降噪。為給后面的控制器件供電，T1進(jìn)行了全波整流。（3）整流濾波模塊：在上述電路原理圖中用到了常用的整流濾波電路，采用簡(jiǎn)單的二極管和電容的方式實(shí)現(xiàn)整流和濾波。（4）光電耦合器：原理圖中經(jīng)過(guò)T2輸出的，并經(jīng)穩(wěn)壓管VD5之后的電流接到了光電耦合器P521的輸入端。光電耦合器是電路中常用的隔離原件，其內(nèi)部封裝了發(fā)光和光敏元件，通過(guò)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，其主要作用是實(shí)現(xiàn)接口兩端輸入和輸出電氣電路的隔離。在封裝體內(nèi)二極管接收電信號(hào)發(fā)光，光敏元件接收光照而又轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，發(fā)光二極管的這種巧妙構(gòu)造又決定了其有另一個(gè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)——信號(hào)的單向傳輸性。此外，電路中加入光電耦合器可提高電路的抗干擾能力和傳輸效率，延長(zhǎng)電路的使用壽命。圖3-34引腳光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖上圖為常用的4引腳光電耦合器TLP521的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)控制（1）號(hào)引腳和（2）號(hào)引腳之間的電壓使發(fā)光二極管發(fā)光與否來(lái)控制（3）號(hào)引腳和（4）號(hào)引腳之間的通斷，其中（3）（4）號(hào)引腳之間是光敏半導(dǎo)體管。作為電子開(kāi)關(guān)，其隔離功能可防止前端的電壓或擾動(dòng)對(duì)后級(jí)輸出造成干擾或損害。（5）NE555：NE555是一款時(shí)基芯片，即用于在一定時(shí)間內(nèi)在輸出端發(fā)出一定的脈沖，為后續(xù)電路提供高電平。1號(hào)引腳為接地端，8號(hào)VCC為正極供電端，2號(hào)為觸發(fā)腳，通常將2號(hào)與6號(hào)連接在一起用于電平開(kāi)關(guān)作用，4號(hào)復(fù)位端，在上電瞬間提供低電平復(fù)位，通常正常工作時(shí)將4號(hào)與8號(hào)接一起保持高電平狀態(tài)，3號(hào)為輸出端，用于在一定時(shí)間內(nèi)輸出一定的脈沖信號(hào)，以輸出波的高電平驅(qū)動(dòng)繼電器，7號(hào)一般接一個(gè)電阻為放點(diǎn)端，5號(hào)接控制電壓。圖3-4NE555內(nèi)部功能框圖1.1.3設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)（1）一般無(wú)人機(jī)充電電壓為12V，但是變壓器并沒(méi)有直接將220V電降到12V電壓，而是轉(zhuǎn)換成16V的交流電。因?yàn)樽儔浩鞯妮敵鲭妷哼€需經(jīng)過(guò)其他元件的損耗，比如經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)整流和濾波電路時(shí)有電能你的損耗，降壓后16V的交流電經(jīng)整流后成為約14V的直流電，無(wú)人機(jī)電瓶12V，其峰值電壓是14V，也叫虛電壓?？紤]以上因素，變壓器直接降到16V而并非12V。（2）加入涓流充電過(guò)程。涓流充電是當(dāng)正常充電達(dá)到電池容量一定的百分比之后，通過(guò)小電流持續(xù)充電的過(guò)程，一般是在檢測(cè)接近充滿時(shí)由正常充電狀態(tài)切換為涓流充電。與直接充滿后斷電相比，涓流充電既保證了較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)充電狀態(tài)，又不會(huì)因?yàn)槌掷m(xù)較大電流的充電而影響電池的使用壽命。

第2章整體控制方案設(shè)計(jì)2.1引言主要講述基于STM32的四路電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制和充電電路的開(kāi)關(guān)控制，通過(guò)以STM32最小系統(tǒng)為主控制器的控制電路和編程控制，通過(guò)傳感器感知物理信號(hào)，將其以電信號(hào)的形式傳輸給控制器，作為信號(hào)開(kāi)關(guān)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。本章通過(guò)設(shè)計(jì)整體運(yùn)作過(guò)程和利用AD軟件繪制主控部分的電路原圖，設(shè)計(jì)從無(wú)人機(jī)降落到固定，再自動(dòng)充電、斷電、起飛的整個(gè)過(guò)程。2.2全過(guò)程流程執(zhí)行說(shuō)明圖4-1全過(guò)程流程說(shuō)明圖整體控制方案的設(shè)計(jì)基于STM32最小系統(tǒng)，首先通過(guò)編程完成STM32的初始化，在停機(jī)平臺(tái)上裝有壓力傳感器用來(lái)檢測(cè)和傳輸無(wú)人機(jī)降落的信號(hào)，根據(jù)無(wú)人機(jī)的質(zhì)量設(shè)置有效檢測(cè)的壓力閾值，一旦無(wú)人機(jī)降落到平臺(tái)上，壓力傳感器立即將信號(hào)傳給控制器，STM32將處理后的信號(hào)傳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的相關(guān)端口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)始工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，推動(dòng)推桿。