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介紹H橋電機驅動電路

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2022-03-18 01:06:13 13

什么是H橋

因為電路長得像字母H而得名，通常它會包含四個獨立控制的開關元器件，例如下圖有四個MOSFET開關元器件Q1、Q2、Q3、Q4。

它們通常用于驅動電流較大的負載，比如電機。

介紹H橋電機驅動電路

H橋電路中間有一個直流電機M。

D1、D2、D3、D4是MOS-FET的續(xù)流二極管；

開關狀態(tài)

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

正轉

通常H橋用來驅動感性負載，這里我們來驅動一個直流電機：

打開Q1和Q4
關閉Q2和Q3

此時假設電機正轉，電流依次經過Q1、M、Q4 ，如下圖中紅色線條所示。

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反轉

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

關閉Q1和Q4
打開Q2和Q3

此時電機反轉，電流依次經過Q2、M、Q3 ，如下圖中紅色線條所示。

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調速

如果要對直流電機調速，其中的一種方案就是：

關閉Q2和Q3
打開Q1 ，Q4上給它輸入50%占空比的PWM波形

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

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停止狀態(tài)

這里以電機從正轉切換到停止狀態(tài)為例。

正轉時Q1和Q4是打開狀態(tài)，這時候如果關閉Q1和Q4，直流電機內部可以等效成電感，也就是感性負載，電流不會突變，那么電流將繼續(xù)保持原來的方向進行流動，這時候我們希望電機里的電流可以快速衰減。

這里有兩種辦法。

*種：

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

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第二種：

準備停止的時候，關閉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的內阻將電能消耗掉。

介紹H橋電機驅動電路

補充-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型場效應管Q1、Q2與2個N型場效應管Q3、Q4組成，橋臂上的4個場效應管相當于四個開關。

介紹H橋電機驅動電路

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)導通”（短路）。

MOS管開關電路原理

P型MOS管在柵極為低電平時導通，高電平時關閉。

N型MOS管在柵極為高電平時導通，低電平時關閉。

正轉

場效應管是電壓控制型元件，柵極通過的電流幾乎為“零”。

正因為這個特點，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關閉，Q2、Q3導通。

此時，電機左端低電平、右端高電平，所以電流沿箭頭方向流動，設定此時為電機正轉。

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