電源開(kāi)發(fā)技術(shù)講解之關(guān)于H橋的理解與應(yīng)用

很多用電器對(duì)電源極性要求不高，如點(diǎn)燈，正反接都可以工作，而且現(xiàn)象都差不多，也有的用電器對(duì)電源極性敏感，而且接反了就不工作，例如多數(shù)半導(dǎo)體器件，LED等；但也有的用電器對(duì)電源極性敏感，但正反接都可以工作，區(qū)別是正反接變現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象不同，如普通直流電磁電機(jī)，因?yàn)?a href="http://srfitnesspt.com/tags/電流/" target="_blank">電流方向不同，線圈產(chǎn)生的磁極方向會(huì)不同，從而旋轉(zhuǎn)方向不同。這樣的特性使得電動(dòng)車，遙控玩具車可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，倒退。

要實(shí)現(xiàn)電源極性的改變比普通情況下實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)閉合/打開(kāi)要復(fù)雜，因?yàn)槠胀ㄩ_(kāi)關(guān)通斷只要實(shí)現(xiàn)一根線上的通斷，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路電流的通斷，而改變極性則需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩條線上供電的改變(原正極變負(fù)極，負(fù)極變正極)，要實(shí)現(xiàn)這一功能，普通的單刀雙擲開(kāi)關(guān)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)，需要使用雙刀雙擲開(kāi)關(guān)。

如圖撥一下開(kāi)關(guān)就可以改變直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向。

但是，如果我只有單刀雙擲開(kāi)關(guān)，但是我也想控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，這樣可以么，實(shí)際上是可以的，但是復(fù)雜度就增加了，因?yàn)閱蔚峨p擲開(kāi)關(guān)一次只能打開(kāi)一條線，例如：我用單刀雙擲開(kāi)關(guān)把正極連接電機(jī)的電路打開(kāi)，還需要通過(guò)一些部件間接地把電機(jī)另一個(gè)接線柱與負(fù)極的線路打開(kāi)，完成這個(gè)功能的是三極管：

不過(guò)這樣，效率沒(méi)有用雙刀雙擲開(kāi)關(guān)高，因?yàn)殡娐沸枰靡恍〔糠蛛娏魅ナ闺姍C(jī)與負(fù)極導(dǎo)通，三極管還會(huì)有一定的壓降，但是為了方便，這點(diǎn)效率損失是可以容忍的。

一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)在某些意義上也可以用兩個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)代替，于是電路就變成了：

這個(gè)電路貌似與單刀雙擲開(kāi)關(guān)那個(gè)是一樣的，但實(shí)際上有點(diǎn)區(qū)別：?jiǎn)蔚峨p擲開(kāi)關(guān)同一時(shí)刻只能聯(lián)通一個(gè)觸點(diǎn)，所以電機(jī)要么正傳，要么翻轉(zhuǎn)，而這個(gè)電路中可能兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合，其實(shí)，這時(shí)也就引入了危險(xiǎn)：兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合，兩個(gè)三極管基極都加上了正電壓，兩個(gè)三極管都導(dǎo)通，電機(jī)兩端短路不會(huì)工作，三極管把電源短路，最終可能導(dǎo)致電源或三極管燒毀。

這個(gè)電路雖然帶來(lái)了短路的危險(xiǎn)，但是相比單刀雙擲開(kāi)關(guān)，他可以完全關(guān)斷電路，而且只要使用時(shí)注意不要同時(shí)打開(kāi)兩個(gè)開(kāi)關(guān)，其實(shí)還是可行的。

在很多場(chǎng)合，我們并不適用開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式的調(diào)整，而是通過(guò)數(shù)字電路來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，甚至實(shí)現(xiàn)ＰＷＭ調(diào)速，用ＭＣＵ的ＩＯ通過(guò)編程可以很容易實(shí)現(xiàn)與正極之間的可控單刀單擲開(kāi)關(guān)的功能，也就是給ＭＣＵ對(duì)應(yīng)ＩＯ輸出１；

然而ＭＣＵ驅(qū)動(dòng)能力一般很弱，因此還需要一個(gè)三極管來(lái)提高ＭＣＵ的驅(qū)動(dòng)能力，因此電路就變成了：

這個(gè)時(shí)候的電路已經(jīng)是一個(gè)完整的Ｈ橋了，如果我們不看三極管的基極部分電路，Ｈ橋其實(shí)就是四個(gè)三極管加一個(gè)直流電機(jī)，至于要用ＰＮＰ還是ＮＰＮ三極管，完全取決于應(yīng)用，所以拓廣一下，Ｈ橋一般有以下四種：

用兩種三極管：

只用一種三極管：

電路中省掉了電阻，實(shí)際應(yīng)用中基極一般要接電阻限流。

由于ＭＣＵ驅(qū)動(dòng)能力各不相同，三極管放大后電流會(huì)有所差異，為了減小差異，往往采用達(dá)林頓管，即兩個(gè)三極管連接來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力：

很多ＭＣＵ功率驅(qū)動(dòng)芯片已經(jīng)集成了達(dá)林頓管，如ULN2003,ULN2308等，可以提供500ma驅(qū)動(dòng)電流，用來(lái)驅(qū)動(dòng)普通5VTT電機(jī)還是可以的。這時(shí)外圍電路就很簡(jiǎn)單了：

但是，不管怎樣，短路的問(wèn)題還是沒(méi)有解決，一旦程序錯(cuò)誤，電路將面臨短路問(wèn)題，解決辦法是使用一些邏輯門電路，使兩個(gè)ＩＯ同時(shí)輸出１時(shí)三極管不工作：

理論上來(lái)說(shuō)，用兩個(gè)非門就解決問(wèn)題了：

由于有了反相器，不管ＩＯ輸入是什么，Ｈ的豎線上兩個(gè)三極管永遠(yuǎn)不可能同時(shí)工作。

我們?yōu)榱朔乐雇＼嚭箅姍C(jī)由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)燒橋，往往要用四個(gè)三極管來(lái)把反向電動(dòng)勢(shì)用個(gè)橋式整流電路整流后灌進(jìn)電源里去。

但是如果電源上有輸出二極管，這種電路是沒(méi)有作用的。

常用的L298N就是個(gè)集成了H橋的集成電路：

可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，可以防止短路；

內(nèi)部等效電路：

X寶上有用L298n做成的模塊，到手即用，加入了二極管防反向電動(dòng)勢(shì)：

l298n功率大但不便宜，如果電機(jī)功率很小，就沒(méi)有必要用它，自己搭一個(gè)H橋就行了。

此外，小功率H橋八腳芯片LG9110H也是很常用的，它可以提供750ma驅(qū)動(dòng)電流，可以防雙高電平短路，一般小電機(jī)完全可以驅(qū)動(dòng)，但缺點(diǎn)是一塊芯片只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)，而且MCU需要輸出200uA以上電流才能驅(qū)動(dòng)該芯片，如果MCU驅(qū)動(dòng)能力不足需要用上拉電阻。

應(yīng)用電路