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闲聊H桥电路工作原理及其应用&lt

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发表于 2026-3-3 09:45:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

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H桥电路是一种电子电路,因其电路形状酷似英文字母“H”而得名。它的主要功能是控制直流电机的转向(正转/反转)和启动,并且可以通过PWM(脉冲宽度调制)技术来精确控制电机的速度。

一个典型的H桥由四个开关元件(如MOSFET或IGBT或功率三极管均可)构成,电机作为负载位于“H”的中间一横上。

其基本结构如下图:

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S1, S2, S3, S4:四个开关管(通常是MOSFET)。

A点和B点:连接电机的两个端子。

【M】:被驱动的直流电机。

Vcc:驱动电源,决定了电机的供电电压。

二、H桥的四种基本工作状态

H桥通过控制四个开关的不同组合,可以实现电机的四种基本工作状态。

一个至关重要的原则是:同一侧的上下(如S1、S2)两个开关管绝对不能同时导通!否则会造成电源到地的短路,即直通,这会瞬间烧毁开关元件。

1. 正转状态

电流方向:让电流从A点流入电机,从B点流出。

开关管动作:

S1导通

S4导通

S2截止

S3截止

电流路径: `Vcc →S1 → A点 → 电机 →B点 →S4 →GND`

如图示

c9762c7b32c9d83f6aec884e731171f5.jpg
此时,电机获得正向电压,开始正转。

2. 反转状态

电流方向:

让电流从B点流入电机,从A点流出,与正转相反。

开关动作:

S2导通

S3导通

S1截止

S4 截止

电流路径: `Vcc →S2 → B点 →电机 → A点 →S3 →GND`

如图示

3c85e0d2e3215c858bf0a9bfaf878ada.jpg

此时,电机获得反向电压,开始反转。

3. 刹车/制动状态

刹车状态不是简单地断开电源让电机自由滑行,而是让电机的两端短路,利用电机的惯性旋转产生的反电动势(此时电机相当于一个发电机)来形成制动力矩。

方式一:能耗制动

S1截止

S2截止

S3 导通

S4 导通

电流路径:电机产生的电流会在电机内部和 S3、S4 形成的回路中循环消耗,从而快速制动。

方式二:反向制动

将 S1 和 S3(或 S2 和 S4)同时导通,将电机两端短接到电源正极或地,也能起到快速制动效果。


三、H桥功率管驱动

①通常采用PWM驱动芯片进行的,驱动芯片有:

全桥驱动芯片:如HlP4082

通常采用一片全H驱动芯片即可完成驱动功能。

半桥驱动芯片:lR2104

道常采用两片相结合才能完成H桥驱动功能。

由于半桥驱动芯片性价比高,因此在实际应用中,往往采用两片半桥驱动芯片相结合驱动H桥电路。

如图示应用电路图

cf1434f68a26a3683eb24778c4200473.jpg
由图中可知:

半桥驱动芯片DR1(ⅠR2104):

驱动场效应开关管Q1(高侧管)、Q2(低侧管)

半桥驱动芯片DR2(lR2104):

驱动场效应开关管Q3(高侧管)、Q4(低侧管)。

②工作原理:

通过改变四个开关管PWM信号的占空比(一个周期内高电平所占的比例),来改变施加在电机两端的平均电压,实现调速。

在正转时,我们用两个半桥驱动芯片输出PWM信号控制 Q1、 Q4导通,同时保持 Q2、 Q3截止。反转时用PWM信号控制Q1、Q4截止,而Q2、Q3导通。

3. 死区时间

这是一个极其重要的安全设计。由于开关元件从导通到关闭需要一点点时间(关断延迟),如果控制信号让上下两个开关的切换是“理想”的瞬间完成,可能会在极短时间内出现上下管同时导通的直通现象。

解决方法:在控制信号中,人为地插入一个极短的“死区时间”,在这个时间内,确保上下两个开关都处于关闭状态,然后再开启另一个。

这个功能通常由专门的电机驱动芯片或MCU的高级定时器来自动完成。

由上可知,H桥电路的工作原理核心:

通过四个开关元件构成一个桥式结构,通过有规律地控制开关管的通断组合,来改变流过电机的电流方向,从而实现电机的正转、反转、刹车和停止。结合PWM技术,可以实现对电机速度和转矩的精确控制。

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发表于 2026-3-3 14:17:55 | 显示全部楼层
逆变器好像也有H桥电路。
下面蓝色部分错了吧?
2. 反转状态

电流方向:

让电流从B点流入电机,从A点流出,与正转相反。

开关动作:

S2导通

S3导通

S1截止

S4 截止

电流路径: `Vcc →S2 → B点 →电机 → A点 →S3 →GND`

如图示



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