H橋式電路詳解

1、所謂H橋驅(qū)動(dòng)電路是為了直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見電路，它主要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)，其典型電路形式如下:從圖中可以看出，其形狀類似于字母“H；而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像橋”一樣架在上面的，所以稱之為“H橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開關(guān)所在位置就稱為橋臂”。從電路中不難看出，假設(shè)開關(guān)A、D接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng)，則開關(guān)B、C接通時(shí)，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)。借助這4個(gè)開關(guān)還可以產(chǎn)生另外2個(gè)電機(jī)的工作狀態(tài)：A）剎車一一將B、D開關(guān)（或A、C）接通，則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢，形成剎車”作用。B）惰行一一4個(gè)開關(guān)全部斷開，則電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢將無法形成電路，從而也就

2、不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長時(shí)間。以上只是從原理上描述了H橋驅(qū)動(dòng)，而實(shí)際應(yīng)用中很少用開關(guān)構(gòu)成橋臂，通常使用晶體管，因?yàn)榭刂聘鼮榉奖?，速度壽命都長于有接點(diǎn)的開關(guān)（繼電器）。細(xì)分下來，晶體管有雙極性和MOS管之分，而集成電路只是將它們集成而已，其實(shí)質(zhì)還是這兩種晶體管，只是為了設(shè)計(jì)、使用方便、可靠而做成了一塊電路。雙極性晶體管構(gòu)成的H橋：vcc工TCatzskyconMOS管構(gòu)成的H橋:vcc工Robot；sky.coni以下就分析一下這些電路的性能差異O四、幾種典型H橋驅(qū)動(dòng)電路分析分析之前，首先要確定H橋要關(guān)注那些性能：A）效率一一所謂驅(qū)動(dòng)效率高，就是要將輸入的能量盡量多的輸出給負(fù)

3、載，而驅(qū)動(dòng)電路本身最好不消耗或少消耗能量，具體到H橋上，也就是4個(gè)橋臂在導(dǎo)通時(shí)最好沒有壓降，越小越好。B）安全性一一不能同側(cè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通；C）電壓能夠承受的驅(qū)動(dòng)電壓；D）電流能夠通過的驅(qū)動(dòng)電流。大致如此，仔細(xì)考量，指標(biāo)B）似乎不是H橋本身的問題，而是控制部分要考慮的。而后兩個(gè)指標(biāo)通過選擇合適參數(shù)的器件就可以達(dá)到，只要不是那些特別大的負(fù)載需求，每種器件通常都能選擇到。而且，小車應(yīng)用中所能遇到的電流、電壓更是有限。只有指標(biāo)A）是由不同器件的性能所決定的，而且是運(yùn)行中最應(yīng)該關(guān)注的指標(biāo)，因?yàn)樗苯佑绊懥穗姍C(jī)驅(qū)動(dòng)的效率。所以，經(jīng)分析的重點(diǎn)放在效率上，也就是橋臂的壓降上。為了使分析簡單，便于比較，將H橋的

4、驅(qū)動(dòng)電流定位在2A水平上，而電壓在5-12V之間。選擇三個(gè)我所涉及到的器件：A） 雙極性晶體管一一D772、D882B） MOS管2301、2302C） 集成電路H橋一一L298D772的壓降指標(biāo)如下：TE£F入VWfaap*Collector-emittersaturationvoltageVcE(sat)1匕ts=*0.2A-0.5VD882的壓降指標(biāo)如下:Dram-SourceOo-Resistance3VGS=-4.5Vlo=-28A0.0930130J=-25Vl0=-2.0AUCOfTl2301的壓降指標(biāo)如下:Coilectonemittersaturationvolta

5、geVc£(sat>lc=2A,lB=0.2A0.5V因?yàn)镸OS管是以導(dǎo)通電阻來衡量的，需要換算一下，小車的控制電壓是4.5V,按上面的導(dǎo)通電阻計(jì)算，2A的壓降應(yīng)該是：2*0.093=0.186V,最大是：2*0.13=0.26V。Dran-SourceOn-Resistance3R0S(on)MMV<3s=4.5V,1。=3,6A0.045J0.060nVgs=2.5VJd=3.1A0.0700.1152302的壓降指標(biāo)如下:同上換算一下，小車的控制電壓是4.5V（電池電壓），按上面的導(dǎo)通電阻計(jì)算，2A的壓降應(yīng)該是：2*0.045=0.09V,最大是：2*0.06=0.

6、12V。L298的壓降指標(biāo)如下:11VcEsat(H)SourceSaturationVoltageIl=L=1A2A0.951.3521.72.7'VVVcEsat(L)SinkSaturationVoEtagek-II*1A(5)2A(5)0,85t21.71.62.3VVVcEsatTotalDropk=Il=1A(5)2A1.80Rot醇u專om表中第一行為上橋臂的壓降，對應(yīng)D772、2301,第二行為下橋臂的壓降，對應(yīng)D882、2302,第三行為兩者之和。對比一下不難看出，如果均以2A電流驅(qū)動(dòng)計(jì)算，三種驅(qū)動(dòng)自身所消耗的功率如下：D772、D882:(0.5+0.5)*2=2W

7、2301、2302:(0.26+0.12)*2=0.76WL298:4.9*2=9.8W如果以驅(qū)動(dòng)一個(gè)4.5V、2A的直流電機(jī)為例：電機(jī)得到的功率是：4.5*2=9W;用D772、D882則需要供電5.5V,效率為：9/(5.5*2)=81%;用2301、2302則需要供電4.88V,效率為：9/(4.88*2)=92%用L298則需要供電9.4V,效率為：9/(9.4*2)=48%結(jié)論不言自明了吧！從這組數(shù)據(jù)還可以看出三者的散熱需求及其外形差異的原因。同時(shí)解釋了圓夢小車開始使用D772、D882驅(qū)動(dòng)時(shí)為何選用3V的130電機(jī)，因?yàn)樾≤囀?節(jié)充電電池供電，只有4.85V,H橋壓降1V,所以只能

8、使用3V的電機(jī)。而改用MOS管驅(qū)動(dòng)后，就選用了4.5V的N20電機(jī)，因?yàn)镸OS管只帶來了0.4V不到的壓降。而分析L298的壓降你就會(huì)知道，如果你的電機(jī)需要2A左右的啟動(dòng)電流，那使用5V是根本無法工作的。有一個(gè)同學(xué)托我代購了一片L298,結(jié)果回去后說是電機(jī)只抖動(dòng)不轉(zhuǎn)，我問他使用幾伏電壓，他告訴我5V:(我只好請他仔細(xì)閱讀L298的資SymbolParameterTestConditionsMlnMax.UnitVsSupplyVoltage(pin4)OperativeConditonVih+2,5FvUt46卜口.尹J實(shí)際上使用L298不只是驅(qū)動(dòng)壓降限制了電機(jī)的供電電壓，它的控制電平要求也使得你幾乎無法使用低于料。6V的工作電壓，看如下信息:表中Vs為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的供電電壓（L298分2路供電，一路是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，就是H橋上的，一路是供給邏輯電路的），ViH是指邏輯控制輸入高電平。此參數(shù)的含義是，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓必須