第2章电机驱动基础

2. 电机驱动基础：H桥电路原理、PWM调速原理、电机驱动芯片选型

各位同学，欢迎来到第二章。上一章我们聊了直流有刷电机的基本特性，今天要讲的，才是真正让电机“动起来”的核心——驱动电路。

说白了，单片机那点电流，连个LED都带得勉强，更别说驱动窗帘电机了。我们需要一个“功率放大器”，把控制信号放大成能驱动电机的大电流。而H桥，就是干这个活的经典方案。

2.1 H桥电路原理

H桥这个名字，你一看电路图就明白了。四个开关管（通常是MOSFET或三极管）摆成“H”形，电机接在中间横杠上。通过控制这四个管的通断，我们能实现电机的正转、反转、刹车和滑行。

我刚开始学的时候，总觉得这东西很神秘。其实说白了，就是两组“推挽”结构。

正转：左上管 + 右下管导通，电流从左往右流过电机。
反转：右上管 + 左下管导通，电流从右往左流过电机。
刹车（急停）：两个下管同时导通，电机两端短路，利用反电动势快速制动。
滑行（惰行）：所有管子都断开，电机靠惯性自由旋转。

关键点：绝对不能让左上和左下（或右上和右下）同时导通！这叫“直通”，相当于把电源正负极直接短路。我在项目里见过一次，MOS管瞬间冒烟，板子直接报废。所以，驱动芯片内部都会设计死区时间，防止这种情况。

2.2 PWM调速原理

电机转速怎么调？调电压呗。但单片机没法输出连续可调的模拟电压，怎么办？

PWM（脉冲宽度调制）就是答案。我们输出一串方波，通过改变高电平的占空比，来等效地改变平均电压。

占空比 100%：全速前进。
占空比 50%：半速。
占空比 0%：停止。

你想想看，电机是个大电感，它对电流有平滑作用。PWM频率足够高时（通常几kHz到几十kHz），电流纹波很小，电机转起来就很平稳，几乎听不到“滋滋”声。

我的经验：窗帘电机对噪音比较敏感，我一般选10kHz~20kHz的PWM频率。太低会有啸叫，太高会增加MOS管的开关损耗。另外，启动时我会用“软启动”——占空比从0逐渐升到目标值，这样能避免冲击电流，保护机械结构。

2.3 电机驱动芯片选型

自己搭H桥？当然可以，但费时费力，还容易出问题。现在市面上有大量集成驱动芯片，把H桥、保护电路、逻辑控制都封装好了。我们直接选型就行。

这里我重点讲三款常用的芯片：L298N、DRV8833、TB6612。它们各有特点，适合不同的场景。

参数	L298N	DRV8833	TB6612
最大电流	2A（峰值）	1.5A（峰值）	1.2A（峰值）
工作电压	4.5V ~ 46V	2.7V ~ 10.8V	2.7V ~ 13.5V
导通电阻	较大（双极型）	较小（MOSFET）	较小（MOSFET）
封装	MultiWatt15（大）	QFN/TSSOP（小）	SSOP24（小）
特点	经典、皮实、压降大	低功耗、带电流检测	低功耗、效率高

2.3.1 L298N

这芯片太经典了，我大学做智能车时就在用。它是个双极型晶体管H桥，优点是耐压高、电流大、皮实耐操。缺点也很明显——压降大（约2V），发热严重，效率低。

用在窗帘电机上？我个人不太建议。窗帘电机通常用12V供电，L298N一上去就吃掉2V，电机实际只有10V，转速和力矩都会打折扣。而且它体积大，不适合做在窗帘盒里。

注意：L298N的使能引脚（ENA/ENB）必须接PWM才能调速。我曾经见过有人直接把使能接VCC，然后靠IN1/IN2的切换来调速——那是错的，那样只能全速或停止，没法平滑调速。

2.3.2 DRV8833

DRV8833是我现在用得最多的芯片。它是MOSFET结构的，导通电阻只有几百毫欧，发热小，效率高。工作电压范围2.7V~10.8V，刚好覆盖3.3V和5V系统，也兼容12V（但要注意极限）。

它还有个很实用的功能——内置电流检测。通过一个引脚输出与电机电流成比例的电压，我们可以做堵转保护或恒流控制。嗯，这个在窗帘防夹手功能里特别有用。

// DRV8833 控制示例（Arduino）
// 定义引脚
#define AIN1 5
#define AIN2 6
#define PWMA 9

void setup() {
  pinMode(AIN1, OUTPUT);
  pinMode(AIN2, OUTPUT);
  pinMode(PWMA, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 正转，50% 占空比
  digitalWrite(AIN1, HIGH);
  digitalWrite(AIN2, LOW);
  analogWrite(PWMA, 128);  // 0-255
  delay(2000);

  // 刹车
  digitalWrite(AIN1, HIGH);
  digitalWrite(AIN2, HIGH);
  analogWrite(PWMA, 255);
  delay(1000);

  // 反转，75% 占空比
  digitalWrite(AIN1, LOW);
  digitalWrite(AIN2, HIGH);
  analogWrite(PWMA, 192);
  delay(2000);
}

2.3.3 TB6612

TB6612是东芝的产品，性能和DRV8833类似，也是MOSFET结构。它的最大优势是效率高，在低压下表现很好。我记得有一次做电池供电的窗帘，TB6612的待机电流只有几微安，非常适合低功耗场景。

不过它的封装是SSOP24，引脚间距小，手工焊接有点费劲。我建议用现成的模块，淘宝上几块钱一个，省心。

选型建议：

如果做12V窗帘电机，电流在1A以内，我推荐TB6612或DRV8833。
如果电流超过1.5A，或者电压超过12V，可以考虑L298N，或者直接上分立MOSFET方案。
如果做电池供电的低功耗产品，TB6612的待机特性更好。

好了，这一章的内容就到这里。H桥是电机驱动的基石，PWM是调速的灵魂，选对芯片能让你少走很多弯路。下一章，我们会把这些知识串起来，开始讲窗帘电机的实际控制逻辑——怎么让电机平稳启动、精准停止、遇到阻力自动反转。

到时候见。

📚 课程目录

2. 电机驱动基础：H桥电路原理、PWM调速原理、电机驱动芯片选型

2.1 H桥电路原理

2.2 PWM调速原理

2.3 电机驱动芯片选型

2.3.1 L298N

2.3.2 DRV8833

2.3.3 TB6612