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h橋mos管驅動電路原理及h桥mos管电机驅動電路详解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-12-06 

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h橋mos管驅動電路原理

實踐驅動電路中通常要用硬件電路便當地控制開關,電機驅動板主要采用兩種驅動芯片,一種是全橋驅動HIP4082,一種是半橋驅動IR2104,半橋電路是兩個mos管組成的振蕩,全橋電路是四個mos管組成的振蕩。其中,IR2104型半橋驅動芯片能夠驅動高端和低端兩個N溝道MOSFET,能提供較大的柵極驅動電流,並具有硬件死區、硬件防同臂導通等功用。運用兩片IR2104型半橋驅動芯片能夠組成完好的直流電機H橋式驅動電路,而且IR2104價錢低廉,功用完善,輸出功率相對HIP4082較低,此計劃采用較多。

h橋mos管驅動電路原理

H橋驅動原理圖


另外,由于驅動電路可能會産生較大的回灌電流,爲避免對單片機産生影響,最好用隔離芯片隔離,隔離芯片選取有很多方式,如2801等,這些芯片常做控制總線驅動器,作用是進步驅動才能,滿足一定條件後,輸出與輸入相同,可停止數據單向傳輸,即單片機信號能夠到驅動芯片,反過來不行。


h橋mos管驅動電路圖

h橋mos管驅動電路原理


mos管h橋電機驅動電路

如下圖中所示爲一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅動電路”是因爲它的形狀酷似字母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:下圖及隨後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。

h橋mos管驅動電路原理

H橋驅動電路


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2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,然後再經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爲順時針方向)。

h橋mos管驅動電路原理

H橋電路驅動電機順時針轉動


下圖所示爲另一對三極管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爲逆時針方向)。

h橋mos管驅動電路原理

H橋驅動電機逆時針轉動


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,那麽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。


改進電路在基本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。)

h橋mos管驅動電路原理

具有使能控制和方向邏輯的H桥电路


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信號爲0,DIR-R信號爲1,並且使能信號是1,那麽三極管Q1和Q4導通,電流從左至右流經電機(如圖5所示);如果DIR-L信號變爲1,而DIR-R信號變爲0,那麽Q2和Q3將導通,電流則反向流過電機。

h橋mos管驅動電路原理

使能信號與方向信號的使用


实际使用的时候,用分立元件制作H桥是很麻烦的,好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路,接上电源、电机和控制信号就可以使用了,在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。下图是两张分立元件的H橋驅動電路:

h橋mos管驅動電路原理


MOS管驅動

跟雙極性晶體管相比,一般認爲使MOS管導通不需要電流,只要GS電壓高于一定的值,就可以了。這個很容易做到,但是,我們還需要速度。


在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驅動时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。


MOS管驅動电路第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时 栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该 选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。


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