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H橋式電機驅動電路原理

一、H橋式電機驅動電路
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橋式驅動電路”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,其中三極管的驅動電路沒有畫出來)。
如圖所示,H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉,必須導通對角線上的一對三極管。根據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,從而控制電機的轉向。


圖4.12 H橋式電機驅動電路

要使電機運轉,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Q1從左至右穿過電機,然后再經Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示,該流向的電流將驅動電機順時針轉動。
當三極管Q1和Q4導通時,電流將從左至右流過電機,從而驅動電機按特定方向轉動(電機周圍的箭頭指示為順時針方向)。


圖4.13 H橋電路驅動電機順時針轉動

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,從而驅動電機沿另一方向轉動(電機周圍的箭頭表示為逆時針方向)。


圖4.14 H橋電路驅動電機逆時針轉動

二、使能控制和方向邏輯
驅動電機時,保證H橋上兩個同側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。
基于上述原因,在實際驅動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。
圖4.155所示就是基于這種考慮的改進電路,它在基本H橋電路的基礎上增加了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。而2個非門通過提供一種方向輸人,可以保證任何時候在H橋的同側腿上都只有一個三極管能導通。(與本節前面的示意圖一樣,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。)


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DIR-L信號為0,DIR-R信號為1,并且使能信號是1,那么三極管Q1和Q4導通,電流從左至右流經電機(如圖4.16所示);如果DIR-L信號變為1,而DIR-R信號變為0,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,用分立件制作H橋式是很麻煩的,好在現在市面上有很多封裝好的H橋集成電路,接上電源、電機和控制信號就可以使用了,在額定的電壓和電流內使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

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