一種改進的H橋驅(qū)動電路

驅(qū)動一個中、小功率永磁直流電機的傳統(tǒng)方式是采用搭成H橋結(jié)構(gòu)的四支MOSFET或雙極晶體管。例如在圖 1 中，電機連接在集電極對C1、C2和C3、C4之間。由沿對角方向?qū)ǖ南鄳?yīng)晶體管對Q1與Q3，或Q2和Q4控制流經(jīng)電機的電流，以及其旋轉(zhuǎn)方向的反轉(zhuǎn)。但是，這種方法需要四支晶體管的每一個都接收自己的控制輸入。根據(jù)電機的電壓要求，上方兩個驅(qū)動信號需要電氣隔離，或用一個電平移位電路匹配微控制器的輸出電壓極限。

本設(shè)計實例描述了另一種電路，它只驅(qū)動 H 橋的兩個低側(cè)開關(guān)晶體管。在一個用于雙向電機控制的標(biāo)準(zhǔn)雙極晶體管 H 橋中，Q1和Q4的基極通過電阻器R3和R4連接到Q3和Q2的集電極（圖2）。輸入VINA和 VINB各控制一對開關(guān)。當(dāng)Q2導(dǎo)通時，電阻器R4和二極管D6將Q4基極拉低，使Q4 飽和并通過電機和Q2拉入電流。同樣，Q3的導(dǎo)通會將Q1拉至飽和，并反向驅(qū)動電機。二極管D5確保在Q4導(dǎo)通時Q1保持關(guān)斷，而D6在Q1導(dǎo)通時保證Q4的關(guān)斷。電阻器R1、R2、R7和R8增加它們相應(yīng)晶體管的開關(guān)速度，而電阻器R5和R6將微控制器5V高邏輯電平輸出的基極電流限制在大約15mA~ 20mA。電阻器R3和R4設(shè)定Q1和Q4的飽和基極電流。它們的值依賴于電機的供電電壓和Q1及Q4的直流電流增益，公式如下：R3=R4≤[VCC-VBE(ON)(Q4) - VF(D6)-VCE(SAT)(Q2)]/[(IMOTOR)/hFE(MIN)(Q4)]。為獲得最佳性能，應(yīng)選擇有低集射飽和電壓VCE(SAT)以及高直流電流增益hFE的雙極晶體管。目前可以使用的中功率晶體管能夠以最小集電極功耗和要求較少的基極驅(qū)動提供這些特性，因此可與MOSFET競爭。

一些分立器件可以在圖1的電路中很好地工作，如On Semiconductor的NSS40200LT1G PNP雙極晶體管和NST489AMT1 NPN雙極晶體管。如要實現(xiàn)一種更緊湊的方法，可以選擇集成的H橋，如Zetex的ZHB6790，它可工作在高達40V電壓下，集電極額定電流為連續(xù)2A和6A峰值脈沖。在IC集電極電流為100mA時，其最小電流增益為500，在2A IC時電流增益可以降至150。最差情況下， Q2和Q3 2A的集電極電流（飽和電壓不大于0.35V）需要的基極電流為 13 mA ~ 20 mA。所幸，很多微控制器的輸出都可以提供或吸收高達 25 mA 電流，因此可以不依賴電機的電源電壓，直接驅(qū)動 H 橋。為進一步降低驅(qū)動電流，或采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS或TTL IC作驅(qū)動源，可以用小信號晶體管反相器緩沖 Q2和Q3的輸入。作為一種選擇，你也可以在 Q2、Q3與地之間連接歐姆級的電阻器。這種方案可以提供與電機電流成正比的模擬電壓，使微控制器能夠檢測一臺熄火或過載的電機。