全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作原理

在電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，全橋的作用非常重要，當(dāng)橋式整流電路當(dāng)中的四個(gè)二極管封裝在一起時(shí)就構(gòu)成了全橋電路，而全橋電路實(shí)際上就是我們常說的H橋電路。本篇文章將主要介紹H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作原理，從逆時(shí)針和順時(shí)針兩個(gè)方面來進(jìn)行全面的分析。

圖1 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

圖1中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋式驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰.4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠(注意：圖1及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒有畫出來。

如上圖所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖2所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)(電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向)。

圖3 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

圖3所示為另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)(電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向)。

使能控制和方向邏輯

驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值(該電流僅受電源性能限制)，甚至燒壞三極管。

圖4 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路

基于上述原因，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。 圖4所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門和2個(gè)非門。4個(gè)與門同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開關(guān)。而2個(gè)非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通。(與前面的示意圖一樣，圖4所示也不是一個(gè)完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。)

采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果DIR-L信號(hào)為0,DIR-R信號(hào)為1,并且使能信號(hào)是1,那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)(如圖5所示);如果DIR-L信號(hào)變?yōu)?,而DIR-R信號(hào)變?yōu)?,那么Q2和Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過電機(jī)。

圖5 使能信號(hào)與方向信號(hào)的使用

實(shí)際使用的時(shí)候，用分立件制作H橋式是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

H橋電路經(jīng)常被應(yīng)用與逆變器電路和直流電機(jī)電路當(dāng)中，在這里我們只對(duì)H橋電路在直流電機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用原理做出了解釋。希望各位能夠充分掌握全橋電路的各種基礎(chǔ)知識(shí)，這樣不但方便設(shè)計(jì)的快速進(jìn)行還能幫助我們鞏固基礎(chǔ)知識(shí)。