在停機(jī)平臺(tái)依據(jù)推桿起始位置到設(shè)定位置的距離安裝限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)推桿將無(wú)人機(jī)推到固定位置時(shí)觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)，給出一個(gè)信號(hào)令電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，推桿固定無(wú)人機(jī)在設(shè)定的位置，同時(shí)給出無(wú)人機(jī)到位的信號(hào)，通過(guò)STM32觸發(fā)自動(dòng)充電電路繼電器開(kāi)關(guān)，開(kāi)始充電。同理，當(dāng)無(wú)人機(jī)要起飛時(shí)給出一個(gè)信號(hào)，首先斷開(kāi)充電電路，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電路一個(gè)反向信號(hào)，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，推桿開(kāi)始回收，同樣利用限位開(kāi)關(guān)測(cè)試推桿回收到固定位置后電機(jī)停止工作，一次完整的固定和充電工作完成，控制開(kāi)關(guān)和電機(jī)狀態(tài)復(fù)位，等待下一次無(wú)人機(jī)降落的信號(hào)。圖4-2主控邏輯流程展示框圖2.3控制電路設(shè)計(jì)2.1.1整體電路布局如下圖所示為整個(gè)四路電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制電路原理圖，電路主要由STM32F405以及外圍電路做控制電路模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、四路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、限位開(kāi)關(guān)模塊、充電電路繼電器開(kāi)關(guān)信號(hào)等模塊組成。其中主控芯片為STM32F405及其外圍電路構(gòu)成，STM32F405通過(guò)引腳20通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口Pressure與壓力傳感器的信號(hào)輸出接口相連，當(dāng)壓力傳感器受到壓力時(shí)轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)傳給控制器。STM32F405主要通過(guò)引腳14、引腳41以及引腳34通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口SD1、PWM1以及PWM2與第一路驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路的輸入接口相連，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序控制第一路電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。通過(guò)引腳15、引腳42、引腳35通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口SD2、PWM3以及PWM4與第二路驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路的輸入接口相連，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序控制第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控控制。通過(guò)引腳16、引腳43以及引腳36通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口SD3、PWM5以及PWM6與第三路驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路的輸入接口相連，通過(guò)相應(yīng)的控制程序控制第三電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。通過(guò)引腳17、引腳44以及引腳45通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口SD4、PWM7以及PWM8與第四路驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路的輸入接口相連，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序?qū)Φ谒碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。