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h桥mos管驱动电路原理

实(shi)践驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)电(dian)路中(zhong)通常要用(yong)(yong)(yong)(yong)硬件(jian)(jian)电(dian)路便当地控制开(kai)关(guan)，电(dian)机驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)板(ban)主要采用(yong)(yong)(yong)(yong)两种驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)芯(xin)片(pian)(pian)(pian)，一(yi)种是(shi)全(quan)桥(qiao)驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)HIP4082，一(yi)种是(shi)半桥(qiao)驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)IR2104，半桥(qiao)电(dian)路是(shi)两个(ge)mos管组成的振荡(dang)，全(quan)桥(qiao)电(dian)路是(shi)四个(ge)mos管组成的振荡(dang)。其中(zhong)，IR2104型半桥(qiao)驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)芯(xin)片(pian)(pian)(pian)能够驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)高(gao)端和低(di)(di)端两个(ge)N沟道MOSFET，能提供较(jiao)大的栅极驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)电(dian)流，并具有硬件(jian)(jian)死(si)区、硬件(jian)(jian)防(fang)同臂导通等功(gong)用(yong)(yong)(yong)(yong)。运用(yong)(yong)(yong)(yong)两片(pian)(pian)(pian)IR2104型半桥(qiao)驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)芯(xin)片(pian)(pian)(pian)能够组成完好的直流电(dian)机H桥(qiao)式驱(qu)(qu)动(dong)(dong)(dong)电(dian)路，而且IR2104价钱低(di)(di)廉，功(gong)用(yong)(yong)(yong)(yong)完善(shan)，输出功(gong)率相对(dui)HIP4082较(jiao)低(di)(di)，此计划采用(yong)(yong)(yong)(yong)较(jiao)多。

H桥驱动原理图

另外，由(you)于(yu)驱动(dong)电路可能会产生较大的回灌电流，为避免对单片机(ji)产生影响(xiang)，最好用隔离芯(xin)片隔离，隔离芯(xin)片选取有(you)很多方式，如2801等，这些芯(xin)片常(chang)做控(kong)制总(zong)线驱动(dong)器，作(zuo)用是进(jin)步驱动(dong)才能，满(man)足一定(ding)条件后，输出(chu)与(yu)输入相同，可停止数(shu)据单向传(chuan)输，即单片机(ji)信号能够到驱动(dong)芯(xin)片，反(fan)过(guo)来不行(xing)。

h桥mos管驱动电路图

mos管h桥电机驱动电路

如下图中(zhong)所示为(wei)一个(ge)典型(xing)的(de)(de)直流电(dian)机控制电(dian)路(lu)。电(dian)路(lu)得名于“H桥(qiao)驱动电(dian)路(lu)”是因为(wei)它的(de)(de)形状酷似字母H。4个(ge)三(san)极(ji)(ji)管组成H的(de)(de)4条垂(chui)直腿，而电(dian)机就(jiu)是H中(zhong)的(de)(de)横杠（注意(yi)(yi)：下图及随(sui)后(hou)的(de)(de)两个(ge)图都只(zhi)是示意(yi)(yi)图，而不(bu)是完整的(de)(de)电(dian)路(lu)图，其中(zhong)三(san)极(ji)(ji)管的(de)(de)驱动电(dian)路(lu)没有画出(chu)来(lai)）。

如图所示(shi)，H桥式电(dian)机驱动(dong)电(dian)路包括(kuo)4个三极(ji)管(guan)(guan)和一(yi)个电(dian)机。要(yao)使(shi)电(dian)机运转，必须导通(tong)对角线上(shang)的一(yi)对三极(ji)管(guan)(guan)。根据(ju)不(bu)同三极(ji)管(guan)(guan)对的导通(tong)情况，电(dian)流可能(neng)会从左至(zhi)右(you)或(huo)从右(you)至(zhi)左流过电(dian)机，从而控制电(dian)机的转向。

