H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)西瑪集團(tuán)電路工作原理。

時(shí)間：2019-08-20 13:03

      以前，如果表面安裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)師需要高于幾百毫安電流的話，就不得不采用體積較大的穿孔器件就是價(jià)格較高的SOT89，SOT223和D-PAK封裝的表面安裝晶體管。隨著Zetex FMMT718和FMMT719系列NPN，PNP雙極晶體管的推出，SOT23封裝器件也可以驅(qū)動(dòng)峰值電流達(dá)到6A，工作電流達(dá)到2.5A的負(fù)載了。這些SuperSOT器件具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如顯著提高電路效率，節(jié)省器件數(shù)量和空間，提高可靠性。可以說，這些最先進(jìn)器件的性能超過了現(xiàn)有的所有SOT23器件和許多SOT89及SOT223器件。

      H型橋式驅(qū)動(dòng)器有著廣泛的應(yīng)用，如磁盤驅(qū)動(dòng)、點(diǎn)秒機(jī)、汽車電子、伺服系統(tǒng)、玩具等等。這種驅(qū)動(dòng)器在單電源情況下可以提供雙向輸出--由邏輯IC或微控制器進(jìn)行控制。綜通常使用2個(gè)NPN和2個(gè)PNP晶體管。所有晶體管都是發(fā)射極接地（見圖1）。如果接通一個(gè)NPN晶體管和對(duì)角線的PNP晶體管（比舅NPN1和PNP1），則實(shí)際上所有的上加電壓都將加到電機(jī)負(fù)載上。接通另一對(duì)晶體管則使負(fù)載上的電壓方向相反。H型橋式晶體管常常要求附加的集電極-發(fā)射極保護(hù)二極管，以防止負(fù)載電機(jī)可能產(chǎn)生的瞬態(tài)電流和反饋電流損壞晶體管。

      在電池供電的情況中，關(guān)鍵是使電源電壓盡可能全部通過負(fù)載，以使通過提高效率和使最低可用電壓減小來延長電池壽命，圖2所示的橋式電路可以提供1.5A的負(fù)載電流。通過基極電阻就可以很容易的調(diào)整電流（對(duì)PNP，將IB設(shè)定到最大電流的1/50，對(duì)NPN管IB設(shè)定為1/100）。電流為1.5A時(shí)，無論NPN或PNP管的飽和壓降都僅為0.3V，電流更小時(shí)，飽和壓降將再將低一半。

      通過低飽和損耗和低基極驅(qū)動(dòng)電平，F(xiàn)MMT618/718可以提高電機(jī)的性能和壽命。因?yàn)樗鼈兊姆簇?fù)hFE足夠高，能夠?qū)ǚ答侂娏骱退矐B(tài)電流，通常不通需要并聯(lián)保護(hù)二極管。使用體積小的SOT23封裝和少的器件數(shù)量意味著減少PCB的面積和降低成本。

一、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）。

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。

      如圖所示，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。

圖1 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

      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)。

      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2 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(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）。

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

二、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。

      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。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖4.15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。）

圖4  具有使能控制和方向邏輯的H橋電路

      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。

      
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