H桥驱动直流电机分析

本文摘自：《机器人探索》

一、H桥式电机驱动电路

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。

图4.12 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）。

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）。

图4.14 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mos直流电机驱动电路 解释说明以及概述

1. 引言

1.1 概述

本文将深入探讨H桥MOS直流电机驱动电路的原理、优势和应用案例分析，并介绍设计和优化时需要考虑的因素。H桥MOS直流电机驱动电路是一种常见且重要的电路，广泛应用于各个领域，如家用洗衣机、无人驾驶汽车以及工业自动化设备等。通过对该电路的研究，可以更好地理解其工作原理，为日后的设计提供指导。

1.2 文章结构

文章由以下几个部分组成：引言、H桥MOS直流电机驱动电路解释说明、H桥MOS直流电机驱动电路的应用案例分析、H桥MOS直流电机驱动电路设计和优化考虑因素以及结论。在引言部分，我们将对本文内容进行简要概括，并介绍各个部分的内容安排。

1.3 目的

本文的目标在于全面解释和说明H桥MOS直流电机驱动电路，包括其原理、优势和工作原理。同时，还将通过详细分析多个应用案例来展示该类型电路在实际应用中的作用和重要性。此外，我们还将介绍设计和优化该电路时需要考虑的因素，并展望未来H桥MOS直流电机驱动电路可能的发展方向。通过本文的阐述，读者将能够掌握有关H桥MOS直流电机驱动电路的基础知识，并为相关领域的实际应用提供参考依据。

2. H桥MOS直流电机驱动电路解释说明

2.1 H桥MOS电路原理

H桥MOS直流电机驱动电路是一种常见的电路，用于控制直流电机的旋转方向和速度。它由四个功率开关MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor

Field-Effect Transistor）组成，通常配对使用，以构成两个互补开关对。

H桥MOS电路采用了全可控技术，通过不同的开关组合来改变电流流向、极性和大小。当第一个互补开关导通时, 电机的正极与供电源相连, 而负极与地连接；而当第二个互补开关导通时, 两者则互换。

2.2 H桥MOS直流电机驱动的优势

H桥MOS直流电机驱动具有以下几个优势：

步进电机H桥驱动电路设计

设计一种步进电机驱动电路，使加到电机绕组上的电流信号前后沿较陡，降低了开关损耗，改善了电机的高频特性，同时具有多种保护功能．实验证明，该驱动电路简单、可靠并具有优良的驱动性能．

H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动．永磁步进电机或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用H桥驱动．本文以两相混合式步进电机驱动器为例来设计H桥驱动电路．

1 电路原理

图1给出了H桥驱动电路与步进电机AB相绕组连接的电路框图．

4个开关K1和K4，K2和K3分别受控制信号a，b的控制，当控制信号使开关K1，K4合上，K2，K3断开时，电流在线圈中的流向如图1(a)，当控制信号使开关K2，K3合上，K1，K4断开时，电流在线圈中的流向如图1(b)所示．4个二极管VD1，VD2，VD3，VD4为续流二极管，它们所起的作用是：以图1(a)为例，当K1，K4开关受控制由闭合转向断开时，由于此时线圈绕组AB上的电流不能突变，仍需按原电流方向流动(即A→B)，此时由VD3，VD2来提供回路．因此，电流在K1，K4关断的瞬间由地→VD3→线圈绕组AB→VD2→电源+Vs形成续流回路．同理，在图1(b)中，当开关K2，K3关断的瞬间，由二极管VD4，VD1提供线圈绕组的续流，电流回路为地→VD4→线圈绕组BA→VD1→电源+Vs．步进电机驱动器中，实现上述开关功能的元件在实际电路中常采用功率MOSFET管．

由步进电机H桥驱动电路原理可知，电流在绕组中流动是两个完全相反的方向．推动级的信号逻辑应使对角线晶体管不能同时导通，以免造成高低压管的直通．

另外，步进电机的绕组是感性负载，在通电时，随着电机运行频率的升高，而过渡的时间常不变，使得绕组电流还没来得及达到稳态值又被切断，平均电流变小，输出力矩下降，当驱动频率高到一定的时候将产生堵转或失步现象．因此，步进电机的驱动除了电机的设计尽量地减少绕组电感量外，还要对驱动电源采取措施，也就是提高导通相电流的前后沿陡度以提高电机运行的性能．

单片机电机控制系统之H桥式电机驱动电路原理

2007-09-14 14:22:46

一、H桥式电机驱动电路

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。

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2 H桥电路驱动电机顺时针转动

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

引用内容

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。