圖4-3電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路原理圖主控芯片STM32F405的引腳21與充電電路繼電器開(kāi)關(guān)接口相連，可以通過(guò)主控芯片STM32F405的網(wǎng)絡(luò)端口Charge實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電路繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。同時(shí)，主控芯片STM32F405通過(guò)引腳9、引腳10、引腳11、引腳24、引腳25、引腳58、引腳59以及引腳61，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口XW1、XW2、XW3、XW4、XW5、XW6、XW7以及XW8與限位開(kāi)關(guān)接口進(jìn)行連接，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)通過(guò)限位開(kāi)關(guān)對(duì)電路的控制。2.1.2電路分模塊介紹（1）主控芯片——STM32F405STM32F4系列芯片具有Cortex-M4的高性能內(nèi)核，集成了豐富的可以處理數(shù)字信號(hào)的單元，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算量復(fù)雜的控制。芯片有豐富的I/O端口，可以連接多種外部設(shè)備，并且支持多種通信接口。STM32F4系列微控制器主控系統(tǒng)由32位多層AHB總線矩陣構(gòu)成，通過(guò)該總線矩陣，其主要的八條主控總線和七條被控總線部分可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，在處理連接的較為復(fù)雜的外部設(shè)備時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行也是高效有序。STM32F4系列器件的系統(tǒng)構(gòu)架如下，展示了主控總線與被控總線的互聯(lián)關(guān)系。圖4-4STM32F4系列器件的系統(tǒng)架構(gòu)·八條主控總線：1）CortexTM-M4F內(nèi)核I總線2）CortexTM-M4F內(nèi)核D總線3）CortexTM-M4F內(nèi)核S總線4）DMA1存儲(chǔ)器總線5）DMA2存儲(chǔ)器總線6）DMA2外設(shè)總線7）以太網(wǎng)DMA總線8）USBOTGHSDMA總線·七條被控總線1）內(nèi)部FlashICode總線2）內(nèi)部FlashDCode總線3）主要內(nèi)部SRAM1（112KB）4）輔助內(nèi)部SRAM2（16KB）5）AHB1外設(shè)（包括AHB-APB總線橋和AOB外設(shè)）6）AHB2外設(shè)7）FSMC下圖所示的控制電路中STM32F405芯片的引腳依次根據(jù)需要與各個(gè)外部模塊之間實(shí)現(xiàn)連接，并且根據(jù)使用手冊(cè)做了簡(jiǎn)單的外圍電路的連接。5號(hào)和6號(hào)引腳外接晶振電路，作為芯片的時(shí)鐘電路；因?yàn)檎麄€(gè)項(xiàng)目是通過(guò)SWD下載程序，所以具有串口程序下載功能的28號(hào)引腳和60號(hào)引腳依據(jù)芯片使用手冊(cè)引導(dǎo)接地；其余部分均是根據(jù)用戶手冊(cè)在相應(yīng)的引腳處接入去偶電容，保證電路的穩(wěn)定。圖4-5主控芯片及外圍電路（2）電壓轉(zhuǎn)換模塊4路直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中還有一部分重要的設(shè)計(jì)，其中由外部輸入供電接口PIN2，該接口由外部直流電源接24V的直流電壓，通過(guò)芯片MP9486將24V的直流電壓轉(zhuǎn)換成12V的直流電壓，其中24V的電壓、12V的電壓以及5V的電壓都接到了4路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路上，為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制提供電壓，其中24V的電壓接到了場(chǎng)效應(yīng)管上，12V電壓為芯片IR2104提供供電電源，保證芯片IR2104可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，還需要5V的電壓為4路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的芯片TLP521提供工作電壓，此外主控芯片STM32F405的供電電壓為1.3V，因此使用了芯片SY8120B實(shí)現(xiàn)12V到5V的電壓轉(zhuǎn)換，利用芯片HT7533實(shí)現(xiàn)5V到1.3V的電壓轉(zhuǎn)換，這些電壓轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)直接對(duì)輸入的24V直流電做了相應(yīng)各個(gè)器件需要的電壓的轉(zhuǎn)換，所以對(duì)外部供電要求簡(jiǎn)單，給內(nèi)部所有芯片提供額定的工作電壓，保證芯片正常穩(wěn)定工作。