H桥驱(qu)动电路

要使电(dian)机(ji)运(yun)转，必须使对角线(xian)上的一对三(san)极管(guan)导通(tong)。例如，如图2所(suo)示，当Q1管(guan)和Q4管(guan)导通(tong)时，电(dian)流(liu)就从(cong)电(dian)源(yuan)正极经(jing)Q1从(cong)左至(zhi)右(you)穿过(guo)电(dian)机(ji)，然(ran)后再经(jing)Q4回(hui)到电(dian)源(yuan)负极。按图中(zhong)电(dian)流(liu)箭头所(suo)示，该流(liu)向(xiang)的电(dian)流(liu)将(jiang)驱动电(dian)机(ji)顺(shun)时针(zhen)转动。当三(san)极管(guan)Q1和Q4导通(tong)时，电(dian)流(liu)将(jiang)从(cong)左至(zhi)右(you)流(liu)过(guo)电(dian)机(ji)，从(cong)而驱动电(dian)机(ji)按特定方向(xiang)转动（电(dian)机(ji)周围(wei)的箭头指(zhi)示为顺(shun)时针(zhen)方向(xiang)）。

H桥电路驱(qu)动电机顺(shun)时针转动

下图所示为另一(yi)(yi)对三(san)极管Q2和Q3导(dao)通的情况，电(dian)流(liu)将(jiang)从右(you)至左流(liu)过电(dian)机(ji)。当三(san)极管Q2和Q3导(dao)通时(shi)，电(dian)流(liu)将(jiang)从右(you)至左流(liu)过电(dian)机(ji)，从而驱(qu)动(dong)电(dian)机(ji)沿另一(yi)(yi)方(fang)(fang)向转动(dong)（电(dian)机(ji)周围的箭(jian)头表示为逆时(shi)针方(fang)(fang)向）。

H桥驱动电机(ji)逆时针转动

使能控制和方向逻辑

驱动电(dian)(dian)机时(shi)，保证H桥(qiao)上两个同侧(ce)的(de)三(san)极(ji)(ji)管不会(hui)(hui)同时(shi)导通(tong)(tong)非常(chang)重要(yao)。如果三(san)极(ji)(ji)管Q1和(he)Q2同时(shi)导通(tong)(tong)，那(nei)么电(dian)(dian)流(liu)就(jiu)会(hui)(hui)从正极(ji)(ji)穿过(guo)两个三(san)极(ji)(ji)管直接回(hui)到负极(ji)(ji)。此时(shi)，电(dian)(dian)路中(zhong)除了三(san)极(ji)(ji)管外(wai)没有(you)其(qi)他任何负载(zai)，因此电(dian)(dian)路上的(de)电(dian)(dian)流(liu)就(jiu)可(ke)能达到最大(da)值（该电(dian)(dian)流(liu)仅(jin)受电(dian)(dian)源性能限制），甚(shen)至(zhi)烧坏三(san)极(ji)(ji)管。基(ji)于(yu)上述原因，在实(shi)际驱动电(dian)(dian)路中(zhong)通(tong)(tong)常(chang)要(yao)用硬件(jian)电(dian)(dian)路方(fang)便地(di)控制三(san)极(ji)(ji)管的(de)开关。

改进电路在基本H桥电路的(de)基础(chu)上(shang)增加(jia)了4个(ge)与门(men)(men)和2个(ge)非门(men)(men)。4个(ge)与门(men)(men)同(tong)一(yi)(yi)个(ge)“使能(neng)”导通信号相接(jie)，这样，用这一(yi)(yi)个(ge)信号就能(neng)控制(zhi)整个(ge)电路的(de)开(kai)关(guan)。而2个(ge)非门(men)(men)通过提(ti)供一(yi)(yi)种方向输人，可以保证任何(he)时候(hou)在H桥的(de)同(tong)侧腿上(shang)都只有(you)一(yi)(yi)个(ge)三(san)极管能(neng)导通。（与本节前面的(de)示意图一(yi)(yi)样，图4所示也不是(shi)一(yi)(yi)个(ge)完整的(de)电路图，特别是(shi)图中与门(men)(men)和三(san)极管直(zhi)接(jie)连(lian)接(jie)是(shi)不能(neng)正常工(gong)作的(de)。）

