TB6612電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖詳解

一、TB6612芯片概述

TB6612FNG是東芝半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款高性能雙路H橋型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，專為中小功率電機(jī)控制設(shè)計(jì)。其核心優(yōu)勢(shì)在于：

1. 雙通道驅(qū)動(dòng)：可同時(shí)獨(dú)立控制兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)，滿足多電機(jī)協(xié)同工作需求。

2. 高效率設(shè)計(jì)：采用集成MOSFET的H橋結(jié)構(gòu)，無(wú)需外接散熱片，發(fā)熱量顯著低于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片（如L298N），適用于緊湊型設(shè)備。

3. 靈活控制模式：支持正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)、停止四種狀態(tài)，通過(guò)邏輯電平與PWM信號(hào)組合實(shí)現(xiàn)精確控制。

4. 寬電壓范圍：

• 電機(jī)供電電壓（VM）：2.5V至13.5V（典型值5V至12V），適配不同額定電壓的電機(jī)。

• 邏輯電壓（VCC）：2.7V至5.5V，兼容3.3V與5V單片機(jī)系統(tǒng)。

5. 高電流輸出：每通道持續(xù)輸出電流1.2A，峰值電流3.2A，滿足中小功率電機(jī)需求。

6. 高頻PWM支持：PWM輸入頻率最高可達(dá)100kHz，支持高精度調(diào)速，減少電機(jī)噪聲。

7. 保護(hù)機(jī)制：內(nèi)置熱停機(jī)保護(hù)、低壓檢測(cè)電路，提升系統(tǒng)可靠性。

二、TB6612引腳功能與電路連接

TB6612FNG采用SSOP24封裝，引腳功能如下：

1. 電源與接地引腳

• VM（引腳13、14、24）：電機(jī)供電輸入端，連接外部電源（如電池或適配器）。

• VCC（引腳20）：邏輯電路供電輸入端，通常接3.3V或5V。

• GND（引腳3、4、9、10）：接地端，需與電源負(fù)極共地。

2. 電機(jī)控制引腳

• AIN1/AIN2（引腳21、22）：控制電機(jī)A的正反轉(zhuǎn)與停止。

• BIN1/BIN2（引腳17、16）：控制電機(jī)B的正反轉(zhuǎn)與停止。

• PWMA/PWMB（引腳23、15）：PWM信號(hào)輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

3. 電機(jī)輸出引腳

• AO1/AO2（引腳1、2、5、6）：電機(jī)A的輸出端，連接電機(jī)A的正負(fù)極。

• BO1/BO2（引腳11、12、7、8）：電機(jī)B的輸出端，連接電機(jī)B的正負(fù)極。

4. 使能與待機(jī)引腳

• STBY（引腳19）：待機(jī)控制引腳，高電平（VCC）時(shí)芯片正常工作，低電平（GND）時(shí)進(jìn)入低功耗待機(jī)模式。

典型連接示例

以STM32F103C8T6單片機(jī)為例，連接方式如下：

1. 電源連接：

• VM接12V電池或適配器，VCC接3.3V/5V。

• GND與單片機(jī)GND共地。

2. 控制信號(hào)連接：

• AIN1/AIN2接STM32的GPIO（如PB0、PB1），BIN1/BIN2接GPIO（如PB2、PB3）。

• PWMA/PWMB接STM32的PWM輸出引腳（如PA8、PA9）。

3. 電機(jī)連接：

• 電機(jī)A的正負(fù)極接AO1/AO2，電機(jī)B的正負(fù)極接BO1/BO2。

4. 使能連接：

• STBY接VCC（高電平）或STM32的GPIO（可動(dòng)態(tài)控制）。

三、H橋驅(qū)動(dòng)電路原理

TB6612內(nèi)部集成了兩個(gè)H橋電路，每個(gè)H橋由四個(gè)MOSFET組成（兩個(gè)PMOS與兩個(gè)NMOS），通過(guò)開(kāi)關(guān)組合實(shí)現(xiàn)電流方向控制。

