H桥驱动原理

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h桥驱动原理

图1中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“h桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母h。4个三极管组成h的4条垂直腿，而电机就是h中的横杠（注意：图1及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图所示，h桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。图1 h桥式电机驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图2所示，当q1管和q4管导通时，电流就从电源正极经q1从左至右穿过电机，然后再经q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。图2 h桥电路驱动电机顺时针转动当三极管q1和q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。图3所示为另一对三极管q2和q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管q2和q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。图3 h桥电路驱动电机逆时针转动二、使能控制和方向逻辑驱动电机时，保证h桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管q1和q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。当一个半桥。q1跟q2导通很明显，电源vcc直接到gnd地很明显是在短路状态。很容易烧坏mos管。上下桥同时导通的原因有：（1）mos管的自带延时通断 （2）单片机的逻辑控制错误。例如：电机现在是正转，突然来一个反转信号而导致mos管的开关时间没有迅速关断状态。终导致一个半桥的导通。终短路损坏mos管

原因分析

电机正好从正转切到反转时q1的下降沿正好对准q2的上升沿，由于mos管的通道，实际的边缘可能会有不同程度的滞后，这就导致某一时刻上下两mos管的控制电压，同时为高电平时从而导致上管和下管导通。

为了让避免上下mos管的道通需要加入死区。所谓的死区就是在上下两路控制信号的上升和下降沿之间，插入一小段头为低电平的区间，大约几百纳秒，从而避免上下两管的同时导通。

现在的mcu都有控制死区的组件。比如有stm32，还有stc等单片机。

图4所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本h桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在h桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与本节前面的示意图一样，图4所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。）图4 具有使能控制和方向逻辑的h桥电路采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：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。

刹车

我们知道线圈有一个很大的特点。当电流减少时它会阻碍该电流的减弱。我们就是利用续流回路的特性。可以使用直流电机将两个导线短接可以明显感觉到有一定的阻力。

当q1跟q3导通。q2跟q4截止。也就是说上两个管的上桥臂导通起到刹车作用。也或者也可以q1跟q3的截止q2跟q4倒通(下桥臂导通）也起到同样的作用。直流电机会刹车。

调速

当上桥臂q1输入信号为pwm模式，q4为导通状态。那么经过pwm的占空比。直流电机的速度随之变化。占空比越大，速度就越快，占空比越少速度就越慢。当然也可以为 q4为输入pwm q1导通。