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一.全H橋電路基礎(chǔ)知識

1.原理圖（以全NMOS管為例）

從上圖可看出，此電機驅(qū)動電路由4個NMOS管構(gòu)成，形如H型，故名全H橋電路。通過控制4個MOS管的導通與截止達到對中間電機的不同控制效果。NMOS管的柵極為高電平時導通，低電平時截止。

2.H橋工作模式

正轉(zhuǎn)模式

當Q1、Q4的柵極為高電平，Q2、Q3為低電平時，Q1，Q4導通，如下圖所示，電機正向旋轉(zhuǎn)。

反轉(zhuǎn)模式

當Q2、Q3的柵極為高電平，Q1、Q4為低電平時，Q2，Q3導通，如下圖所示，電機反向旋轉(zhuǎn)。

電流衰減模式

可打開下面兩篇文章詳細了解。
慢速，混合和快速衰減模式
步進驅(qū)動器中的電流衰減

1.此處我也進行大致講解：
所謂衰減模式，可簡單理解為如何使電機停下：如果控制電機一直向一個方向旋轉(zhuǎn)不會產(chǎn)生問題。但是如果這是想讓電機停下，那么問題就來了。由于電機是感性負載，電流不能突變。在斷開電機兩端所加的電壓時，電機產(chǎn)生的反向電動勢很有可能損壞FET。因此想讓電機停下，除了斷開供電，還要形成一個續(xù)流的回路，釋放掉電機上的能量。

2.驅(qū)動和衰減模式圖：（來源于數(shù)據(jù)手冊）

圖中添上了FET的寄生二極管。

以左側(cè)正向旋轉(zhuǎn)的圖為例：
1.首先電機正向旋轉(zhuǎn)，電流流向如①線所示；
2.如果此時采取滑動/快衰減模式：四個MOSFET關(guān)斷，電機上的電流會通過Q2和Q3的寄生二極管繼續(xù)流動，如②線所示。可發(fā)現(xiàn)，此時電流的流向是與電源電壓相反的，因此電流衰減很快，當電流衰減為0時，由于FET是關(guān)斷的，電源電壓不會加在電機上，電機會逐漸停下。
3.如果采取制動/慢衰減模式：Q2、Q4導通，Q1、Q3關(guān)斷。電機上的電流通過Q2和Q4繼續(xù)流動，如③線所示，電機上的能量會逐漸消耗在電機本身和Q2、Q3上，這樣的電流衰減相對較慢。

★ ★ ★ 有一點需要特別注意：快慢衰減指的是電流，而不是電機轉(zhuǎn)動的速度。 ★ ★ ★

控制直流電機時，在快衰減模式下，由于電流迅速下降，那么電感電機上儲存的能量就會釋放很慢(簡單理解E=I^2R),電機會逐漸停止，因此該模式又叫滑動；
而在慢衰減模式下，電機的兩端類似于短接，電流很大且衰減慢，儲存的能量被瞬間釋放，此時電機會瞬間停止，因此該模式又叫制動。

下面這篇文章很好地對其進行了解釋：
The Difference Between Slow Decay Mode and Fast Decay Mode in H-Bridge DC Motor Applications

3.補充

★H橋中絕對不能出現(xiàn)同側(cè)（左側(cè)/右側(cè)）的FET同時導通的情況，因為這樣會導致電流不經(jīng)過電機直接到地，形成短路！因此在狀態(tài)切換時需要一步一步來，而集成H橋的芯片一般會在內(nèi)部自動解決這個問題（利用死區(qū)控制），如下圖所示：在正轉(zhuǎn)和制動之間切換時，會有一個過渡狀態(tài)（OFF）。

★此處還需補充一個知識：MOS管的高端與低端驅(qū)動。簡單來說，高端驅(qū)動即MOS管在負載的高電位一端；相反低端驅(qū)動即MOS管在負載的低電位一端。如上圖所示：Q1、Q3為高端驅(qū)動，Q2、Q4為低端驅(qū)動。在H橋中也常常被稱為上臂和下臂。

★此外，如果對MOS管原理有所了解，則可看出，打開高端NMOS所需的柵極電壓會比打開低端NMOS所需的柵極電壓大很多(要高于驅(qū)動電源電壓）。(因為開啟需要條件Vgs>Vth，而高端MOS導通后的源極電位較高，幾乎接近電源電壓，此時如果柵極電壓仍為電源電壓，則又關(guān)斷)

