在電路設計當中，全橋的作用非常重要，當橋式整流電路當中的四個(gè)二極管封裝在一起時(shí)就構成了全橋電路，而全橋電路實(shí)際上就是我們常說(shuō)的H橋電路。本篇文章將主要介紹H橋電機驅動(dòng)的工作原理，從逆時(shí)針和順時(shí)針兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行全面的分析。
圖1 H橋式電機驅動(dòng)電路
圖1中所示為一個(gè)典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋式驅動(dòng)電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個(gè)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1及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅動(dòng)電路沒(méi)有畫(huà)出來(lái)。
如上圖所示，H橋式電機驅動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機。要使電機運轉，必須導通對角線(xiàn)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(huì )從左至右或從右至左流過(guò)電機，從而控制電機的轉向。
要使電機運轉，必須使對角線(xiàn)上的一對三極管導通。例如，如圖2所示，當Q1管和Q4管導通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅動(dòng)電機順時(shí)針轉動(dòng)。
圖2 H橋電路驅動(dòng)電機順時(shí)針轉動(dòng)
當三極管Q1和Q4導通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機，從而驅動(dòng)電機按特定方向轉動(dòng)(電機周?chē)募^指示為順時(shí)針?lè )较?。
圖3 H橋電路驅動(dòng)電機逆時(shí)針轉動(dòng)
圖3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(guò)電機。
當三極管Q2和Q3導通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機，從而驅動(dòng)電機沿另一方向轉動(dòng)(電機周?chē)募^表示為逆時(shí)針?lè )较?。
使能控制和方向邏輯
驅動(dòng)電機時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側的三極管不會(huì )同時(shí)導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導通，那么電流就會(huì )從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負極。此時(shí)， 電路中除了三極管外沒(méi)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。
圖4 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路
基于上述原因，在實(shí)際驅動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開(kāi)關(guān)。 圖4所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本H橋電路的基礎上增加了4個(gè)與門(mén)和2個(gè)非門(mén)。4個(gè)與門(mén)同一個(gè)“使能”導通信號相接，這樣，用這一個(gè)信號就能 控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。而2個(gè)非門(mén)通過(guò)提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側腿上都只有一個(gè)三極管能導通。(與前面的示意圖一樣，圖4所示也不是 一個(gè)完整的電路圖，特別是圖中與門(mén)和三極管直接連接是不能正常工作的。)
采用以上方法，電機的運轉就只需要用三個(gè)信號控制：兩個(gè)方向信號和一個(gè)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(jīng)電機(如圖5所示);如果DIR-L信號變?yōu)?，而DIR-R信號變?yōu)?，那么Q2和Q3將導通，電流則反向流過(guò)電機。
圖5 使能信號與方向信號的使用
實(shí)際使用的時(shí)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。
H橋電路經(jīng)常被應用與逆變器電路和直流電機電路當中，在這里我們只對H橋電路在直流電機當中的應用原理做出了解釋。希望各位能夠充分掌握全橋電路的各種基礎知識，這樣不但方便設計的快速進(jìn)行還能幫助我們鞏固基礎知識。
