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一粒金砂(高级)

介绍H桥电机驱动电路 [复制链接]

什么是H桥

    因为电路长得像字母H而得名,通常它会包含四个独立控制的开关元器件,例如下图有四个MOSFET开关元器件Q1、Q2、Q3、Q4。

    它们通常用于驱动电流较大的负载,比如电机。

image.png

 

    H桥电路中间有一个直流电机M。

    D1、D2、D3、D4是MOS-FET的续流二极管;

开关状态

    下面以控制一个直流电机为例,对H桥的几种开关状态进行简单的介绍,其中正转和反转是人为规定的方向,实际工程中按照实际情况进行划分即可。

正转

    通常H桥用来驱动感性负载,这里我们来驱动一个直流电机:

·打开Q1和Q4

·关闭Q2和Q3

    此时假设电机正转,电流依次经过Q1、M、Q4 ,如下图中红色线条所示。

image.png

反转

    另外一种状态则是电机反转,此时四个开关元器件的状态如下:

·关闭Q1和Q4

·打开Q2和Q3

    此时电机反转,电流依次经过Q2、M、Q3 ,如下图中红色线条所示。

image.png

调速

    如果要对直流电机调速,其中的一种方案就是:

·关闭Q2和Q3

·打开Q1 ,Q4上给它输入50%占空比的PWM波形

     这样就达到了降低转速的效果,如果需要增加转速,则将输入PWM的占空比设置为100%,电流方向如下图中红色线条所示。

停止状态

    这里以电机从正转切换到停止状态为例。

    正转时Q1和Q4是打开状态,这时候如果关闭Q1和Q4,直流电机内部可以等效成电感,也就是感性负载,电流不会突变,那么电流将继续保持原来的方向进行流动,这时候我们希望电机里的电流可以快速衰减。

    这里有两种办法。

    第一种:

    关闭Q1和Q4,这时候电流仍然会通过反向续流二极管进行流动,此时短暂打开Q1和Q3从而达到快速衰减电流的目的,电流方向如下图中红色线条所示。 image.png

 

    第二种:

    准备停止的时候,关闭Q1、打开Q2,这时候电流并不会衰减地很快,电流循环在Q2、M、Q4之间流动,通过MOS-FET的内阻将电能消耗掉。

image.png

补充-另外一种H桥电路

上文中是包含4个N型MOS管的H桥,另外还有包含2个N型、2个P型MOS管的H桥,下图就是这种H桥电路。它由2个P型场效应管Q1、Q2与2个N型场效应管Q3、Q4组成,桥臂上的4个场效应管相当于四个开关。

image.png

    相对于前文4个N型MOS管的H桥电路,此电路的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)。

MOS管开关电路原理

    P型MOS管在栅极为低电平时导通,高电平时关闭。

    N型MOS管在栅极为高电平时导通,低电平时关闭。

正转

    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,在连接好上图电路后,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。

    此时,电机左端低电平、右端高电平,所以电流沿箭头方向流动,设定此时为电机正转。 

 

image.png

 

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