H橋式電機驅動(dòng)電路工作原理。

      以前，如果表面安裝產(chǎn)品設計師需要高于幾百毫安電流的話(huà)，就不得不采用體積較大的穿孔器件就是價(jià)格較高的SOT89，SOT223和D-PAK封裝的表面安裝晶體管。隨著(zhù)Zetex FMMT718和FMMT719系列NPN，PNP雙極晶體管的推出，SOT23封裝器件也可以驅動(dòng)峰值電流達到6A，工作電流達到2.5A的負載了。這些SuperSOT器件具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如顯著(zhù)提高電路效率，節省器件數量和空間，提高可靠性?？梢哉f(shuō)，這些最先進(jìn)器件的性能超過(guò)了現有的所有SOT23器件和許多SOT89及SOT223器件。

      H型橋式驅動(dòng)器有著(zhù)廣泛的應用，如磁盤(pán)驅動(dòng)、點(diǎn)秒機、汽車(chē)電子、伺服系統、玩具等等。這種驅動(dòng)器在單電源情況下可以提供雙向輸出--由邏輯IC或微控制器進(jìn)行控制。綜通常使用2個(gè)NPN和2個(gè)PNP晶體管。所有晶體管都是發(fā)射極接地（見(jiàn)圖1）。如果接通一個(gè)NPN晶體管和對角線(xiàn)的PNP晶體管（比舅NPN1和PNP1），則實(shí)際上所有的上加電壓都將加到電機負載上。接通另一對晶體管則使負載上的電壓方向相反。H型橋式晶體管常常要求附加的集電極-發(fā)射極保護二極管，以防止負載電機可能產(chǎn)生的瞬態(tài)電流和反饋電流損壞晶體管。

      在電池供電的情況中，關(guān)鍵是使電源電壓盡可能全部通過(guò)負載，以使通過(guò)提高效率和使最低可用電壓減小來(lái)延長(cháng)電池壽命，圖2所示的橋式電路可以提供1.5A的負載電流。通過(guò)基極電阻就可以很容易的調整電流（對PNP，將IB設定到最大電流的1/50，對NPN管IB設定為1/100）。電流為1.5A時(shí)，無(wú)論NPN或PNP管的飽和壓降都僅為0.3V，電流更小時(shí)，飽和壓降將再將低一半。

      通過(guò)低飽和損耗和低基極驅動(dòng)電平，FMMT618/718可以提高電機的性能和壽命。因為它們的反負hFE足夠高，能夠導通反饋電流和瞬態(tài)電流，通常不通需要并聯(lián)保護二極管。使用體積小的SOT23封裝和少的器件數量意味著(zhù)減少PCB的面積和降低成本。

一、H橋式電機驅動(dòng)電路

      圖1中所示為一個(gè)典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋式驅動(dòng)電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個(gè)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1及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅動(dòng)電路沒(méi)有畫(huà)出來(lái)）。

      在電路設計當中，全橋的作用非常重要，當橋式整流電路當中的四個(gè)二極管封裝在一起時(shí)就構成了全橋電路，而全橋電路實(shí)際上就是我們常說(shuō)的H橋電路。本篇文章將主要介紹H橋電機驅動(dòng)的工作原理，從逆時(shí)針和順時(shí)針兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行全面的分析。

      如圖所示，H橋式電機驅動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機。要使電機運轉，必須導通對角線(xiàn)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(huì )從左至右或從右至左流過(guò)電機，從而控制電機的轉向。

圖1 H橋式電機驅動(dòng)電路

      要使電機運轉，必須使對角線(xiàn)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(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅動(dòng)電機順時(shí)針轉動(dòng)。

      當三極管Q1和Q4導通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機，從而驅動(dòng)電機按特定方向轉動(dòng)（電機周?chē)募^指示為順時(shí)針?lè )较颍?br />

圖2 H橋電路驅動(dòng)電機順時(shí)針轉動(dòng)

      圖3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(guò)電機。

      當三極管Q2和Q3導通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機，從而驅動(dòng)電機沿另一方向轉動(dòng)（電機周?chē)募^表示為逆時(shí)針?lè )较颍?br />

圖3  H橋電路驅動(dòng)電機逆時(shí)針轉動(dòng)

二、使能控制和方向邏輯

      驅動(dòng)電機時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側的三極管不會(huì )同時(shí)導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導通，那么電流就會(huì )從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒(méi)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(shí)際驅動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開(kāi)關(guān)。

      圖4所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本H橋電路的基礎上增加了4個(gè)與門(mén)和2個(gè)非門(mén)。4個(gè)與門(mén)同一個(gè)“使能”導通信號相接，這樣，用這一個(gè)信號就能控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。而2個(gè)非門(mén)通過(guò)提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側腿上都只有一個(gè)三極管能導通。（與本節前面的示意圖一樣，圖4.15所示也不是一個(gè)完整的電路圖，特別是圖中與門(mén)和三極管直接連接是不能正常工作的。）

圖4  具有使能控制和方向邏輯的H橋電路

      采用以上方法，電機的運轉就只需要用三個(gè)信號控制：兩個(gè)方向信號和一個(gè)使能信號。如果DIR－L信號為0，DIR－R信號為1，并且使能信號是1，那么三極管Q1和Q4導通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖5所示）；如果DIR－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(guò)電機。

圖5  使能信號與方向信號的使用

      實(shí)際使用的時(shí)候，用分立件制作H橋式是很麻煩的，好在現在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機和控制信號就可以使用了，在額定的電壓和電流內使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

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