H桥驱动电路原理

小歆11年前电路设计01105

一、H桥驱动电路

    图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”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4.12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。

H桥电路01.jpg

图4.12 H桥驱动电路

    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4.13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。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)。

H桥电路02.jpg

图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动

图4.14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)。

H桥电路03.jpg

图4.14 H桥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最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。

    图4.155 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4.15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。)

H桥电路04.jpg

图4.15 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。

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图4.16 使能信号与方向信号的使用

    实际使用的时候,用分立元件制作H桥是很麻烦的,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。

附两张分立元件的H桥驱动电路:

H桥电路06.jpg

H桥电路07.jpg


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