★驅(qū)動電壓越大，轉(zhuǎn)速越快；電流越大，扭矩越大；

★當扭矩<負載時，電機轉(zhuǎn)速會下降，電流上升從而增大扭矩。當負載非常大，電機帶不動從而停止轉(zhuǎn)動時（堵轉(zhuǎn)），電流達到最大值，此時需特別注意，很有可能燒壞電機驅(qū)動。

二.DRV8833芯片介紹

1.基本介紹

該芯片接線和控制都較為簡單，初學可從此芯片模塊入手。

由于驅(qū)動直流電機需要的電流很大，單片機I/O的驅(qū)動能力是遠遠達不到的。因此需要使用專用的電機驅(qū)動芯片。此款電機驅(qū)動芯片即是基于上述的H橋電路。芯片中共有兩個全H橋。因此最多可以同時驅(qū)動兩個直流電機或一個步進電機。(對于步進電機的驅(qū)動在我的另外一篇文章進行了詳細介紹）

★電源供電電壓2.7~10.8V，每個H橋輸出的均方根（RMS）電流為1.5A，峰值可達2A。
★內(nèi)置過熱保護和用戶可調(diào)的限流保護電路。

2.引腳功能

引腳名稱引腳標號I/O功能引腳名稱引腳標號I/O功能

nSLEEP	1	I	睡眠模式控制，高電平使能芯片，低電平進入睡眠模式(關(guān)閉芯片)	BIN1	9	I	H橋B的邏輯輸入1腳
AOUT1	2	O	H橋A的輸出1腳	BIN2	10	I	H橋B的邏輯輸入2腳
AISEN	3	O	H橋A的電流控制，可通過一個電阻接地限制電流(不限電流時直接接地），詳見后面介紹	VCP	11	IO	用于高端FET柵極驅(qū)動電壓，需要一個10nF,耐壓16V的陶瓷電容接到VM腳
AOUT2	4	O	H橋A的輸出2腳	VM	12	–	電機電源供應2.7V-10.8V，需要一個10uF的濾波電容接地
BOUT2	5	O	H橋B的輸出2腳	GND	13	–	器件接地腳
BISEN	6	O	H橋B的電流控制，可通過一個電阻接地限制電流(不限電流時直接接地），詳見后面介紹	VINT	14	–	芯片內(nèi)部穩(wěn)壓器的輸出(3.3V)，需要一個2.2uF,耐壓6.3V的濾波電容接地
BOUT1	7	O	H橋B的輸出1腳	AIN2	15	I	H橋A的邏輯輸入2腳
nFAULT	8	OD	當溫度過高或通過電流過大時會輸出低電平進行提示	AIN1	16	I	H橋A的邏輯輸入1腳

★由于MOS管導通后會產(chǎn)生一定的飽和壓降(Vsat，不同芯片有較大差異，具體看手冊)，因此在選擇驅(qū)動電壓VM時，可以接近或比所用電機額定電壓稍高。
★芯片邏輯電壓VINT的選擇要根據(jù)所用單片機的邏輯電平?jīng)Q定。如果單片機是5V邏輯電平，則VINT同樣選擇5V輸入。

3.功能框圖

框圖中也包含了芯片外部所需要的元件，主要是三個電容以及兩個電流檢測電阻（電阻可不接）。
當溫度過高，溫度檢測保護模塊會使nFAULT所接的FET導通拉到低電平,同時H橋轉(zhuǎn)成衰減模式，不再給電機供電。

4.結(jié)構(gòu)詳細介紹

1. 通過xIN1和xIN2給出四種邏輯組合“00”、“01”、“10”、“11”，然后通過中間的邏輯控制轉(zhuǎn)換電路令相應的FET導通或截止，從而對應產(chǎn)生四種輸出效果。（需注意：xIN1和xIN2并非直接控制H橋的柵極電壓，只是給出所需功能對應的邏輯組合信號）

2.xISEN腳接電阻用于限制通過的電流。整理一下即如下圖所示。
當電機轉(zhuǎn)動時，電流流過電阻，在xISEN處產(chǎn)生電壓（即將電流轉(zhuǎn)成電壓進行檢測）。然后與200mV的參考電壓比較，如果大于200mV，則比較器輸出低電平，同樣使nFAULT拉低，H橋轉(zhuǎn)成衰減模式，不再給電機供電。
如果不需要限流，則xISEN腳直接接地即可。

