在上一篇文章中介紹了《使用H橋電路驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)的原理》。本文將介紹有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的H橋的實(shí)際控制（切換）。

 

H橋電路：輸出狀態(tài)的切換

 

在上一篇文章中我提到過在向電機(jī)的兩個(gè)端子施加電壓時(shí)有四種連接方式：

 

 ①兩個(gè)端子都不與任何地方連接。

 ②將直流電源的（+）連接至一個(gè)端子，（-）連接至另一端子。

 ③將直流電源按照與②相反的極性連接至電機(jī)。

 ④兩個(gè)端子之間相連接。

 

如果可以輸入2位二進(jìn)制值，則可以通過它們的組合來創(chuàng)建這四種狀態(tài)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果有2個(gè)邏輯輸入端子，則可以獲得2*2=4種組合。下面是內(nèi)置H橋電路的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的示例，這里給出了大致的內(nèi)部功能框圖。

用于切換H橋狀態(tài)的邏輯電路是以IN1和IN2作為輸入、由虛線圍起來的部分。該邏輯電路的真值表如下：

 

 

可以看出相對(duì)于IN輸入邏輯的VG狀態(tài)。VG是Q1～Q4的各MOSFET的柵極電壓狀態(tài)。例如，Q1的VG為H，這表示施加了H電平的電壓，而不是直接表示Q1的ON/OFF。

 

該H橋是Pch MOSFET（Q1，Q3）和Nch MOSFET的組合。高邊側(cè)是Pch，低邊側(cè)是Nch對(duì)（Q1和Q2，Q3和Q4），各漏極和源極都已連接并成為OUT1（Q1和Q2對(duì)）和OUT2（Q3和Q4對(duì)）的輸出。

 

從框圖中可以看出，Pch的Q1和Q3在柵極上帶有活動(dòng)狀態(tài)的L符號(hào)，因此VG為L(zhǎng)，處于導(dǎo)通（ON）狀態(tài)。Q2和Q4為活動(dòng)狀態(tài)的H，因此Q2和Q4為H，并處于導(dǎo)通（ON）狀態(tài)。僅從這點(diǎn)看，它與CMOS逆變器邏輯電路相同，但是柵極由IN1和IN2分別控制。

 

OUT對(duì)應(yīng)創(chuàng)建四種所需狀態(tài)。OPEN表示所有MOSFET均關(guān)斷且處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。L表示通過MOSFET連接到GND，H表示連接到電機(jī)電源VM。

 

盡管與H橋的控制邏輯沒有直接關(guān)系，但功能模塊中顯示的電平轉(zhuǎn)換（Level Shift）和同時(shí)導(dǎo)通防止功能是硬件控制所需功能的示例。

 

電平轉(zhuǎn)換是一種可轉(zhuǎn)換低電壓邏輯電路的輸出電壓以適應(yīng)高電壓MOSFET驅(qū)動(dòng)的電路。邏輯電路部分設(shè)計(jì)為在3.3V或2.5V的常規(guī)邏輯電平下運(yùn)行，但H橋部分則在5V、12V、24V等高電壓（電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓）下運(yùn)行。因此，由于不能直接用低電壓邏輯輸出電平來驅(qū)動(dòng)而需要電平轉(zhuǎn)換電路。

 

同時(shí)導(dǎo)通防止功能是用來防止在高邊晶體管和低邊晶體管ON/OFF切換時(shí)可能會(huì)發(fā)生的兩邊晶體管同時(shí)導(dǎo)通的功能。這是由邏輯切換時(shí)的微妙時(shí)間點(diǎn)引起的現(xiàn)象。經(jīng)常被提到的是在同步整流開關(guān)電源案例中，在交疊（Overlap）導(dǎo)通的瞬間，會(huì)有被稱為“直通（Shoot-through）電流”的電流從電源流向GND，存在損壞開關(guān)晶體管或IC的風(fēng)險(xiǎn)。

 

雖然談了一點(diǎn)看似關(guān)系不大的內(nèi)容，不過請(qǐng)抓住本文的重點(diǎn)：可以利用2位邏輯輸入來通過H橋獲得四種狀態(tài)。

 

關(guān)鍵要點(diǎn):

 

?可以通過2位邏輯來實(shí)現(xiàn)H橋四種連接狀態(tài)的切換。

 

?除有刷直流電機(jī)的H橋和有刷直流電機(jī)的控制邏輯電路外，許多實(shí)際的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC還具有電平轉(zhuǎn)換和同時(shí)導(dǎo)通防止功能。