一種H橋驅(qū)動電路原理與設(shè)計

文/莊武良 代允

H橋在電力系統(tǒng)以及電機正反轉(zhuǎn)的控制非常方便，因此，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。H橋的上臂由于是浮地，不能直接驅(qū)動，以往的驅(qū)動是通過驅(qū)動芯片或者是變壓器隔離驅(qū)動來解決，上面兩種驅(qū)動方式都存在一些問題，驅(qū)動芯片需要外加電源供電，驅(qū)動能力不強，只適合于小功率的地方工作，變壓器驅(qū)動的時候不適合于低頻的地方工作，且變壓器會有一定的移相，應(yīng)用起來不是很方便，并且上面所提及的兩種驅(qū)動價格比較高，限制了應(yīng)用范圍。本文應(yīng)用了一種新的驅(qū)動方式，不需要變壓器也不需要專業(yè)的驅(qū)動芯片，具有成本低，可靠性高，實用性強。

1 原理與設(shè)計

本系統(tǒng)由STM32F103產(chǎn)生兩路PWM信號，PWM_A以及PWM_B，這兩路信號互補，有一定的死區(qū)時間Td，PWM_A和PWM_B出來的兩路信號各通過串聯(lián)一個電阻到特殊驅(qū)動H橋上的H端和下端L端，如圖1所示。

傳統(tǒng)H橋不一樣，傳統(tǒng)的H橋上橋由于是浮地，需要另外一個不共地的獨立電源，或者是變壓器的形式隔離驅(qū)動，否則無法驅(qū)動H橋的上橋，工作原理圖如圖2所示。

圖1

圖2

此H橋不需要外加電源，也不需要變壓器隔離驅(qū)動，工作原理如下：當(dāng)CPU的輸出PWMA為高電平信號時，此H橋驅(qū)動管腳L得到高電平信號，L端通過電阻R3限流電阻驅(qū)動Q7，Q7為NPN三極管，Q7三極管基級得到高電平Q7的CΕ導(dǎo)通，Q7管腳CΕ導(dǎo)通把Q5的基級電平拉低，Q5基級電平拉低了則Q5管腳CΕ截止，VBUS的電壓通過穩(wěn)壓三極管D3及電阻R1給三極管Q3提供正向運行，因此Q3管腳CΕ導(dǎo)通，VBUS的電壓通過電阻R2限流，再流向三極管Q3的CΕ，到D1后給MOS的Q2 IRF3205提供偏置，Q2導(dǎo)通，D2穩(wěn)壓二極管的作用是限制Q3三極管的輸出電壓，保護Q2開關(guān)管，當(dāng)L管腳為低電平時，三極管Q7截止，R4給Q5提供偏置，Q5得電而導(dǎo)通把Q3三極管的基級電位拉低，Q3基級電位拉低后Q3因此截止不能流過電流，Q4是PNP三極管，Q4的基級電位被拉低而導(dǎo)通，加速卸放開關(guān)管Q2的柵極電荷，加速開關(guān)管Q2的關(guān)斷。

上管驅(qū)動的工作原理，上下兩個管的驅(qū)動順序是先下管后上管，當(dāng)下管Q2導(dǎo)通的時候，上管輔助的電源存儲電容C1通過VBUS過穩(wěn)壓管D4與二極管D5充電，當(dāng)上管驅(qū)動信號H為高電平時，電流流過R7給Q10三極管的基級提供偏置，三極管Q10得電CΕ導(dǎo)通，Q9三極管為PNP三極管，Q9的基級被拉低，三極管Q9導(dǎo)通，三極管Q8和Q6為互補擴流對管，電流可以通過穩(wěn)壓管D4、R6、Q9給互補對管Q8與Q6提供偏置，Q8導(dǎo)通，而Q6截止，電容C1上的能量可以通過Q8給開關(guān)管Q1提供偏置而導(dǎo)通，當(dāng)驅(qū)動信號H為低電平時，三極管Q10反向偏置而截止，上拉R8給PNP三極管Q9上拉后而截止，互補對管Q8與Q6低電平偏置，Q8截止而Q6導(dǎo)通，加速開關(guān)管Q1柵極電荷的卸放，Q1的開關(guān)管截止。

綜上所述的分析，當(dāng)L為高電平的時候，開關(guān)管Q2導(dǎo)通，當(dāng)L為低電平的時候，開關(guān)管Q2截止。當(dāng)H為高電平的時候，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，當(dāng)H為低電平時，開關(guān)管Q1截止。

圖3

2 實驗結(jié)果

STM32F103產(chǎn)生兩路PWM信號連接到H橋上，用示波器測得波形如圖3所示，通道一為PWMA給H橋上管H端的驅(qū)動波形，通道二為PWMB給H橋下管L端的驅(qū)動波形，通道三為負(fù)載波形。

實驗結(jié)果如圖3。