限流電阻大小的選擇：

RXISEN?=ICHOP?200mV?,其中RXISEN?為所需的電阻值，ICHOP?為設(shè)定的限流值。

5.邏輯控制

下表為最基礎(chǔ)邏輯控制表：

借助此表便可對直流電機進行簡單的驅(qū)動與制動（此時電機工作于全速狀態(tài)，無速度控制）。
把xIN1和xIN2分別接到單片機I/O口，xOUT1和xOUT2接到直流電機兩端。
當控制xIN1為1，xIN2為0時，電機便正轉(zhuǎn)。

★再進一步便可借助PWM對電機轉(zhuǎn)速進行控制，如下表所示：

以xIN1為PWM，xIN2為0為例，電機在正向轉(zhuǎn)動模式與快衰減模式之間不斷切換。
波形圖類似如下：前面提到，電壓的大小決定直流電機轉(zhuǎn)速。從第三個圖V12=Vout1-Vout2可看出，加在電機兩端的電壓變化隨著PWM變化，則其平均值Vave=D*Vcc（D為PWM占空比，VCC為驅(qū)動電壓）也隨著占空比的增大而增大，從而速度也相應增加；反之則降低。

PWM的頻率一般選在5k~20kHz。

把上表歸納總結(jié)一下：
1.當xIN中有一個恒為低電平，另一個為PWM時:采取正反轉(zhuǎn)與滑動/快衰減，占空比越大，轉(zhuǎn)速越快。
2.當xIN中有一個恒為高電平，另一個為PWM時:采取正反轉(zhuǎn)與制動/慢衰減，占空比越小，轉(zhuǎn)速越快。

PWM調(diào)速模式下快慢衰減的選擇：
★配合慢衰減調(diào)速時，當轉(zhuǎn)速較低會產(chǎn)生抖動；而配合快衰減調(diào)速會更平滑一些。
★配合快衰減調(diào)速相比慢衰減調(diào)速，速度會更快，但扭矩會更小。

6.另外一種DRV8833CPWP型號的區(qū)別

★如上圖所示：此芯片在結(jié)構(gòu)上唯一不同之處在于，H橋的高端驅(qū)動變成了兩個PMOS管，低端驅(qū)動同樣為兩個NMOS管。
★由于PMOS管是柵極為低電平時導通，因此不像前一個芯片需要極大的高端驅(qū)動NMOS柵極電壓。該芯片也因此無VINT引腳（該腳位空腳）。
★在性能上，此芯片相當于低電流版本：輸出RMS電流只能0.7A，峰值電流1A。

三.TB6612FNG芯片介紹

1.基本介紹

TB6612FNC是東芝半導體公司的一款電機驅(qū)動芯片，也是集成了兩個全H橋。在應用上基本與DRV8833相似，但性能更好，價格也相對較高。

★電源供電電壓2.5~13.5V，H橋輸出的平均電流1.2A，最大可到3.2A。（可見驅(qū)動能力比DRV8833略強）
★內(nèi)置過熱保護和低壓檢測關(guān)斷電路
★PWM控制的頻率可達100kHZ

2.引腳功能

此芯片的很多引腳其實是重復的，是從同一處引出的，這樣在接線時可增加接觸面積，從而提高可通過的電流。

引腳名稱引腳標號I/O功能引腳名稱引腳標號I/O功能

AO1	1	O	H橋A的輸出1	VM2	13	–	電機電源供應2.5~13.5V，需要一個100nF和10uF的濾波電容接地
AO1	2	O	同1腳	VM3	14	–	同13腳
PGND1	3	–	H橋A的電機電源地	PWMB	15	I	H橋B的PWM輸入
PGND1	4	–	同3腳	BIN2	16	I	H橋B的邏輯輸入2
AO2	5	O	H橋A的輸出2	BIN1	17	I	H橋B的邏輯輸入1
AO2	6	O	同5腳	GND	18	–	信號地
BO2	7	O	H橋B的輸出2	STBY	19	I	待機模式控制，高電平（3.3V/5V）使能芯片，低電平進入待機狀態(tài)
BO2	8	O	同7腳	VCC	20	–	給內(nèi)部邏輯電路供電（3.3V/5V均可），需要一個100nF和10uF的濾波電容接地
PGND2	9	–	H橋B的電機電源地，實際與3腳相連	AIN1	21	I	H橋A的邏輯輸入1
PGND2	10	–	同9腳	AIN2	22	I	H橋A的邏輯輸入2
BO1	11	O	H橋B的輸出1	PWMA	23	I	H橋A的PWM輸入
BO1	12	O	同11腳	VM1	24	–	同13腳