具(ju)有使(shi)能控制(zhi)和方向逻(luo)辑的H桥电路

采用(yong)以(yi)上方(fang)法(fa)，电(dian)(dian)机的运(yun)转(zhuan)就只(zhi)需要用(yong)三(san)(san)个(ge)信(xin)号(hao)控制：两个(ge)方(fang)向信(xin)号(hao)和(he)(he)一个(ge)使(shi)能(neng)信(xin)号(hao)。如(ru)果DIR-L信(xin)号(hao)为(wei)0，DIR-R信(xin)号(hao)为(wei)1，并且使(shi)能(neng)信(xin)号(hao)是(shi)1，那(nei)么三(san)(san)极管Q1和(he)(he)Q4导通(tong)，电(dian)(dian)流(liu)从左至右流(liu)经(jing)电(dian)(dian)机（如(ru)图5所示）;如(ru)果DIR-L信(xin)号(hao)变(bian)为(wei)1，而DIR-R信(xin)号(hao)变(bian)为(wei)0，那(nei)么Q2和(he)(he)Q3将导通(tong)，电(dian)(dian)流(liu)则反向流(liu)过电(dian)(dian)机。

使(shi)能信号与方向信号的使(shi)用

实(shi)际(ji)使(shi)用的(de)(de)时(shi)候，用分立(li)元件(jian)制(zhi)作H桥(qiao)是很(hen)麻烦的(de)(de)，好在现在市(shi)面上有(you)很(hen)多(duo)封装好的(de)(de)H桥(qiao)集成电(dian)(dian)(dian)路(lu)，接(jie)上电(dian)(dian)(dian)源、电(dian)(dian)(dian)机(ji)和(he)控制(zhi)信(xin)号(hao)就可以使(shi)用了，在额定的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压和(he)电(dian)(dian)(dian)流内使(shi)用非常方(fang)便可靠。下图是两(liang)张分立(li)元件(jian)的(de)(de)H桥(qiao)驱动电(dian)(dian)(dian)路(lu)：

MOS管驱动

跟双(shuang)极性晶体管相(xiang)比(bi)，一般认为使MOS管导通(tong)不(bu)需要电流，只要GS电压高于(yu)一定的值(zhi)，就可以了。这个很容易做到，但是，我们(men)还需要速度。

在(zai)(zai)MOS管(guan)(guan)的(de)结(jie)构中可(ke)以(yi)看到(dao)，在(zai)(zai)GS，GD之间存(cun)在(zai)(zai)寄(ji)生电(dian)容，而MOS管(guan)(guan)的(de)驱(qu)动(dong)，实际上(shang)就是(shi)对(dui)电(dian)容的(de)充(chong)放(fang)电(dian)。对(dui)电(dian)容的(de)充(chong)电(dian)需(xu)要(yao)一个电(dian)流(liu)，因为对(dui)电(dian)容充(chong)电(dian)瞬(shun)间可(ke)以(yi)把电(dian)容看成短路，所以(yi)瞬(shun)间电(dian)流(liu)会比较(jiao)大(da)(da)。选择/设计MOS管(guan)(guan)驱(qu)动(dong)时第(di)一要(yao)注意的(de)是(shi)可(ke)提供瞬(shun)间短路电(dian)流(liu)的(de)大(da)(da)小。

MOS管驱动电(dian)(dian)路(lu)(lu)第二注(zhu)意的(de)(de)是(shi)，普遍用于高端(duan)驱动的(de)(de)NMOS，导通时(shi)需要是(shi)栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)大于源极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)。而高端(duan)驱动的(de)(de)MOS管导通时(shi)源极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)与漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)（VCC）相同，所(suo)以(yi)这时(shi) 栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)要比VCC大4V或10V。如(ru)果(guo)在同一个系(xi)统里，要得到比VCC大的(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)(ya)，就要专门(men)的(de)(de)升(sheng)压(ya)(ya)电(dian)(dian)路(lu)(lu)了(le)。很多马达驱动器都集成(cheng)了(le)电(dian)(dian)荷泵，要注(zhu)意的(de)(de)是(shi)应该 选(xuan)择合(he)适的(de)(de)外接电(dian)(dian)容(rong)，以(yi)得到足够的(de)(de)短路(lu)(lu)电(dian)(dian)流去驱动MOS管。

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