1、背景此問題一直想留給做小車的同學去研討，期望他們在制作過程中能夠悟出其中的道理。可無奈等至今日也未見一文半字卻接到了無數(shù)的質(zhì)詢：你為何要用分立元件構(gòu)建 H 橋驅(qū)動？為何不選擇L298集成電路橋？為何要使用 MOS管？等等，逐個回復太累了，只好整理一下，匯總于此，供參考，有不妥之處望指正， 更望能有人提出進一步的分析。分析內(nèi)容界定本文只涉及有刷直流電機 H 橋驅(qū)動部分的電路， 不討論如何控制H橋？如何實現(xiàn)PWM以及如何實現(xiàn)過流保護等；而且主 要討論構(gòu)成 H 橋 4 個橋臂對性能的影響。、H橋原理簡述所謂 H 橋驅(qū)動電路是為了直流電機而設計的一種常見電路，它主要實現(xiàn)直流電機的正反向驅(qū)動，其典型電路

2、形式如下：從圖中可以看出，其形狀類似于字母“ H',而作為負載的直流電機是像“橋”一樣架在上面的，所以稱之為“H橋驅(qū)動”。4個開關所在位置就稱為“橋臂”。從電路中不難看出，假設開關A、D接通，電機為正向轉(zhuǎn)動，則開關B、C接通時，直流電機將反向轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)了電機的正 反向驅(qū)動。借助這 4 個開關還可以產(chǎn)生電機的另外2 個工作狀態(tài)：A） 剎車將 B 、D 開關（或 A、C）接通，貝y電機慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電勢將被短路，形成阻礙運動的反電勢，形成“剎車”作用。B ） 惰行4 個開關全部斷開，貝電機慣性所產(chǎn)電機生的電勢將無法形成電路，從而也就不會產(chǎn)生阻礙運動的反電勢， 將慣性轉(zhuǎn)動較長時間。以上只

3、是從原理上描述了 H 橋驅(qū)動，而實際應用中很少用開關構(gòu)成橋臂，通常使用晶體管，因為控制更為方便，速度壽命都長 于有接點的開關（繼電器）。細分下來，晶體管有雙極性和 MOS管之分，而集成電路只是將它們集成而已，其實質(zhì)還是這兩種晶體管，只是為了設計、使用 方便、可靠而做成了一塊電路。雙極性晶體管構(gòu)成的 H 橋：Most構(gòu)成的H橋:QAQCvcc工QBDC MOTORoQD以下就分析一下這些電路的性能差異。四、幾種典型H橋驅(qū)動電路分析分析之前，首先要確定 H橋要關注那些性能:A) 效率所謂驅(qū)動效率高，就是要將輸入的能量盡量多的輸出給負載，而驅(qū)動電路本身最好不消耗或少消耗能量，具體到H橋上，也就是4個

4、橋臂在導通時最好沒有壓降，越小越好。B)安全性不能同側(cè)橋臂同時導通;C)電壓能夠承受的驅(qū)動電壓；D)電流能夠通過的驅(qū)動電流。大致如此，仔細考量，指標B )似乎不是H橋本身的問題,而是控制部分要考慮的。而后兩個指標通過選擇合適參數(shù)的器件就可以達到， 只要不是那些特別大的負載需求，每種器件通常都能選擇到。而且，小車應 用中所能遇到的電流、電壓更是有限。只有指標A )是由不同器件的性能所決定的， 而且是運行中最應該關注的指標，因為它直接影響了電機驅(qū)動的效率。所以，經(jīng)分析的重點放在效率上，也就是橋臂的壓降上。為了使分析簡單， 便于比較，將 H 橋的驅(qū)動電流定位在 2A水平上，而電壓在 5 - 12V

5、之間。選擇三個我所涉及到的器件：A)雙極性晶體管D772、D882B)MOS管2301、2302C)集成電路 H 橋L298D772 的壓降指標如下：CoHe ctor-emitter saturationi voltageVcE(satJlc='2A.-0.2AD882的壓降指標如下:Collector-emitter saturation voltageVcE(satJIc"=2Ah'0.2a0.5V2301的壓降指標如下:Drain-Source On-Reststiiwe*0093a 130QVci M -2 廿 V, Io = -a 0 A0 140'

6、;0 190因為MOS管是以導通電阻來衡量的，需要換算一下，小車的控制電壓是4.5V，按上面的導通電阻計算，2A的壓降應該是：2*0.093 = 0.186V，最大是：2 * 0.13 = 0.26V。2302的壓降指標如下:Drair-Soyrce OnHesisTance'wVqs = 4.5 Vh Iq = 3.6 A0.045o.oecfVgs=2.E VJD=3 't A0.0700,11115O同上換算一下，小車的控制電壓是4.5V （電池電壓），按上面的導通電阻計算，2A的壓降應該是：2* 0.045 = 0.09V ，最大是: 2 * 0.06 = 0.12V。

