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用H橋驅動直流電機的效率計算方法

發(fā)布時間:2021-04-09 責任編輯:lina

【導讀】用H橋來驅動直流電機是很常見的應用,常見的方式有三種,三極管驅動、MOS管驅動、集成電路驅動。那么對于這三種方式驅動直流電機我們大概都知道存在各自的優(yōu)缺點,集成電路比較方便,但是效率比較低;MOS管效率是最高的,三極管效率居中,我們腦海里都有這么一個大概的印象,但是涉及到具體的電路里面以及工作效率應該如何計算呢。

用H橋來驅動直流電機是很常見的應用,常見的方式有三種,三極管驅動、MOS管驅動、集成電路驅動。那么對于這三種方式驅動直流電機我們大概都知道存在各自的優(yōu)缺點,集成電路比較方便,但是效率比較低;MOS管效率是最高的,三極管效率居中,我們腦海里都有這么一個大概的印象,但是涉及到具體的電路里面以及工作效率應該如何計算呢,我在這里將三種驅動H橋的效率計算方法和大家討論下:
 
之所以存在工作效率的高低,歸根結底是因為晶體管上在導通和關斷的時候在集電極和發(fā)射極會存在壓降,雖然我們平時分析的時候可以將其忽略掉,因為只有零點幾伏,但是計算效率的時候,就要將其考慮進來了。為了便于比較,將 H 橋的驅動電流定位在 2A 水平上,而電壓在 5 - 12V 之間。
 
以驅動一個 5V 、 2A 的直流電機為例  
 
三極管驅動,關鍵元器件:S8050   S8550
 
用H橋驅動直流電機的效率計算方法

用H橋驅動直流電機的效率計算方法
 
之所以存在功率消耗主要原因是三極管導通、截止存在壓降,從上圖規(guī)格書可以看到S8050壓降為0.5V,S8550壓降為1.2V
 
三極管消耗功率為:(0.6+1.2)*2=3.6W電機得到的功率為:5*2=10W
效率為:10/13.6=73.5%
 
個人覺得上述電路應該將NPN以及PNP換個位置比較好,這個電路我也沒有驗證,此處不做產(chǎn)品性能分析,只從效率做探討。
 
MOS管:IRF9540  IRF3205
 
用H橋驅動直流電機的效率計算方法
 
用H橋驅動直流電機的效率計算方法
 
MOS的導通壓降要通過導通電阻來計算,IRF9540導通電阻為0.2Ω,導通壓降為2*0.2=0.4V;IRF3205導通電阻為0.008Ω,導通壓降為2*0.008=0.016V
MOS的消耗功率為:2*(0.4+0.016)=0.832W
電機得到的功率為:5*2=10W
效率為:10/10.832=92.3%
 
集成電路:L298N
 
用H橋驅動直流電機的效率計算方法
 
VCEsat(H)為上橋臂壓降,2A時為2.7V
VCEsat(L)為上橋臂壓降,2A時為2.3V
VCEsat為上下橋臂壓降之和,2A時為4.9V
集成電路L298N消耗功率為:2*4.9=9.8W
電機得到的功率為:5*2=10W
效率為:10/19.8=50.5%
 
通過上面的分析計算可以很數(shù)據(jù)化的看出來MOS管的效率高于三極管高于集成電路,用獨立元器件搭建H橋成本低,效率高,但需要比較高的技術要求,穩(wěn)定性的有待驗證;而集成電路則方便快捷,但是效率就比較低了。選用不同的晶體管分析方法都是一樣的,按照上面的參數(shù)計算就好了。你也可以試一試自己的H橋效率有多高,附件為三極管、MOS以及L298N的規(guī)格書。
 
(來源: 21ic論壇 ,作者:王小琪)
 
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