電源開發(fā)技術(shù)講解之關(guān)于H橋的理解與應(yīng)用

很多用電器對電源極性要求不高，如點燈，正反接都可以工作，而且現(xiàn)象都差不多，也有的用電器對電源極性敏感，而且接反了就不工作，例如多數(shù)半導(dǎo)體器件，LED等；但也有的用電器對電源極性敏感，但正反接都可以工作，區(qū)別是正反接變現(xiàn)出來的現(xiàn)象不同，如普通直流電磁電機，因為電流方向不同，線圈產(chǎn)生的磁極方向會不同，從而旋轉(zhuǎn)方向不同。這樣的特性使得電動車，遙控玩具車可以實現(xiàn)前進，倒退。

要實現(xiàn)電源極性的改變比普通情況下實現(xiàn)開關(guān)閉合/打開要復(fù)雜，因為普通開關(guān)通斷只要實現(xiàn)一根線上的通斷，就可以實現(xiàn)整個電路電流的通斷，而改變極性則需要同時實現(xiàn)兩條線上供電的改變(原正極變負極，負極變正極)，要實現(xiàn)這一功能，普通的單刀雙擲開關(guān)也無法實現(xiàn)，需要使用雙刀雙擲開關(guān)。

如圖撥一下開關(guān)就可以改變直流電機旋轉(zhuǎn)的方向。

但是，如果我只有單刀雙擲開關(guān)，但是我也想控制電機正反轉(zhuǎn)，這樣可以么，實際上是可以的，但是復(fù)雜度就增加了，因為單刀雙擲開關(guān)一次只能打開一條線，例如：我用單刀雙擲開關(guān)把正極連接電機的電路打開，還需要通過一些部件間接地把電機另一個接線柱與負極的線路打開，完成這個功能的是三極管：

不過這樣，效率沒有用雙刀雙擲開關(guān)高，因為電路需要用一小部分電流去使電機與負極導(dǎo)通，三極管還會有一定的壓降，但是為了方便，這點效率損失是可以容忍的。

一個單刀雙擲開關(guān)在某些意義上也可以用兩個單刀單擲開關(guān)代替，于是電路就變成了：

這個電路貌似與單刀雙擲開關(guān)那個是一樣的，但實際上有點區(qū)別：單刀雙擲開關(guān)同一時刻只能聯(lián)通一個觸點，所以電機要么正傳，要么翻轉(zhuǎn)，而這個電路中可能兩個開關(guān)同時閉合，其實，這時也就引入了危險：兩個開關(guān)同時閉合，兩個三極管基極都加上了正電壓，兩個三極管都導(dǎo)通，電機兩端短路不會工作，三極管把電源短路，最終可能導(dǎo)致電源或三極管燒毀。

這個電路雖然帶來了短路的危險，但是相比單刀雙擲開關(guān)，他可以完全關(guān)斷電路，而且只要使用時注意不要同時打開兩個開關(guān)，其實還是可行的。

在很多場合，我們并不適用開關(guān)來實現(xiàn)電機旋轉(zhuǎn)方式的調(diào)整，而是通過數(shù)字電路來控制電機轉(zhuǎn)動方向，甚至實現(xiàn)ＰＷＭ調(diào)速，用ＭＣＵ的ＩＯ通過編程可以很容易實現(xiàn)與正極之間的可控單刀單擲開關(guān)的功能，也就是給ＭＣＵ對應(yīng)ＩＯ輸出１；

然而ＭＣＵ驅(qū)動能力一般很弱，因此還需要一個三極管來提高ＭＣＵ的驅(qū)動能力，因此電路就變成了：

這個時候的電路已經(jīng)是一個完整的Ｈ橋了，如果我們不看三極管的基極部分電路，Ｈ橋其實就是四個三極管加一個直流電機，至于要用ＰＮＰ還是ＮＰＮ三極管，完全取決于應(yīng)用，所以拓廣一下，Ｈ橋一般有以下四種：

用兩種三極管：

只用一種三極管：

電路中省掉了電阻，實際應(yīng)用中基極一般要接電阻限流。

由于ＭＣＵ驅(qū)動能力各不相同，三極管放大后電流會有所差異，為了減小差異，往往采用達林頓管，即兩個三極管連接來提高驅(qū)動能力：

很多ＭＣＵ功率驅(qū)動芯片已經(jīng)集成了達林頓管，如ULN2003,ULN2308等，可以提供500ma驅(qū)動電流，用來驅(qū)動普通5VTT電機還是可以的。這時外圍電路就很簡單了：

但是，不管怎樣，短路的問題還是沒有解決，一旦程序錯誤，電路將面臨短路問題，解決辦法是使用一些邏輯門電路，使兩個ＩＯ同時輸出１時三極管不工作：

理論上來說，用兩個非門就解決問題了：

由于有了反相器，不管ＩＯ輸入是什么，Ｈ的豎線上兩個三極管永遠不可能同時工作。

我們?yōu)榱朔乐雇＼嚭箅姍C由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生反向電動勢燒橋，往往要用四個三極管來把反向電動勢用個橋式整流電路整流后灌進電源里去。

但是如果電源上有輸出二極管，這種電路是沒有作用的。

常用的L298N就是個集成了H橋的集成電路：

可以用來驅(qū)動兩個直流電機，可以防止短路；

內(nèi)部等效電路：

X寶上有用L298n做成的模塊，到手即用，加入了二極管防反向電動勢：

l298n功率大但不便宜，如果電機功率很小，就沒有必要用它，自己搭一個H橋就行了。

此外，小功率H橋八腳芯片LG9110H也是很常用的，它可以提供750ma驅(qū)動電流，可以防雙高電平短路，一般小電機完全可以驅(qū)動，但缺點是一塊芯片只能驅(qū)動一個電機，而且MCU需要輸出200uA以上電流才能驅(qū)動該芯片，如果MCU驅(qū)動能力不足需要用上拉電阻。

應(yīng)用電路