其中24V轉(zhuǎn)12V電壓轉(zhuǎn)換模塊電路圖參考已有的電壓轉(zhuǎn)換電路用MP9486芯片設(shè)計(jì)，MP9486是一種降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其較廣的輸入電壓范圍多用于高壓降壓電路，且具有良好的短路保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)特性，在較高壓的電壓轉(zhuǎn)換電路中工作穩(wěn)定可靠，MP9486的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)1MHz，典型應(yīng)用是如下的電壓轉(zhuǎn)換電路：圖4-6MP9486電壓轉(zhuǎn)換電路連接和引腳封裝示意圖根據(jù)上圖的電路連接和引腳示意，通過(guò)計(jì)算電路中電氣件的參數(shù)，設(shè)計(jì)需要的電壓轉(zhuǎn)換電路，根據(jù)公式（4-1）和（4-2）：（4-1）（4-2）根據(jù)設(shè)計(jì)需求其中的Vout=12V，Vin=24V，Vfb=0.2，MP9486的開(kāi)關(guān)頻率為1MHz，即Fsw為1000000，Iout為1A，系數(shù)K在0.15到0.85之間，計(jì)算得RL/Rg=59，所以取Rg=1k，RL近似取58k，計(jì)算得電感L取47μF。設(shè)計(jì)24V轉(zhuǎn)12V電路原理圖如下：圖4-724V轉(zhuǎn)12V電路模塊原理圖12V轉(zhuǎn)5V利用SY8120B芯片，SY8120是常用的直流同步降壓轉(zhuǎn)換器，常用于輸入電壓范圍為5V-18V的降壓轉(zhuǎn)換電路中，其工作頻率為500kHz，響應(yīng)速度快，本例中使用SY8120實(shí)現(xiàn)快速的12V轉(zhuǎn)5V電壓轉(zhuǎn)換，參照如下電路原理：圖4-8SY8120電壓轉(zhuǎn)換電路連接和引腳封裝示意圖圖4-9SY8120工作效率示意圖（4-3）通過(guò)公式（4-3）由設(shè)計(jì)需求輸出電壓Vout=5V，計(jì)算選取RH為22k，RL為3k時(shí)可滿足電壓轉(zhuǎn)換的要求。由圖可以看到12V轉(zhuǎn)5V當(dāng)電流為1A時(shí)電路效率為94%左右。設(shè)計(jì)12V轉(zhuǎn)5V電路原理圖如下：圖4-1012V轉(zhuǎn)5V電路模塊原理圖5V轉(zhuǎn)3V直接利用HT7533芯片實(shí)現(xiàn)。HT75xx系列芯片是一種低功耗的低壓降壓芯片，可輸出3V-8V的固定輸出電壓，輸出電流可達(dá)100mA,依據(jù)下列表格選擇HT7533作為5V轉(zhuǎn)3V的芯片。圖4-11HT75xx系列芯片選擇表圖4-125V轉(zhuǎn)1.3V電路模塊原理圖（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊整體控制方案中最主要的就是主控STM32和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，根據(jù)第二章的電機(jī)選型介紹，對(duì)推桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇了24V直流電機(jī)，因此針對(duì)24V直流電機(jī)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)控制電路，設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)在于達(dá)到如下目的：接收主控STM32發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)推動(dòng)推桿，達(dá)到位置后通過(guò)限位開(kāi)關(guān)信號(hào)使電機(jī)停止，主控收到無(wú)人機(jī)起飛信號(hào)后再給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路反轉(zhuǎn)信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)，推桿回收到位后同理使用限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)信號(hào)使電機(jī)停止。所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵在于通過(guò)接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換電機(jī)狀態(tài)。圖4-13H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路依據(jù)典型的H橋直流電機(jī)控制原理設(shè)計(jì)，之前使用的集成芯片實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式技術(shù)過(guò)于陳舊，驅(qū)動(dòng)功率較小，且控制規(guī)律固定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)以目標(biāo)為導(dǎo)向的驅(qū)動(dòng)控制要求，故參考H橋原理，利用功率MOS管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。