★一般會將VCC與STBY接在一起然后共同接到3.3V或5V，此時芯片不會進入待機模式。

3.功能框圖

上面框圖中畫出了使用該芯片需要外接的元件（4個濾波電容）。

從上面的TB6612的功能框圖可發(fā)現(xiàn)，其與DRV8833最大不同即在輸入控制上，除了輸入1和輸入2，還有一個PWM輸入腳。下面就看看TB6612具體的控制方式。

4.邏輯控制

CW（Clockwise順時針）：即正向旋轉(zhuǎn)；
CCW（Counterclockwise逆時針）：即反向旋轉(zhuǎn)；
Stop（自由停車）：即前述的滑動/電流快衰減；
Short brake（剎車）：即前述的制動/電流慢衰減；
Standby（待機）：即芯片不工作

仔細觀察上表，可發(fā)現(xiàn)其相比于DRV8833的控制，不同在于多了一個PWM腳。
★如果令PWM輸入腳一直為高電平，即只通過IN1和IN2控制電機的四個狀態(tài)（旋轉(zhuǎn)時為滿速狀態(tài)），這便是最基礎(chǔ)的控制。

★當加入了PWM后，便可和之前一樣，通過占空比調(diào)節(jié)速度。
1.一種是IN1和IN2固定，PWM腳輸入PWM，此時是配合慢衰減調(diào)速。例如：IN1為1，IN2為0，PWM為PWM，則正轉(zhuǎn)和慢衰減相互切換；
2.另外一種是PWM腳為高電平，IN1、IN2中的一個固定另一個為PWM輸入，此時是配合快衰減調(diào)速。例如，IN1為1，IN2為PWM輸入，PWM為1，則正轉(zhuǎn)與快衰減相互切換。

★PWM的頻率一般選在5k~20kHz；

四.A4950芯片介紹

1.基本介紹

A4950是美國埃戈羅公司生產(chǎn)的一款單H橋電機驅(qū)動芯片。因此網(wǎng)上賣的模塊多是使用兩塊芯片以達到可以控制兩個直流電機的能力。

★電機驅(qū)動電壓：8~40V，輸出最大電流可達3.5A；
★內(nèi)置過溫保護，短路保護和可選擇的過流保護；

2.引腳功能

引腳名稱引腳標號I/O功能

GND	1	–	接地
IN2	2	I	H橋邏輯輸入1
IN1	3	I	H橋邏輯輸入2
VREF	4	I	邏輯電壓和用于限流比較的電壓，一般接5V
VBB	5	–	電機驅(qū)動電壓(內(nèi)部對其處理后供給邏輯電路）
OUT1	6	O	H橋輸出1
LSS	7	I	H橋的電流控制，可通過一個電阻接地限制電流(不限電流時直接接地）
OUT2	8	O	H橋輸出2
PAD	–	–	用于散熱

3.功能框圖

通過引腳說明和功能框圖可看出，此芯片不同之處有：
★只有單H橋，因此引腳較少；
★限流比較的參考電壓由外部給出（VREF腳）；因此限流值Isense=Vref/10/Rsense。如上面的模塊中，Vref接5V，Rsense為R250精密檢測電阻（0.25Ω），因此限流值為2A。
★當IN1和IN2均保持低電平1ms，芯片進入待機模式。而不是通過引腳直接控制。

4.邏輯控制

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，此芯片的驅(qū)動邏輯與上述的DRV8833PWP芯片一模一樣，因此不再單獨講解。

五.L298N芯片介紹

1.基本介紹

L298N是ST公司的一款電機驅(qū)動芯片，也是集成了雙H橋，但與上面兩個略有不同。

★電機驅(qū)動電壓3~48V；可持續(xù)工作的輸出電流為2A，峰值可達3A。
★如上圖，L298N模塊明顯比前兩個芯片模塊外接的元件多，這與L298N的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)（下面將介紹）。
★如上圖，由于該芯片在H橋上的損耗嚴重發(fā)熱較明顯（飽和壓降大），需要加裝散熱片，因此在使用上比前兩個芯片復雜，體積也相對較大。

