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詳解PWM驅(qū)動(dòng)MOS管H橋電路

發(fā)布時(shí)間：2021-03-15 責(zé)任編輯：lina

【導(dǎo)讀】H橋是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，因?yàn)樗碾娐沸螤羁崴谱帜窰，故得名與“H橋”。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（注意：圖中只是簡(jiǎn)略示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有畫(huà)出來(lái)）。

H橋是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，因?yàn)樗碾娐沸螤羁崴谱帜窰，故得名與“H橋”。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（注意：圖中只是簡(jiǎn)略示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有畫(huà)出來(lái)）。

01H橋驅(qū)動(dòng)原理

1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)

電路首先，單片機(jī)能夠輸出直流信號(hào)，但是它的驅(qū)動(dòng)才能也是有限的，所以單片機(jī)普通做驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)大的功率管如Mos管，來(lái)產(chǎn)生大電流從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)，且占空比大小能夠經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片控制加在電機(jī)上的均勻電壓到達(dá)轉(zhuǎn)速調(diào)理的目的。電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要采用N溝道MOSFET構(gòu)建H橋驅(qū)動(dòng)電路，H 橋是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，由于它的電路外形酷似字母 H，故得名曰“H 橋”。4個(gè)開(kāi)關(guān)組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必需使對(duì)角線上的一對(duì)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)不同的電流方向來(lái)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，其連通電路如圖所示。

2）H橋驅(qū)動(dòng)原理

實(shí)踐驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路便當(dāng)?shù)乜刂崎_(kāi)關(guān)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板主要采用兩種驅(qū)動(dòng)芯片，一種是全橋驅(qū)動(dòng)HIP4082，一種是半橋驅(qū)動(dòng)IR2104，半橋電路是兩個(gè)MOS管組成的振蕩，全橋電路是四個(gè)MOS管組成的振蕩。其中，IR2104型半橋驅(qū)動(dòng)芯片能夠驅(qū)動(dòng)高端和低端兩個(gè)N溝道MOSFET，能提供較大的柵極驅(qū)動(dòng)電流，并具有硬件死區(qū)、硬件防同臂導(dǎo)通等功用。運(yùn)用兩片IR2104型半橋驅(qū)動(dòng)芯片能夠組成完好的直流電機(jī)H橋式驅(qū)動(dòng)電路，而且IR2104價(jià)錢(qián)低廉，功用完善，輸出功率相對(duì)HIP4082較低，此計(jì)劃采用較多。

另外，由于驅(qū)動(dòng)電路可能會(huì)產(chǎn)生較大的回灌電流，為避免對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生影響，最好用隔離芯片隔離，隔離芯片選取有很多方式，如2801等，這些芯片常做控制總線驅(qū)動(dòng)器，作用是進(jìn)步驅(qū)動(dòng)才能，滿足一定條件后，輸出與輸入相同，可停止數(shù)據(jù)單向傳輸，即單片機(jī)信號(hào)能夠到驅(qū)動(dòng)芯片，反過(guò)來(lái)不行。

02mos管h橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

1）典型mos管H橋直流電機(jī)控制電路

電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是由于它的外形酷似字母H。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（留意：圖1及隨后的兩個(gè)圖都只是表示圖，而不是完好的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有畫(huà)出來(lái)）。

如圖所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必需導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。依據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通狀況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必需使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖2所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)四周的箭頭指示為順時(shí)針?lè)较颍?/div>

圖3所示為另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的狀況，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)四周的箭頭表示為逆時(shí)針?lè)较颍?/div>

2）使能控制和方向邏輯

驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通十分重要。假如三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒(méi)有其他任何負(fù)載，因而電路上的電流就可能到達(dá)最大值（該電流僅受電源性能限制），以至燒壞三極管。基于上述緣由，在實(shí)踐驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路便當(dāng)?shù)乜刂迫龢O管的開(kāi)關(guān)。

改良電路在根本H橋電路的根底上增加了4個(gè)與門(mén)和2個(gè)非門(mén)。4個(gè)與門(mén)同一個(gè)“使能”導(dǎo)通訊號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。而2個(gè)非門(mén)經(jīng)過(guò)提供一種方向輸人，能夠保證任何時(shí)分在H橋的同側(cè)腿上都只要一個(gè)三極管能導(dǎo)通。（與本節(jié)前面的表示圖一樣，圖4所示也不是一個(gè)完好的電路圖，特別是圖中與門(mén)和三極管直接銜接是不能正常工作的）

采用以上辦法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需求用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。假如DIR-L信號(hào)為0，DIR-R信號(hào)為1，并且使能信號(hào)是1，那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖5所示）;假如DIR-L信號(hào)變?yōu)?，而DIR-R信號(hào)變?yōu)?，那么Q2和Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過(guò)電機(jī)。

實(shí)踐運(yùn)用的時(shí)分，用分立元件制造H橋是很費(fèi)事的，好在如今市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就能夠運(yùn)用了，在額定的電壓和電流內(nèi)運(yùn)用十分便當(dāng)牢靠。附兩張分立元件的H橋驅(qū)動(dòng)電路：