1. H橋工作模式

H橋的四種工作模式如下：

（1）正轉(zhuǎn)模式

• 邏輯輸入：AIN1=0（低電平），AIN2=1（高電平）。

• MOSFET狀態(tài)：

• 左側(cè)PMOS導(dǎo)通，左側(cè)NMOS截止。

• 右側(cè)PMOS截止，右側(cè)NMOS導(dǎo)通。

• 電流路徑：

• VM → 左側(cè)PMOS → 電機(jī)正極 → 電機(jī)負(fù)極 → 右側(cè)NMOS → GND。

• 電機(jī)狀態(tài)：正向旋轉(zhuǎn)。

（2）反轉(zhuǎn)模式

• 邏輯輸入：AIN1=1，AIN2=0。

• MOSFET狀態(tài)：

• 左側(cè)PMOS截止，左側(cè)NMOS導(dǎo)通。

• 右側(cè)PMOS導(dǎo)通，右側(cè)NMOS截止。

• 電流路徑：

• VM → 右側(cè)PMOS → 電機(jī)負(fù)極 → 電機(jī)正極 → 左側(cè)NMOS → GND。

• 電機(jī)狀態(tài)：反向旋轉(zhuǎn)。

（3）制動(dòng)模式

• 邏輯輸入：AIN1=1，AIN2=1。

• MOSFET狀態(tài)：

• 左側(cè)PMOS與NMOS均導(dǎo)通，右側(cè)PMOS與NMOS均導(dǎo)通。

• 電流路徑：

• 電機(jī)兩端短接，產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。

• 電機(jī)狀態(tài)：停止并制動(dòng)。

（4）停止模式

• 邏輯輸入：AIN1=0，AIN2=0。

• MOSFET狀態(tài)：

• 左側(cè)PMOS導(dǎo)通，左側(cè)NMOS截止。

• 右側(cè)PMOS導(dǎo)通，右側(cè)NMOS截止。

• 電流路徑：

• 電機(jī)兩端均接VM，無(wú)電流通過(guò)。

• 電機(jī)狀態(tài)：慣性停止。

2. 自舉電路原理

TB6612采用自舉電路驅(qū)動(dòng)高端PMOS，解決高端MOSFET柵極電壓不足的問(wèn)題：

1. 自舉電容充電：當(dāng)?shù)投薔MOS導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)自舉二極管對(duì)自舉電容充電，電容兩端電壓接近VM。

2. 高端PMOS驅(qū)動(dòng)：當(dāng)高端PMOS需要導(dǎo)通時(shí)，自舉電容提供高于VM的柵極電壓，確保PMOS完全導(dǎo)通。

3. 優(yōu)勢(shì)：無(wú)需額外升壓電路，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低成本。

四、PWM調(diào)速原理

PWM（脈沖寬度調(diào)制）通過(guò)調(diào)節(jié)占空比控制電機(jī)轉(zhuǎn)速：

1. 占空比與轉(zhuǎn)速關(guān)系：

• 占空比=0%：電機(jī)停止。

• 占空比=50%：電機(jī)半速旋轉(zhuǎn)。

• 占空比=100%：電機(jī)全速旋轉(zhuǎn)。

2. PWM頻率選擇：

• 典型頻率：10kHz至20kHz，避免可聽(tīng)噪聲。

• 過(guò)高頻率可能導(dǎo)致芯片響應(yīng)延遲，過(guò)低頻率可能引起電機(jī)抖動(dòng)。

3. STM32實(shí)現(xiàn)示例：

五、硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 電源濾波：

• 在VM與GND之間并聯(lián)100μF電解電容與0.1μF陶瓷電容，濾除高頻噪聲。

• 在VCC與GND之間并聯(lián)10μF電解電容與0.1μF陶瓷電容，穩(wěn)定邏輯電壓。

2. 散熱設(shè)計(jì)：

• 高電流工作時(shí)，芯片可能發(fā)熱，建議加裝散熱片或PCB鋪銅。

3. 電平匹配：

• 確保STM32的GPIO電平與TB6612的邏輯電平兼容（3.3V/5V）。

4. 電機(jī)選擇：

• 電機(jī)額定電壓需與VM匹配，電流不超過(guò)芯片持續(xù)輸出電流（1.2A）。

六、軟件控制實(shí)現(xiàn)

