单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理

雨飞工作室 2026-10-01 07:53

一、单片机引脚为什么无法直接控制电机或风扇?

实际上,单片机的控制引脚,包括51单片机或者STM32的引脚,一般只是作为信号电流,其引脚驱动能力都比较弱,一般都在10-20mA;而查看STM32规格书可知,其引脚的驱动电流最大为25mA。

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图1

5V直流电机或者散热风扇工作电流一般都在100mA以上,如果直接接到单片机引脚上,当引脚输出高电平时,引脚的电压可能在1-2V,导致无法驱动电机及风扇。所以为了提高单片机引脚的驱动能力,往往要使用三极管或者MOS管作为驱动元件,单片机通过三极管或MOS管的通断,间接来控制电机或风扇,以此达到增大单片机引脚的驱动能力。


1.51单片机引脚控制

采用51单片机控制来控制+5V直流电机或者风扇时,一般可采用NPN或NMOS和PNP或PMOS两种方式;两种电路的电流驱动能力取决于所使用的三极管或MOS管,而单片机引脚只起到电路开关作用。如下图:

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图2

NPN驱动电路

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图3

PNP驱动电路

2.STM32单片机引脚控制

如果采用STM32来控制+5V的电路,由于MCU的电平范围为0-3.3V,其控制电路还需要再改造一下。说明一下,STM32引脚只有部分引脚能耐受+5V电压,部分是无法耐受+5V电压。至于如何判断该引脚是否能耐受+5V电压,可查看STM32规格书:引脚标注由“FT”字样,表示该引脚可耐受+5V电压。如图:

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图4

为了使单片机引脚能匹配驱动电路的控制电平,需让单片机引脚输出高电平时,电压能达到+5V。其方法主要由两种:


法1:MCU引脚设置为开漏输出,然后引脚使用10k电阻上拉至+5V,这样就可使STM32输出高电平时,电压为+5V。如图:

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图5

法2:MCU引脚设置为推挽输出,驱动电路采用NPN+PNP或NPN+NPN电路。MCU引脚使用+3.3V电压控制NPN电路,NPN电路输出+5V电压来控制NPN电路(NPN+PNP模式为单片机输出高电平导通;NPN+NPN模式为单片机输出低电平导通);其控制电路如图:

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图6

只要单片机引脚控制电平与驱动电路所要求的控制电压匹配,单片机采用较稳定地控

制驱动电路。


二、手持小风扇的电路原理

电商平台比如拼夕夕上的手持小风扇,几块钱就可以包邮到家:

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图7

单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图8
开拆,这是正面:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图9
这是背面,可以看到电池仓,用来放1颗18650电池:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图10
铭牌上标注了参数:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图11
仔细看名牌,会发现它乱标参数,比如不应该标“Output voltage”,因为这不是需要往外输出电压的充电宝。卸掉两颗螺丝,轻松拆开:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图12
里面只有一块小电路板:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图13
根据实物绘制电路原理图:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图14
与电路原理图对应,在实物图上进行标注:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图15
电路大体可以分为两部分:
1.电源电路(充电电路):
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图16
当USB插座CN1插入电源时,Vmain的电压为5V。
充电芯片U2对电池进行充电,同时红色的LED1亮起:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图17
2.主控电路:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图18
单片机U1型号不详,其通过PWM(脉冲宽度调制)来调节风扇的转速:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图19
可以设置不同的PWM占空比来调节风扇的转速:
单片机控制直流电机电路解析,以及手持小风扇的电路原理图20
举例:
①当PWM为25% duty cycle时,转速为25%;
②当PWM为50% duty cycle时,转速为50%;
③当PWM为100% duty cycle时,转速为100%。
当风扇为开启状态时,蓝色灯LED2会亮起,注意这里没有使用限流电阻。

下面测量功耗,用可调电源3.7V代替18650电池对小风扇进行供电:
关机状态下,电流为0;
一档风力时,电流为0.214A;
二档风力时,电流为0.262A;
三档风力时,电流为0.356A。

通过上面的分析,可以看出这是一支价格便宜、原理简单的手持小风扇,有明显的改进空间,比如没有USB的防反接电路,电池供电时二极管D1会导致能量浪费等。

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