【元件知識】H橋驅(qū)動電路設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)

H橋

因?yàn)殡娐烽L得像字母H而得名，通常它會包含四個獨(dú)立控制的開關(guān)元器件，例如下圖有四個MOSFET開關(guān)元器件Q1、Q2、Q3、Q4。

它們通常用于驅(qū)動電流較大的負(fù)載，比如電機(jī)。

H橋電路中間有一個直流電機(jī)M。

D1、D2、D3、D4是MOS-FET的續(xù)流二極管；

開關(guān)狀態(tài)

下面以控制一個直流電機(jī)為例，對H橋的幾種開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行簡單的介紹，其中正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是人為規(guī)定的方向，實(shí)際工程中按照實(shí)際情況進(jìn)行劃分即可。

正轉(zhuǎn)

通常H橋用來驅(qū)動感性負(fù)載，這里我們來驅(qū)動一個直流電機(jī)：

打開Q1和Q4

關(guān)閉Q2和Q3

此時假設(shè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，電流依次經(jīng)過Q1、M、Q4 ，如下圖中紅色線條所示。

反轉(zhuǎn)

另外一種狀態(tài)則是電機(jī)反轉(zhuǎn)，此時四個開關(guān)元器件的狀態(tài)如下：

關(guān)閉Q1和Q4

打開Q2和Q3

此時電機(jī)反轉(zhuǎn)，電流依次經(jīng)過Q2、M、Q3 ，如下圖中紅色線條所示。

調(diào)速

如果要對直流電機(jī)調(diào)速，其中的一種方案就是：

關(guān)閉Q2和Q3

打開Q1 ，Q4上給它輸入50%占空比的PWM波形

這樣就達(dá)到了降低轉(zhuǎn)速的效果，如果需要增加轉(zhuǎn)速，則將輸入PWM的占空比設(shè)置為100%，電流方向如下圖中紅色線條所示。

停止?fàn)顟B(tài)

這里以電機(jī)從正轉(zhuǎn)切換到停止?fàn)顟B(tài)為例。

正轉(zhuǎn)時Q1和Q4是打開狀態(tài)，這時候如果關(guān)閉Q1和Q4，直流電機(jī)內(nèi)部可以等效成電感，也就是感性負(fù)載，電流不會突變，那么電流將繼續(xù)保持原來的方向進(jìn)行流動，這時候我們希望電機(jī)里的電流可以快速衰減。

這里有兩種辦法。

第一種：

關(guān)閉Q1和Q4，這時候電流仍然會通過反向續(xù)流二極管進(jìn)行流動，此時短暫打開Q1和Q3從而達(dá)到快速衰減電流的目的，電流方向如下圖中紅色線條所示。

第二種：

準(zhǔn)備停止的時候，關(guān)閉Q1、打開Q2，這時候電流并不會衰減地很快，電流循環(huán)在Q2、M、Q4之間流動，通過MOS-FET的內(nèi)阻將電能消耗掉。

另外一種H橋電路

上文中是包含4個N型MOS管的H橋，另外還有包含2個N型、2個P型MOS管的H橋，下圖就是這種H橋電路。它由2個P型場效應(yīng)管Q1、Q2與2個N型場效應(yīng)管Q3、Q4組成，橋臂上的4個場效應(yīng)管相當(dāng)于四個開關(guān)。

相對于前文4個N型MOS管的H橋電路，此電路的一個優(yōu)點(diǎn)就是無論控制臂狀態(tài)如何（絕不允許懸空狀態(tài)），H橋都不會出現(xiàn)“共態(tài)導(dǎo)通”（短路）。

MOS管開關(guān)電路原理

P型MOS管在柵極為低電平時導(dǎo)通，高電平時關(guān)閉。

N型MOS管在柵極為高電平時導(dǎo)通，低電平時關(guān)閉。

正轉(zhuǎn)

場效應(yīng)管是電壓控制型元件，柵極通過的電流幾乎為“零”。

正因?yàn)檫@個特點(diǎn)，在連接好上圖電路后，控制臂1置高電平（U=VCC）、控制臂2置低電平（U=0）時，Q1、Q4關(guān)閉，Q2、Q3導(dǎo)通。

此時，電機(jī)左端低電平、右端高電平，所以電流沿箭頭方向流動，設(shè)定此時為電機(jī)正轉(zhuǎn)。

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