2.引腳功能

引腳名稱引腳標號I/O功能引腳名稱引腳標號I/O功能

Sense A	1	O	H橋A的電流控制，可通過一個電阻接地限制電流(不限電流時直接接地）	VSS	9	–	給內(nèi)部邏輯電路供電，一般接5V
Out 1	2	O	H橋A的輸出1腳	Input 3	10	I	H橋B的邏輯輸入1
Out 2	3	O	H橋A的輸出2腳	Enable B	11	I	H橋B的使能控制端，高電平打開，低電平關(guān)閉
Vs	4	–	電機驅(qū)動電壓3~48V，需要一個100nF的濾波電容接地	Input 4	12	I	H橋B的邏輯輸入2
Input 1	5	I	H橋A的邏輯輸入1	Out 3	13	O	H橋B的輸出1腳
Enable A	6	I	H橋A的使能控制端，高電平打開，低電平關(guān)閉	Out 4	14	O	H橋B的輸出2腳
Input 2	7	I	H橋A的邏輯輸入2	Sense B	15	O	H橋B的電流控制，可通過一個電阻接地限制電流(不限電流時直接接地）
GND	8	–	接地

★由上表可發(fā)現(xiàn)：L298N有兩個使能控制引腳可分別控制兩個H橋是否使能。
★其余則和前兩個芯片類似。

3.功能框圖

如上圖所示：L298N的內(nèi)部功能很多都類似，比如電流檢測，H橋驅(qū)動，外接電容等；
★主要區(qū)別在于L298N的H橋采用了BJT而不是MOSFET。這就直接導致沒有寄生二極管，無法像前兩個芯片一樣實現(xiàn)續(xù)流。因此需要外接8個續(xù)流二極管。因為頻率不高，選用普通的整流二極管即可（如1N4007）。如下圖所示：

★此芯片的電流檢測腳Sense X并不像前面的芯片，其沒有在內(nèi)部進行電壓比較從而限流，從數(shù)據(jù)手冊上看，需要一個L297芯片配合進行限流。因此一般直接接地，不進行限流。

4.邏輯控制

以H橋A為例：

Enable AIN1IN2工作模式

0	X	X	滑動/快衰減
1	0	0	制動/慢衰減，用H橋下臂
1	0	1	反轉(zhuǎn)
1	1	0	正轉(zhuǎn)
1	1	1	制動/慢衰減，用H橋上臂

這也是最基礎(chǔ)的控制方式（全速轉(zhuǎn)動）；

★如果想進行速度的控制，那么一種方法是對Enable A輸入PWM， 當IN1=1，IN2=0時，即在正轉(zhuǎn)與快衰減之間來回切換，與前面原理類似，占空比越大，速度越快。

六.總結(jié)

★1.三款芯片的內(nèi)部原理和控制方式大同小異。

★2.可通過兩個H橋輸出的并聯(lián)控制一個直流電機，這樣最大驅(qū)動電流可翻倍，這在芯片的數(shù)據(jù)手冊中均有說明。

★3.以上三種芯片驅(qū)動能力排序：DRV8833<BT6612<A4950≈L298N;

★4.DRV8833、TB6612和A4950的體積小，外接元件少，使用簡單；L298N體積大，外接元件多，使用相對復雜；

★5.個人認為：A4950在這4款芯片中是比較好的選擇，雖然價格稍貴且需兩塊芯片才能實現(xiàn)雙H橋。

★6.選擇這種集成H橋芯片時，需要考慮的參數(shù)有：可承受的工作電流要大于電機的堵轉(zhuǎn)電流，防止堵轉(zhuǎn)時驅(qū)動芯片燒毀；導通電阻盡可能小，減少芯片的發(fā)熱損耗。

★7.以上四種芯片所能驅(qū)動的電流最大也就3A。對于一些堵轉(zhuǎn)電流十幾安的電機來說是遠遠不夠的。此時，所能選擇的集成H橋芯片也很少（英飛凌的BTN系列，價格較高，一般在30元以上）。因此常常采取電橋驅(qū)動+MOS管的方式自行搭建H橋。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电机驱动芯片——DRV8833、TB6612、A4950、L298N的详解与比较的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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