H橋驅(qū)動原理參考模板

1、基本概念H橋（H-Bridge), ，即全橋（因外形與H相似故得名），常用于逆變器（DC-AC轉(zhuǎn)換，即直流變交流）。通過開關(guān)的開合，將直流電（來自電池等）逆變?yōu)槟硞€頻率或可變頻率的交流電，用于驅(qū)動交流電機（異步電機等）。工作原理H橋逆變（單相）如右圖所示單相橋式逆變電路工作原理開關(guān)T1、T4閉合，T2、T3斷開：u0=Ud； 開關(guān)T1、T4斷開，T2、T3閉合：u0= Ud; 當以頻率fS交替切換開關(guān)T1、T4和 T2 、T3 時 ， 則 在 負載電 阻 R上 獲 得交變電壓波形（正負交替的方波），其周期 Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓E變成了 交流電壓uo。uo含有各次諧波，如果想 得到

2、正弦波電壓，則可通過濾波器濾波 獲得。主電路開關(guān)T1T4，它實際是各種半導體開關(guān)器件的 一種理想模型。逆變電路中常用的開關(guān)器件有快速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率晶體管（GTR）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵晶體管（IGBT）。在實際運用中，開關(guān)器件存在損耗：導通損耗（conduction losses) 和換相損耗(commutation losses) 和門極損耗(gate losses)。其中門極損耗極小可忽略不計，而導通損耗和換相損耗隨著開關(guān)頻率的增加而增加。2控制方式編輯H橋的控制主要分為近似方波控制和脈沖寬度調(diào)制（PWM）和級聯(lián)多電平控制。近似方波控制即quasi

3、-square-wave-control, 輸出波形比正負交替方波多了一個零電平（3-level），諧波大為減少。優(yōu)點是開關(guān)頻率較低，缺點是諧波成分高，需要濾波器的成本大。脈沖寬度調(diào)制1 / 4即Pulse width modulation,分為單極性和雙極性pwm. 隨著開關(guān)頻率的升高，輸出電壓電流波形趨于正弦，諧波成分減小，但是高開關(guān)頻率帶來一系列問題：開關(guān)損耗大，電機絕緣壓力大，發(fā)熱等等。多電平即multi-level inverter，采用級聯(lián)H橋的方式，使得在同等開關(guān)頻率下諧波失真降到最小，甚至不需要用濾波器，獲得良好的近似正弦輸出波形。3應(yīng)用于直流電機編輯由兩個三極管，一個可以對正

4、極導通實現(xiàn)上拉，另一個可以對負極導通實現(xiàn)下拉。由兩套這樣的電路，在同一個電路中，同時一個上拉，另一個下拉，或相反，兩者總是保持相反的輸出，這樣可以在單電源的情況下使負載的極性倒過來。由于這樣的接法加上中間的負載畫出來經(jīng)常會像一個H的字樣，故得名H橋。驅(qū)動電路圖4.12中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注意：圖4.12及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來）。如圖所示，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導通對角線上的一對三極

5、管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。圖4.12 H橋驅(qū)動電路圖4.12 H橋驅(qū)動電路要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖4.13所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖4.13 H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動圖4.13 H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動圖4.14所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右

6、至左流過電機。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。圖4.14 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動圖4.14 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動使能控制和方向邏輯驅(qū)動電機時，保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈颍趯嶋H驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。圖4.15 所示就是基于這種考慮的改進電路，它在基本H橋電路的基

7、礎(chǔ)上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。而2個非門通過提供一種方向輸入，可以保證任何時候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導通。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖4.15所示也不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。）原圖片的邏輯功能有問題圖4.15 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路采用以上方法，電機的運轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果DIRL信號為0，DIRR信號為1，并且使能信號是1，那么三極管Q1和Q4導通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖4.16所示）；如果DIRL信號變?yōu)?，而DIRR信號變?yōu)?，那么Q2和Q3將導通，電流則反向流過電機。圖4.16 使能信號與方向信號的使用實際使用的時候，用分立元件制作