一种

24V 直流电机驱动器设计

　　电动机分为交流电机和直流电机两大类。长期以来，直流电机以其良好的线
性特性、优异的控制性能、较强的过载能力成为大多数变速运动控制和闭环位置
伺服控制系统的最佳选择，一直处在调速领域主导地位。传统的直流电机调速方
法很多，如调压调速、弱磁调速等，它们存在着调速响应慢、精度差、调速装置复
杂等缺点。随着全控式电力电子器件技术的发展，

 以大功率晶体管作为开关器

件的直流脉宽调制（

PWM）调速系统已成为直流调速系统的主要发展方向。

　　为配套

24V 直流电机，设计了一种直流无刷电机驱动器。采用美国

Microchip 公司的 PIC16F690 单片机作为控制器，

 MOSFET 为驱动元件， 配以

相应的控制软件构成控制系统。实践表明，整个系统的精度、快速性以及可靠性
等指标都能满足实际需求。
　　

1 PWM 直流调速原理

　　在

PWM 调速系统中，一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽 3 种方

法改变控制脉冲的占空比，但是前两种方法在调速时改变了控制脉宽的周期，
从而引起控制脉冲频率的改变，

 当该频率与系统的固有频率接近时将会引起振

荡。为避免之，设计采用定频调宽改变占空比的方法来调节直流电动机电枢两端
电压。
　　定频调宽法的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要
改变一个周期内接通和断开的时间比（占空比）来改变直流电机电枢上电压的
占空比，从而改变平均电压，控制电机的转速。在

PWM 调速系统中，当电机通

电时其速度增加，电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的
时间，即可控制电机转速。而且采用

PWM 技术构成的无级调速系统，启停时对

直流系统无冲击，

 并且具有启动功耗小、运行稳定的优点。为了说明问题，现假

定电机始终接通电源时，电机最大转速为

Vmax, 占空比为 D = t /T, 则电机的平

均速度

Vd = D*Vmax, 由公式可知，当改变占空比 D = t /T 时，就可以得到不同

的电机平均速度

Vd,从而达到调速的目的。

　　在一般应用中，可将平均速度与占空比

D 近似地看成线性关系。

　　

2 系统硬件设计

　　

2.1 总体设计原理

　　系统要求电机能够按照设定值运转，并能实现正反转控制，根据直流电机
的

PWM 控制要求，控制系统的硬件部分主要包括单片机控制电路、光电隔离电

路、驱动电路等几个部分，系统的硬件原理框图，如图

1 所示。控制信号送入

PIC 单片机模拟口，经过处理后，输出 PWM 控制脉冲，为了提高系统的抗干扰
性，在单片机控制电路和电机驱动电路之间用光电耦合器（

 TLP521） 实现电

气隔离，

 隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号， 分别

控制

H 桥的上下臂，从而实现电机的正反转和调速的目的， 同时电机的转速能

通过编码器反馈给单片机，

 实现速度的闭环控制。