MOS管是一種基于場(chǎng)效應(yīng)原理工作的半導(dǎo)體晶體管，因其良好的抗干擾等特性在集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用，MOS管屬于場(chǎng)效應(yīng)管中的絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，可分為增強(qiáng)型和耗盡型，又根據(jù)溝道不同分為P溝道和N溝道，所以常見(jiàn)MOS管的分類(lèi)組合有四種，常用的是增強(qiáng)型。在工程應(yīng)用中更常用的是NMOS管，因?yàn)槠渲圃旃に嚭?jiǎn)單、成本較低、導(dǎo)通電阻小，更能滿足廣泛的不同使用條件和靈活的控制要求，所以本方案中選用增強(qiáng)型的NMOS管作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通閉合控制端裝置。H橋控制下的四個(gè)MOS管，當(dāng)處于對(duì)角位置的兩個(gè)管導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，如上圖當(dāng)Q1，Q4導(dǎo)通時(shí)設(shè)電機(jī)的狀態(tài)為正轉(zhuǎn)，則Q3，Q2導(dǎo)通時(shí)電機(jī)狀態(tài)為反轉(zhuǎn)，當(dāng)橋臂上的四個(gè)MOS管均處截止時(shí)電機(jī)兩端就沒(méi)有電壓驅(qū)動(dòng)，即處于停止?fàn)顟B(tài)?；谝陨匣驹恚刂浦绷麟姍C(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的狀態(tài)就是控制H橋臂上的四個(gè)MOS管的導(dǎo)通與截止，通過(guò)對(duì)比，選用導(dǎo)通阻抗較低、適用范圍較廣、高效可靠的IRF3205N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。對(duì)于4路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理相同，以下針對(duì)其中一路電機(jī)驅(qū)動(dòng)的原理進(jìn)行說(shuō)明。圖4-14電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路圖由原理圖可以看出，主控芯片STM32通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口SD4、PWM7、PWM8分別于與芯片TLP521和兩個(gè)芯片6N135進(jìn)行了連接，芯片TLP521和芯片6N135均為光耦芯片，關(guān)于光耦芯片的作用和原理以及TLP521的結(jié)構(gòu)和用法在第三章已經(jīng)作過(guò)說(shuō)明，6N135是一款8引腳的高速光耦，其高速的原因在于內(nèi)部封裝有一個(gè)高速LED，開(kāi)關(guān)速度可達(dá)1Mbit/s，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中引入光耦的作用是對(duì)輸入、輸出電信號(hào)起隔離作用，將通過(guò)光耦隔離的電信號(hào)再傳輸給兩個(gè)控制芯片IR2104，如上圖，6N135的2號(hào)引腳接5V的供電電壓，3號(hào)引腳接主控STM32的控制電平信號(hào)。兩個(gè)光耦6N135的輸出分別連接到了兩個(gè)芯片IR2104的輸入引腳，本電路中芯片IR2104是專門(mén)用于控制和驅(qū)動(dòng)N溝道MOS管的驅(qū)動(dòng)器芯片，SD端是IR2104的使能端，當(dāng)使能端為高電平時(shí)，IR2104的兩個(gè)輸出端輸出端信號(hào)均與輸入信號(hào)有關(guān)，其中Ho=IN，Lo=-IN。圖4-15IR2104輸入輸出關(guān)系對(duì)于IR2104芯片引腳的連接參照如下的應(yīng)用圖。圖4-16IR2104引腳接口圖芯片IR2104的引腳H0與引腳L0連接到兩個(gè)MOS管，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型器件，因此通過(guò)電壓來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷，原理圖中4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于4個(gè)開(kāi)關(guān)，N溝道MOS管在柵極高電平時(shí)導(dǎo)通，低電平時(shí)關(guān)斷，因此原理圖中兩路IR2104芯片輸出就相當(dāng)于兩個(gè)控制臂，上邊IR2104芯片輸出高電平時(shí)對(duì)應(yīng)的下邊IR2104芯片輸出低電平，Q1,Q4關(guān)閉，Q2、Q3導(dǎo)通，此時(shí)電機(jī)M+一側(cè)為低電平，右M-一側(cè)為高電平，設(shè)為電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)上邊IR2104芯片輸出低電平時(shí)，下邊IR2104芯片輸出高電平，Q1,Q4