H桥式电路详解.doc
所谓H桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路，它主要实现直流电机的正反向驱动，其典型电路形式如下:从图中可以看出，其形状类似于字母 “ H；而作为负载的直流电机是像 桥”一样架在上面的，所以称之为“ H桥驱动”。4个开关所在位置就称为 桥从电路中不难看出，假设开关A、D接通，电机为正向转动，则开关 B、C接通时，直流电机将反向转动。从而实现了电机的正反向驱动。借助这4个开关还可以产生另外 2个电机的工作状态：A）刹车 一一 将B、D开关（或A、C）接通，则电机惯性转动产生的电势将被短路，形成阻碍运动的反电势，形成刹车”作用。B）惰行 一一4个开关全部断开，则电机惯性所产生的电势将无法形成电路，从而也就不会产生阻碍运动的反电势，电机将惯性转动较长时间。以上只是从原理上描述了H桥驱动，而实际应用中很少用开关构成桥臂，通常使用晶体管，因为控制更为方便，速度寿命都长于有接点的开关（继电器）。细分下来，晶体管有双极性和MOS管之分，而集成电路只是将它们集成而已，其实质还是这两种晶体管，只是为了设计、使用方便、可靠而做成了一块电路。双极性晶体管构成的 H桥：vccDC MOTORRobotzskuconiMOS管构成的H桥:vcc工DC MOTORRobot；sky.cofn以下就分析一下这些电路的性能差异。四、几种典型 H桥驱动电路分析分析之前，首先要确定 H桥要关注那些性能：A）效率 一一 所谓驱动效率高，就是要将输入的能量尽量多的输出给负载，而驱动电路本身最好不消耗或少消耗能量，具体到H桥上，也就是4个桥臂在导通时最好没有压降，越小越好。B）安全性一一不能同侧桥臂同时导通；C）电压 能够承受的驱动电压；D）电流 一一 能够通过的驱动电流。大致如此，仔细考量，指标 B ）似乎不是H桥本身的问题，而是控制部分要考虑的。而后两个指标通过选择合适参数的器件就可以达到，只要不是那些特别大的负载需求，每种器件通常都能选择到。而且，小车应用中所能遇到的 电流、电压更是有限。只有指标 A ）是由不同器件的性能所决定的，而且是运行中最应该关注的指标，因为它直接影响了电机驱动的效率。 所以，经分析的重点放在效率上，也就是桥臂的压降上。为了使分析简单，便于比较，将H桥的驱动电流定位在2A水平上，而电压在 5 - 12V之间。选择三个我所涉及到的器件：A）双极性晶体管D772、D882B）MOS 管2301、2302C）集成电路H桥一一L298D772的压降指标如下： TE £F J亡心V Wfaap *M- Collector-emitter saturation voltageVcE(sat)lc=-2A. tB=O.2A-0.51VD882的压降指标如下:Coilectonemitter saturation voltageVcE(sat)lc=2A, lg= 0.2A0.5VVGS = -4.5V lo = -2 8A0.09301301 k+i rVgS = -2 5 V l0 = -2.0 A2301的压降指标如下:因为MOS管是以导通电阻来衡量的，需要换算一下，小车的控制电压是4.5V，按上面的导通电阻计算，2A的压降应该是：2* 0.093 = 0.186V ,最大是：2 * 0.13 = 0.26V。2302的压降指标如下:Dratn-Source On-Resistance3R0S(on)Vgs4.5V.Ip3JaVgs = 2.5VJd=3.1 A0.0450.070o.oeob0.115同上换算一下，小车的控制电压是4.5V （电池电压），按上面的导通电阻计算，2A的压降应该是：2* 0.045 = 0.09V，最大是：2 * 0.06 = 0.12V。L298的压降指标如下:VcEsat(H)Source Saturation -''oltagelt = 1AIl = 2A0.951,3521.72.7J V VVcEsat(L)Sink Saturation VoEtagek = 1AIl = 2A(5)(60,85t21.71.6Z3VVVcEsatT otal DropIl = 1AIl = 2A(5)(5)1.80Rot表中第一行为上桥臂的压降，对应D772、2301,第二行为下桥臂的压降，对应D882、2302，第三行为两者之和。对比一下不难看出，如果均以2A电流驱动计算，三种驱动自身所消耗的功率如下：D772、D882 :（ 0.5+0.5）* 2 = 2 W2301、2302：（0.26+0.12） * 2 = 0.76 WL298 :4.9 * 2 =9.8 W如果以驱动一个 4.5V、2A的直流电机为例：电机得到的功率是：4.5 *2 = 9W ；用 D772、D882 则需要供电 5.5V，效率为：9/（ 5.5*2）= 81% ；用 2301、2302 则需要供电 4.88V， 效率为：9 /（ 4.88*2）=92%用L298则需要供电 9.4V，效率为：9/（ 9.4*2） = 48 %结论不言自明了吧！从这组数据还可以看出三者的散热需求及其外形差异的原因。同时解释了圆梦小车开始使用D772、D882驱动时为何选用3V的130电机，因为小车是4节充电电池供电，只有 4.8 5V，H桥压降1V，所以只能使用 3V的电机。而改用MOS管驱动后，就选用了4.5V的N20电机，因为 MOS管只带来了 0.4V不到的压降。而分析L298的压降你就会知道，如果你的电机需要2A左右的启动电流，那使用 5V是根本无法工作的。有一个同学托我代购了一片L298，结果回去后说是电机只抖动不转，我问他使用几伏电压，他告诉我5V :（我只好请他仔细阅读L298的资料。6V的工作电压，看如下信息:SymbolParameterTest ConditionsMin,MtMax.UnitVsSupply Voltage (pin 4)operativ® ConditcnVih+2,5rvUt戸.&汁实际上使用 L298不只是驱动压降限制了电机的供电电压，它的控制电平要求也使得你几乎无法使用低于表中Vs为电机驱动的供电电压（L298分2路供电，一路是电机驱动的，就是H桥上的，一路是供给逻辑电路的），ViH是指逻辑控制输入高电平。此参数的含义是，电机驱动电压必须大于逻辑控制电平2.5V，如果你的逻辑部分使用5V供电，那电机的供电电压至少7.5V，否则将无法保证正常工作。除非你将逻辑控制电平降低。很多同学用的都是L298，建议你们仔细分析一下，看看自己的设计是否符合L298手册所规定的工作条件，也许很多现象都能自己解释了。
