闲聊H桥电路工作原理及其应用&lt

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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:


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


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



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


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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打破沙锅问到底

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