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H桥电路详细讲解:工作原理分析,图文+案例

作者: 时间:2024-05-14 来源:网络 收藏

一、H桥到底是什么电路?

简单来说,H桥就是一个简单的电路,包含4个开关元件负载位于中心呈H型

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202405/458713.htm

H 桥电路可以切换附加负载的极性。H 桥最常见的用途是驱动,实现方向控制。具体的如下所示:

H桥

开关元件(Q1-Q4)通常都是双极性晶体管或者FET晶体管,在某些高压应用是IGBT。二级管(D1-D4)称为钳位二极管,通常是肖特基型。

桥的顶端连接到电源(电池)、底端接地。虽然有一些限制,但是通常4个开关元件可以独立打开和关闭。

负载在理论上说,可以替换,但是如果H桥带有2个有刷直流或者双极步进电机(步进电机每个电机需要两个H桥)负载,是比较普遍的应用。

这里主要是有刷驱动器的原理。

二、详细讲解

H桥的基本工作模式相当简单:如果Q1和Q4导通,电机的左侧引线将连接到电源,而右侧引线接地,电流开始流过电机,电机正向通电,电机轴开始旋转。

工作原理

如果 Q2 和 Q3 导通,则会发生反转,电机将反向通电,轴将开始向后旋转。

工作原理

在桥接器中,不要同时导通 Q1 和 Q2(或 Q3 和 Q4),如果同时导通的话,就会在电源和GND之间创建了一个非常低电路路径,有效短路了电源,这种情况就被称为”击穿“,可能会损坏电路中的其他元件。

H桥工作原理

由于4种可能状态的限制,A侧开关可能只有3种状态

Q1

Q2

断开

断开

导通

断开

断开

导通

同样对于B侧:

Q3

Q4

断开

断开

导通

断开

断开

导通

两侧结合起来,就是9种状态:

Q1

Q2

Q3

Q4

导通

断开

断开

断开

导通

断开

断开

导通

导通

断开

导通

断开

断开

导通

断开

断开

断开

导通

断开

导通

断开

导通

导通

断开

断开

断开

断开

断开

断开

断开

断开

导通

断开

断开

导通

断开

三、构建反激保护的完整H桥电路

1、反激二极管

驱动最重要的一点把它当作电感负载。一旦为电机供电,就会将能力犓在磁场中,一旦电机达到速度,存储的能量就会达到最大值。当电源被移除时,磁场会崩溃。要想保持电流量恒定,唯一的方法时增加电机端子上施加的电压。该电压可以时电路中使用的供电电压的许多倍。如果没有安全的方法在电路中消散,感应电压始终与施加电压的极性相反。

处理这种电压尖峰的最常见的方法是使用”反激二极管“。具体如下图,带反激二极管的单向电机示例。

带反激二极管的单向电机示例

当开关闭合时电机旋转,二极管变为反向偏置,电流流过它,当开关打开时,感应电压反转方向并可以流过现在正向偏置的二极管。如下图所示:

带反激二极管的单向电机电感流路径

电感流通过反激二极管的路径。

2、H桥电路反激二极管

当使用H桥电路时,单个反激二极管是不够的。由于有多条电流路径,因此必须有4个二极管为感应电压提供路径。

下图,无论电机方向或者感应电压怎么样,始终有一条安全路径通过电源轨。

带反激二极管的 TC78H620 H 桥电路

带反激二极管的 TC78H620 H 桥电路。

3、将2者结合在一起

上面处理了感性负载问题,电路的其余部分就比较简单了。对于下面这个电路,成为一个独立的电路板,使用全局标签将大部分网路从一个组件连接到另一个组件。

有一个小的去耦电容C1,将放置在PCB上靠近H桥的位置,还有一个可选大电解电容C2,有助于储存能量以供应给电机。

该电容还可以帮助消散一些通过二极管的反激电压。

具有反激保护的完整 H 桥电路



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