H桥电路详细讲解：工作原理分析，图文+案例，手把手教你搞懂

大家好，我是李工，今天给大家介绍的是：H桥电路、H桥电路详细讲解。

一、H桥到底是什么电路？

简单来说，H桥就是一个简单的电路，包含4个开关元件，负载位于中心，呈H型。

H 桥电路可以切换附加负载的极性。H 桥最常见的用途是驱动直流电机，实现方向控制。具体的如下所示：

H桥

开关元件（Q1-Q4）通常都是双极性晶体管或者FET晶体管，在某些高压应用是IGBT。二级管（D1-D4）称为钳位二极管，通常是肖特基型。

桥的顶端连接到电源（电池）、底端接地。虽然有一些限制，但是通常4个开关元件可以独立打开和关闭。

负载在理论上说，可以替换，但是如果H桥带有2个有刷直流或者双极步进电机（步进电机每个电机需要两个H桥）负载，是比较普遍的应用。

这里主要是有刷直流电机驱动器的原理。

二、H桥电路详细讲解

H桥的基本工作模式相当简单：如果Q1和Q4导通，电机的左侧引线将连接到电源，而右侧引线接地，电流开始流过电机，电机正向通电，电机轴开始旋转。

H桥电路工作原理

如果 Q2 和 Q3 导通，则会发生反转，电机将反向通电，轴将开始向后旋转。

H桥电路工作原理

在桥接器中，不要同时导通 Q1 和 Q2（或 Q3 和 Q4），如果同时导通的话，就会在电源和GND之间创建了一个非常低电路路径，有效短路了电源，这种情况就被称为”击穿“，可能会损坏电路中的其他元件。

H桥工作原理

由于4种可能状态的限制，A侧开关可能只有3种状态：

Q1

Q2

断开

断开

导通

断开

断开

导通

同样对于B侧：

Q3

Q4

断开

断开

导通

断开

断开

导通

两侧结合起来，就是9种状态：

Q1

Q2

Q3

Q4

导通

断开

断开

断开

导通

断开

断开

导通

导通

断开

导通

断开

断开

导通

断开

断开

断开

导通

断开

导通

断开

导通

导通

断开

断开

断开

断开

断开

断开

断开

断开

导通

断开

断开

导通

断开

三、构建反激保护的完整H桥电路

1、反激二极管

驱动直流电机最重要的一点把它当作电感负载。一旦为电机供电，就会将能力犓在磁场中，一旦电机达到速度，存储的能量就会达到最大值。当电源被移除时，磁场会崩溃。要想保持电流量恒定，唯一的方法时增加电机端子上施加的电压。该电压可以时电路中使用的供电电压的许多倍。如果没有安全的方法在电路中消散，感应电压始终与施加电压的极性相反。

处理这种电压尖峰的最常见的方法是使用”反激二极管“。具体如下图，带反激二极管的单向电机示例。

带反激二极管的单向电机示例

当开关闭合时电机旋转，二极管变为反向偏置，电流流过它，当开关打开时，感应电压反转方向并可以流过现在正向偏置的二极管。如下图所示：

带反激二极管的单向电机电感流路径

电感流通过反激二极管的路径。

2、H桥电路反激二极管

当使用H桥电路时，单个反激二极管是不够的。由于有多条电流路径，因此必须有4个二极管为感应电压提供路径。

下图，无论电机方向或者感应电压怎么样，始终有一条安全路径通过电源轨。

带反激二极管的 TC78H620 H 桥电路

带反激二极管的 TC78H620 H 桥电路。

3、将2者结合在一起

上面处理了感性负载问题，电路的其余部分就比较简单了。对于下面这个电路，成为一个独立的电路板，使用全局标签将大部分网路从一个组件连接到另一个组件。

有一个小的去耦电容C1，将放置在PCB上靠近H桥的位置，还有一个可选大电解电容C2，有助于储存能量以供应给电机。

该电容还可以帮助消散一些通过二极管的反激电压。

具有反激保护的完整 H 桥电路

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