以下為STM32控制TB6612的完整代碼示例：

1. 初始化代碼

#include "stm32f10x.h"

// 定義引腳
#define MOTOR_AIN1_PIN GPIO_Pin_0
#define MOTOR_AIN2_PIN GPIO_Pin_1
#define MOTOR_PWMA_PIN GPIO_Pin_8
#define MOTOR_PORT GPIOA

void Motor_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

// 使能時(shí)鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

// 配置AIN1/AIN2為推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MOTOR_AIN1_PIN | MOTOR_AIN2_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(MOTOR_PORT, &GPIO_InitStructure);

// 配置PWM引腳為復(fù)用推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MOTOR_PWMA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(MOTOR_PORT, &GPIO_InitStructure);

// 初始化TIM3
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 7200 - 1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

// 初始化PWM通道
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 初始占空比0%
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

2. 電機(jī)控制函數(shù)

// 設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速與方向
void Motor_SetSpeed(int8_t speed) {
if (speed >= 0) {
// 正轉(zhuǎn)
GPIO_SetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_AIN1_PIN);
GPIO_ResetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_AIN2_PIN);
TIM_SetCompare1(TIM3, speed * 72); // 占空比=speed%
} else {
// 反轉(zhuǎn)
GPIO_ResetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_AIN1_PIN);
GPIO_SetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_AIN2_PIN);
TIM_SetCompare1(TIM3, -speed * 72); // 占空比=|speed|%
}
}

// 停止電機(jī)
void Motor_Stop(void) {
GPIO_ResetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_AIN1_PIN);
GPIO_ResetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_AIN2_PIN);
TIM_SetCompare1(TIM3, 0);
}

3. 主函數(shù)示例

int main(void) {
Motor_Init();

while (1) {
Motor_SetSpeed(50); // 正轉(zhuǎn)，50%占空比
Delay_ms(1000);
Motor_SetSpeed(-50); // 反轉(zhuǎn)，50%占空比
Delay_ms(1000);
Motor_Stop(); // 停止
Delay_ms(1000);
}
}

七、應(yīng)用場(chǎng)景與擴(kuò)展

TB6612廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

1. 機(jī)器人開(kāi)發(fā)：作為移動(dòng)底盤(pán)的動(dòng)力源，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)與調(diào)速。

2. 自動(dòng)化設(shè)備：驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如物料搬運(yùn)、分揀系統(tǒng)。

3. 教育實(shí)驗(yàn)套件：幫助學(xué)生理解電機(jī)控制原理與編程實(shí)踐。

4. 智能小車(chē)：實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。

擴(kuò)展功能

1. 多電機(jī)協(xié)同控制：通過(guò)多個(gè)TB6612芯片實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)或機(jī)械臂控制。

2. 閉環(huán)控制：結(jié)合編碼器反饋，實(shí)現(xiàn)速度或位置閉環(huán)控制。

3. 無(wú)線遙控：通過(guò)藍(lán)牙或WiFi模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電機(jī)控制。

八、總結(jié)

TB6612FNG是一款高性能、低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，適用于中小功率電機(jī)控制。通過(guò)H橋電路與PWM調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)精確的電機(jī)控制。硬件設(shè)計(jì)需注意電源濾波與散熱，軟件控制需合理配置GPIO與PWM。其廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備等領(lǐng)域，是電機(jī)控制領(lǐng)域的理想選擇。