h桥驱动电路工作原理焊接(h桥逆变器电路工作原理)

一、H桥原理

典型的DC电机控制电路如图1所示。该电路因外形酷似字母H而被命名为“H桥驱动电路”,四个三极管组成H的四个竖腿,电机为H中的横条(注:图1及以下两图仅为原理图,非完整电路图,其中未显示三极管的驱动电路)。

如图所示,H桥电机驱动电路包括四个三极管和一个电机。要使马达运转,必须打开对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况,电流可以从左到右或从右到左流过电机,从而控制电机的转向。

图1 H桥电机驱动电路

为了使马达运转,必须打开对角线上的一对三极管。例如,如图2所示,当晶体管Q1和晶体管Q4导通时,电流将通过晶体管Q1从左向右流过电机,然后返回晶体管Q4。如图中电流箭头所示,这个方向的电流会带动电机顺时针旋转。

当晶体管Q1和Q4导通时,电流将从左到右流过电机,从而驱动电机沿特定方向旋转(电机周围的箭头表示顺时针方向)。

图2 H桥电路驱动电机顺时针旋转。

图3示出了另一对晶体管Q2和Q3导通,电流将从右向左流过电机。

当晶体管Q2和Q3导通时,电流将从右向左流过电机,从而驱动电机向另一个方向旋转(电机周围的箭头为逆时针方向)。

图3 H桥电路驱动电机逆时针旋转

第二,启用控制和方向逻辑

驱动电机时,保证H桥同一侧的两个三极管不会同时导通是非常重要的。如果晶体管Q1和Q2同时导通,电流将通过这两个晶体管从正极直接流到负极。此时电路中除了三极管没有其他负载,所以电路上的电流可能会达到最大值(电流只受电源性能限制),甚至烧坏三极管。

基于以上原因,在实际的驱动电路中,通常采用硬件电路来方便地控制三极管的开关。

图4显示了基于这种考虑的改进电路,它在基本的H桥电路上增加了四个与门和两个非门。四个与门连接同一个“使能”导通信号,这样整个电路的开关就可以被这个信号控制。两个“非”门可以通过提供方向输入来确保H桥同一支路上只有一个晶体管可以在任何时候导通。(和本节前面的原理图一样,图4所示的图也不是一个完整的电路图,尤其是图中与门和三极管的直接连接无法正常工作。)

图4具有使能控制和方向逻辑的H桥电路

采用上述方法,电机的运行只需由三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。

。如果DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1,那么三极管Q1和Q4导通,电流从左至右流经电机(如图4.16所示);如果DIR-L信号变为1,而DIR-R信号变为0,那么Q2和Q3将导通,电流则反向流过电机。

图5 使能信号与方向信号的使用

实际使用的时候,用分立件制作H桥式是很麻烦的,好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路,接上电源、电机和控制信号就可以使用了,在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

三、MOS管H桥

1、上臂PMOS,下臂NMOS

它由2 个P型场效应管Q1、Q2 与2 个N 型场效应管Q3、Q3 组成,所以它叫P-NMOS 管H 桥。

桥臂上的4 个场效应管相当于四个开关,P 型管在栅极为低电平时导通,高电平时关闭;N 型管在栅极为高电平时导通,低电平时关闭。场效应管是电压控制型元件,栅极通过的电流几乎为“零”。

正因为这个特点,在连接好下图电路后,控制臂1 置高电平(U=VCC)、控制臂2 置低电平(U=0)时,Q1、Q4 关闭,Q2、Q3 导通,电机左端低电平,右端高电平,所以电流沿箭头方向流动。设为电机正转。

图6 控制臂1高电平,控制臂2低电平,正转

控制臂1 置低电平、控制臂2 置高电平时,Q2、Q3 关闭,Q1、Q4 导通,电机左端高电平,右端低电平,所以电流沿箭头方向流动。设为电机反转。

图7 控制臂1低电平,控制臂2高电平,反转

当控制臂1、2 均为低电平时,Q1、Q2 导通,Q3、Q4 关闭,电机两端均为高电平,电机不转;

当控制臂1、2 均为高电平时,Q1、Q2 关闭,Q3、Q4 导通,电机两端均为低电平,电机也不转,

所以,此电路有一个优点就是无论控制臂状态如何(绝不允许悬空状态),H 桥都不会出现“共态导通”(短路)。

2、4 个 N 型场效应管的 H 桥

另外还有 4 个 N 型场效应管的 H 桥,内阻更小,有“共态导通”现象,栅极驱动电路较复杂,或用专用驱动芯片,如 MC33883,原理基本相似,不再赘述。

下面是由与非门 CD4011 组成的栅极驱动电路,因为单片机输出电压为 0~5V,而我们小车使用的 H 桥的控制臂需要 0V 或 7.2V 电压才能使场效应管完全导通, PWM 输入 0V 或 5V时,栅极驱动电路输出电压为 0V 或 7.2V, 前提是 CD4011 电源电压为 7.2V 。 切记!!

故 CD4011 仅做“电压放大”之用。之所以用两级与非门是为了与 MC33886 兼容。

两者结合就是下面的电路:调试时两个 PWM 输入端其中一个接地,另一个悬空(上拉置 1),电机转为正常。监视 MOS 管温度,如发热立即切断电源检查电路。

CD4011 的 14 引脚接 7.2V,7引脚接地。

使用时单片机 PWM 输出信号:1 路为 PWM 方波信号,另一路为高电平(置 1)。反转亦然。

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风君子

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