用PMOS跟NMOS做H橋控制直流電機的正反轉(zhuǎn)

大家好，今天講解用PMOS跟NMOS做H橋控制直流電機的正反轉(zhuǎn)。

我們先來看一個簡單的由機械開關(guān)組成的電路，如下圖：

四個開關(guān)ABCD這樣子接，一個直流電機橫接在中間，上邊AB開關(guān)一端接電源正極，下邊CD開關(guān)一端接電源負(fù)極。

這樣的一個電路就可以控制直流電機的正反轉(zhuǎn)。如果AD開關(guān)同時閉合，BC開關(guān)同時斷開，那么電源正極的電流就會流過A開關(guān)，流過電機，再流過D開關(guān)，然后回到電源負(fù)極，這就產(chǎn)生了一條電流回路，電機就會旋轉(zhuǎn)，我們姑且記為正轉(zhuǎn)，電流回路如下圖：

如果AD開關(guān)同時斷開，BC開關(guān)同時閉合，那么電源正極的電流就會流過B開關(guān)，流過電機，再流過C開關(guān)，然后回到電源負(fù)極，這就又產(chǎn)生了一條電流回路，電機也會旋轉(zhuǎn)，這時候的轉(zhuǎn)動方向就跟剛才相反了，這就實現(xiàn)了對電機的正反轉(zhuǎn)控制。電機反轉(zhuǎn)的電流回路如下圖：

這樣的電路看起來像不像一個大寫的英文字母H，中間的直流電機像一座橋一樣架在橋臂的兩邊，所以我們就把這樣的驅(qū)動電路叫作H橋。

我們知道三極管和MOS管都可以當(dāng)作開關(guān)來用，所以我們就可以用三極管或者M(jìn)OS管來代替這些機械開關(guān)，做成一個由電子開關(guān)組成的H橋。

MOS管都可以當(dāng)作開關(guān)來用，所以我們就可以用三極管或者M(jìn)OS管來代替這些機械開關(guān)，做成一個由電子開關(guān)組成的H橋。

講一下由MOS管組成的H橋，看到電路圖：

兩個PMOS接在上邊作為上橋臂，兩個NMOS接在下邊作為下橋臂，經(jīng)過上一期教程的學(xué)習(xí)我們知道，要想讓PMOS導(dǎo)通，那么PMOS柵極的電壓就要低于源極的電壓，而且柵源之間的電壓要低于開啟電壓。由于這個PMOS的源極接了電源正極，所以我們只要將它的柵極接地，拉低到0V或者接近于0V，那么就足以讓它完全導(dǎo)通了。下橋臂的NMOS源極接地，要讓它導(dǎo)通，那么柵極給的電壓就要大于源極的電壓，而且要大于開啟電壓，用一般常見的MOS管，給到10V左右就能完全導(dǎo)通了。

所以，這個由MOS管組成的H橋它的控制邏輯是這樣的：

左上角這個PMOS給0V，右下角這個NMOS給10V，這樣形成電流通路電機就能轉(zhuǎn)動起來了，假設(shè)現(xiàn)在電機是正轉(zhuǎn)。

右上角的PMOS給0V，左下角的NMOS給10V，同樣形成電流通路，電機的轉(zhuǎn)動方向就與剛才相反了。

如果是這樣控制的話就得占用單片機或者遙控模塊4個端口，有點浪費IO口，而且單片機IO口的電平一般是3.3V或者5V，不足以使NMOS完全導(dǎo)通，那么我們把電路改成下圖這樣：

將PMOS和NMOS的柵極接到一起，然后接個100K的電阻上拉到電源，再用一個NPN三極管來控制它們的柵極，這樣就可以將這個H橋控制引腳簡化為兩個，而且可以用3.3V或者5V的單片機來控制。

它的原理是這樣的：左邊的三極管給高電平，右邊的三極管給低電平，那么左邊的三極管導(dǎo)通，兩個MOS管的柵極就會被拉低接地，接近于0V，此時PMOS導(dǎo)通，NMOS關(guān)閉。右邊的三極管給低電平截止不通，此時兩個MOS管的柵極得到的是接近于電源的電壓，這時PMOS關(guān)閉，NMOS導(dǎo)通，對角的兩個MOS導(dǎo)通了，那么就有電流流過電機，電機就轉(zhuǎn)動起來了。

同樣的道理，當(dāng)左邊的三極管給低電平，右邊的三極管給高電平，那么電機就會反轉(zhuǎn)了。

如果左右兩邊的三極管都給低電平，那么是底下的兩個NMOS導(dǎo)通。

如果左右兩邊的三極管都給高電平，那么是上邊的兩個PMOS導(dǎo)通。

用MOS管或者三極管搭H橋驅(qū)動電路一定要注意，千萬不要讓同側(cè)的管子同時導(dǎo)通，同側(cè)的管子同時導(dǎo)通相當(dāng)于直接將電源的正負(fù)短接，輕則燒MOS，重則燒電源，很危險的。

最后來講講這個H橋為什么上橋臂要用PMOS，下臂要用NMOS，簡單來說就是這樣做好控制。如果上下臂全都用NMOS的話，由于漏極接電源正極，而源極的電壓是不固定的，這就無法確定控制NMOS導(dǎo)通的柵極電壓，因為源極對地的電壓有兩種狀態(tài)，當(dāng)這個NMOS截止時為低電平，而導(dǎo)通時又接近于電源電壓，這樣上橋臂的NMOS就沒辦法正常工作了。

當(dāng)然也不是說NMOS就不可以當(dāng)上管，NMOS是可以當(dāng)上管的，只是控制電路會比較復(fù)雜，需要用到半橋驅(qū)動芯片或者用隔離電源控制。如果所控制的電機功率不是很大，而使用PMOS當(dāng)上管就能解決我們的問題，就沒必要增加電路難度使得電路復(fù)雜化。

由于電機是感性負(fù)載，所以為了使得電機在啟動和停止的瞬間不損壞MOS管，我們需要在接電機的地方加上四個二極管，提供一個泄放回路，如下圖：

上圖這個電路中給出的各元件的參數(shù)都是可以直接用的，我按照這個電路圖也做了兩個H橋，用來控制我的漫游車，經(jīng)過測試，在12V供電的情況下，控制兩個百來瓦的電機，不暴力駕駛，正反轉(zhuǎn)切換的頻率不是很高的話，這個電路是可以穩(wěn)定的工作的。

上圖是用433MHz無線遙控模塊輸出控制信號接自己做的H橋控制775電機的正反轉(zhuǎn)，正反轉(zhuǎn)控制非常方便。

上面兩圖是用自己做的兩個H橋控制這么大的車子，電機是120W的直流減速電機，正反轉(zhuǎn)控制相當(dāng)靈活。

附上個動圖：

好的，本期教程就到這里，喜歡我的文章請點贊評論支持我，感謝大家的觀看，我們下期再見，拜拜~