h橋驅(qū)動電路使電機正反轉(zhuǎn)原理

H橋驅(qū)動電路使電機正反轉(zhuǎn)的原理是一個在電子和電機控制領域廣泛應用的基礎知識。

一、H橋驅(qū)動電路概述

H橋驅(qū)動電路是一種用于控制直流電機正反轉(zhuǎn)及速度的電路，其名稱來源于其電路結(jié)構(gòu)類似于字母“H”。該電路通常由四個開關元件（如晶體管、MOSFET等）組成，這些開關元件被配置成可以控制電機兩端電流的方向，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。

二、H橋電路的基本結(jié)構(gòu)

H橋電路的基本結(jié)構(gòu)包含四個開關元件，通常標記為Q1、Q2、Q3和Q4，它們圍繞電機兩側(cè)配置，形成兩個“橋臂”。電機則連接在這兩個橋臂之間，成為“橋”的橫杠。具體結(jié)構(gòu)如下：

• 橋臂1 ：由Q1和Q2組成，連接電機的一端與電源的正負極。
• 橋臂2 ：由Q3和Q4組成，連接電機的另一端與電源的正負極。

此外，為了保護電路中的開關元件免受電機反電動勢的影響，通常還會在每個開關元件旁邊并聯(lián)一個續(xù)流二極管（如D1、D2、D3、D4）。

由于電動閥的線圈呈現(xiàn)感性。當正向或者反向驅(qū)動信號斷開時，流過線圈的電流不能突變。
在線圈兩端會產(chǎn)生與驅(qū)動信號反相的反向電動勢。

一般的做法是在閥門的線圈兩端并聯(lián)雙向TVS，或者兩個反向串聯(lián)穩(wěn)壓二極管。
在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率，并把反向電動勢鉗位到一定的電壓。

雙向TVS或者反向串聯(lián)穩(wěn)壓二極管吸收反向電動勢

還有一種辦法是通過并聯(lián)在上下橋臂驅(qū)動管兩端的二極管構(gòu)成續(xù)流通路，以降低反向電動勢的幅度。
如果驅(qū)動管為MOS管，則內(nèi)部體寄生二極管可用于提供續(xù)流通路。
YOUT_04, YOUT_01驅(qū)動高電平，YOUT_00, YOUT_05輸出低電平。
Q1,Q6導通，電流的流向為，
VH->Q1的E極->Q1的C極->閥門線圈->Q6的C極->Q6的E極->參考地。
在電流的驅(qū)動下，閥門被打開。

正向輸出的的電流流向

斷開驅(qū)動信號時，下橋臂YOUT_01首先輸出低電平，關斷下橋臂。
延時一段時間，大概50ms之后，上橋臂YOUT_04再輸出低電平，關斷上橋臂。
在這段延時時間內(nèi)，流過閥門線圈的電流并不會立即切斷，而是形成了
VH->Q1的E極->Q1的C極->閥門線圈->二極管D8->VH的續(xù)流通路。

三、H橋驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)的原理

1. 正轉(zhuǎn)模式

當需要電機正向轉(zhuǎn)動時，控制信號使Q1和Q4導通（即閉合），同時Q2和Q3斷開（即打開）。此時，電流從電源的正極經(jīng)過Q1流向電機的一端，再從電機的另一端經(jīng)過Q4流回電源的負極，形成正向電流。根據(jù)安培定則（即電流在磁場中受力的方向與電流方向和磁場方向都垂直，且滿足左手定則），電機內(nèi)部的磁場與電流方向相同，從而驅(qū)動電機按照預定的方向旋轉(zhuǎn)。

2. 反轉(zhuǎn)模式

當需要電機反向轉(zhuǎn)動時，控制信號使Q2和Q3導通，同時Q1和Q4斷開。此時，電流從電源的正極經(jīng)過Q2流向電機的另一端，再從電機的一端經(jīng)過Q3流回電源的負極，形成反向電流。同樣根據(jù)安培定則，電機內(nèi)部的磁場與電流方向相反，從而驅(qū)動電機反向旋轉(zhuǎn)。

四、H橋電路的調(diào)速與制動

1. 調(diào)速

H橋電路還可以通過調(diào)整開關元件的通斷時間（即占空比）來實現(xiàn)電機的調(diào)速。這通常通過脈寬調(diào)制（PWM）信號來實現(xiàn)。PWM信號是一種在固定周期內(nèi)改變高電平持續(xù)時間的信號，其占空比（即高電平時間占總周期的比例）決定了平均電壓的大小。當PWM信號控制H橋電路時，通過改變PWM信號的占空比可以改變電機兩端的平均電壓，進而改變電機的轉(zhuǎn)速。占空比越大，平均電壓越高，電機轉(zhuǎn)速越快；占空比越小，平均電壓越低，電機轉(zhuǎn)速越慢。

2. 制動

當需要電機快速停止時，可以通過關閉所有開關元件（即Q1、Q2、Q3和Q4都斷開）來切斷電機兩端的電流。此時，電機內(nèi)部的磁場迅速消失，電機將迅速停止轉(zhuǎn)動。另外，也可以通過使對角線上的兩個開關元件（如Q1和Q3或Q2和Q4）同時導通，將電機兩端短路，形成電機制動狀態(tài)，使電機迅速停止轉(zhuǎn)動。這種制動方式稱為動態(tài)制動或回饋制動。

五、H橋電路的特點與應用

1. 特點

• 雙向控制 ：H橋電路能夠控制電機電流的方向，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。
• 調(diào)速方便 ：通過PWM信號控制開關元件的通斷時間，可以方便地實現(xiàn)電機的調(diào)速。
• 制動靈活 ：支持多種制動方式，包括自由停車、動態(tài)制動等。
• 保護電路 ：通過并聯(lián)續(xù)流二極管等元件，可以保護電路中的開關元件免受電機反電動勢的影響。

2. 應用

H橋驅(qū)動電路廣泛應用于需要控制直流電機正反轉(zhuǎn)及速度的場合，如機器人、汽車、飛行器等領域。在機器人技術中，H橋電路常用于控制機器人的關節(jié)運動；在汽車領域，H橋電路可用于控制電動汽車的驅(qū)動電機；在飛行器中，H橋電路則可用于控制螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向和速度。

六、結(jié)論

H橋驅(qū)動電路是一種簡單而有效的電路，它通過控制電機兩端電流的方向來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。該電路具有雙向控制、調(diào)速方便、制動靈活等特點，并廣泛應用于各種需要控制直流電機運動的場合。隨著電子技術的不斷發(fā)展，H橋驅(qū)動電路的性能也將不斷提升，為電機控制領域帶來更多的便利和創(chuàng)新。