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H桥电路是如何工作的?为什么四个开关管都选择N管?
时间:2024-04-23
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H桥电路由两个半桥组成,可改变驱动负载极性以控制电机方向,通过PWM占空比调节电机转速。工作时,通过开关Q1-Q4的导通与关闭实现电机正反转。为防止短路,需设置死区时间。负载为感性时,需二极管或MOS管续流以快速减小电流。实际应用中多选择NMOS,因PMOS高耐压大电流型号较少,成本较高。

摘要由作者通过智能技术生成

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H桥电路是如何工作的?为什么四个开关管都选择N管?

将两个MOS管一上一下的方式放在一条直线上,叫做“半桥”,我们分别叫它上管和下管,而两个半桥组合一起,就是H桥电路,正中心就是负载电机。

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H桥电路可以改变驱动负载的极性,当作为负载的电机极性被改变时,电机转动的方向就会发生改变。

那么它可以应用驱动直流电机,通过H桥电路来实现电机的方向控制,甚至可以-通过不同的PWM占空比,控制电机转速。

那它是如何工作的呢?

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当Q1 和Q4导通时,Q2和Q3关闭,电流从VM流向Q1再到Q4最终到地。此时负载电机为正向转动。

当Q2和Q3导通,Q1和Q4关闭,电流从VM流向Q3再到Q2最终到地。此时负载电机反向转动。

那如果Q1和Q2,或者Q3和Q4同时导通呢?

这时就会发生短路,因为VM和GND直接连通了。所以在做MOS驱动电路设计时需要留有死区时间,也就是上管和下管导通时有一定的间隔。

此外,它可以通过控制PWM的占空比来调节电机的转速,当占空比越大转速就会越大,反之就会越小。

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这里有个常见的问题,这里的负载是感性负载,所以当PWM驱动时,Q1和Q4在导通后关闭时,负载的电流不会突变,那么就需要提供通路让电流衰减下来。

尤其是在刹车阶段,电流需要快速减少并使电机转速减小。

这时就可以利用二极管续流或者MOS管续流了。

二极管续流

当Q1和Q4导通,电感的电流升高;当Q1和Q4关断时,Q2和Q3保持关断,电感从GND流向D2再到D3最后到VM。不过由于二极管本身会存在压降导致发热,容易造成损耗,此外其电流下降速度也不快。

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MOS管续流

当Q1与Q4导通时,电感电流升高;

当Q1与Q4关断时,如果Q2与Q3开启了,那么电感就会从GND经过Q2再到Q3最终到VM,然后放电。由于MOS管的内阻很小,电流可以直接流进VM,随后快速下降。

如果是电机正向调速时PWM控制,当Q1与Q4重新开启时,Q2和Q3关闭,电流重新增大。随后Q1与Q4关闭,Q2与Q3关闭,电流继续快速下降。

还有一个问题,在实际电路中通常会选择4个NMOS,那PMOS不行吗?

成本问题是必然的,还有就是对于高耐压和大电流的PMOS型号,与NMOS相比会少的多,因此会优先选择NMOS。

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以上部分内容与图片来源于网络


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