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H橋驅動電路設計

天才小貍花 ? 來源:Sigle_chip ? 作者:Sigle_chip ? 2022-10-24 08:37 ? 次閱讀

[]()### 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

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H橋電路中間有一個直流電機M。

D1、D2、D3、D4是MOS-FET的續流二極管

[]()#### 開關狀態

下面以控制一個直流電機為例,對H橋的幾種開關狀態進行簡單的介紹,其中正轉和反轉是人為規定的方向,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

另外一種狀態則是電機反轉,此時四個開關元器件的狀態如下:

  • 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

這里以電機從正轉切換到停止狀態為例。

正轉時Q1和Q4是打開狀態,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。

第一種:

關閉Q1和Q4,這時候電流仍然會通過反向續流二極管進行流動,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,電流循環在Q2、M、Q4之間流動,通過MOS-FET的內阻將電能消耗掉。

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[]()### 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。

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相對于前文4個N型MOS管的H橋電路,此電路的一個優點就是無論控制臂狀態如何(絕不允許懸空狀態),H橋都不會出現“共態導通”(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。
審核編輯:湯梓紅

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