7、L298的壓降指標如下:VcEsat(HSource Saturation, VoltageIl = 1AIl = 2A0.951,3521.72.7VVVcEs3tL)Sink Saturation VoltageIl-1A (5)Il = 2A 0.851.2171.& £3VVVcEsatTotal DropIl = 1A (5)Il = 2A (S)i.eo3.24.9VV表中第一行為上橋臂的壓降， 對應D772、2301,第二行為下橋臂的壓降，對應 D882、2302，第三行為兩者之和。對比一下不難看出，如果均以 2A電流驅(qū)動計算，三種驅(qū)動自身所消耗的功率 如下:D

8、772 D882 :(0.5+0.5)* 2 = 2 W2301、2302：(0.26+0.12) * 2=0.76 WL298 :4.9 * 2 =9.8如果以驅(qū)動一個4.5V、2A的直流電機為例:電機得到的功率是：4.5 *2 = 9W用 D772 、D882 則需要供電 5.5V ，效率為：9/ （5.5*2 ）81%用 2301 、2302 則需要供電 4.88V ，效率為：9 / （ 4.88*2 ）92%為：用 L298 則需要供電 9.4V ，效率9/ （9.4*2 ） = 48 %結(jié)論不言自明了吧！從這組數(shù)據(jù)還可以看出三者的散熱需求及其外形差異的原因。選用 3V同時解釋了圓夢小

9、車開始使用 D772、D882 驅(qū)動時為何130 電機 ，因為小車是 4節(jié)充電電池供電， 只有 4.8 5V，H 橋壓降 1V ，所以只能使用 3V 的電機。而改用MOS管驅(qū)動后，就選用了 4.5V的N20電機,因為 MOS 管只帶來了 0.4V 不到的壓降。而分析 L298 的壓降你就會知道， 如果你的電機需要 2A左右的啟動電流，那使用 5V是根本無法工作的。有一個同學托我代購了一片L298 ,結(jié)果回去后說是電機我只好請他只抖動不轉(zhuǎn)，我問他使用幾伏電壓，他告訴我5V :（仔細閱讀L298的資料。實際上使用L298不只是驅(qū)動壓降限制了電機的供電電壓，它的控制電平要求也使得你幾乎無法使用低于6

10、V的工作電壓,看如下信息:SymbolParameterTest ConditionsMln,Typ.hAax. 11 UnitVsSupply Voltage (pin 4JOperative ConditionViH +2.546 1Lv表中Vs為電機驅(qū)動的供電電壓（L298分2路供電,一路是電機驅(qū)動的，就是H橋上的，一路是供給邏輯電路的），ViH是 指邏輯控制輸入咼電平。此參數(shù)的含義是，電機驅(qū)動電壓必須大于邏輯控制電平2.5V，如果你的邏輯部分使用5V供電，那電機的供電電壓至少7.5V , 否則將無法保證正常工作。除非你將邏輯控制電平降低。很多同學用的都是L298，建議你們仔細分析一下，

11、看看自己的設計是否符合L298手冊所規(guī)定的工作條件，也許很多現(xiàn)象都能 自己解釋了H橋驅(qū)動電路原理發(fā)表于 2008/9/17 16:27:40一、H橋驅(qū)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“疇驅(qū)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(qū)動電路沒有畫出來）。如圖所示，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必 須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)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(zhuǎn)向。Gif

12、t+©Qa圖4.12 H橋驅(qū)動電路要使電機運轉(zhuǎn)，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(jīng) Q1從左至右穿過電機，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(qū)動電機順時針轉(zhuǎn) 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(qū)動電機按特 定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖4.13 H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)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(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向

13、）。©圖4.14 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動二、使能控制和方向邏輯驅(qū)動電機時，保證H橋上兩個同側(cè)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(qū) 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

14、提供一種方向輸人，可以保證 任何時候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導通。（與本節(jié)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。）兩個方向信號和一個并且使能信號是1，那么4.16所示）；如果DIR采用以上方法，電機的運轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制： 使能信號。如果DIR L信號為0, DIR R信號為1, 三極管Q1和Q4導通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖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 過電機。圖4.16使能信號與方向信號的使用H橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多實際使用的時候，用分立元件制作L293D、L298N、TA7257P、封裝好的H橋