H桥功率驱动电路的设计研究
一种基于PWM控制的H桥功率驱动器的设计
ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｒｉｓｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｂｉｓｔａｂｌｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｔｈｅ
ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｉｄｅａｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｕｓｉｎｇ ＥＤＡ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｏｔａｌ
Ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ＳＰＩＣ ｓｈｏｗｓ ａ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ
ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｏｓｔ，ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ，ａｎｄ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｇｅｎｅｒａｔｅｓ ｗａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｈｕｔｏｆｆ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ １４５℃ａｎｄ １７０＂Ｃ．
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ２。Ｃ，ａｎｄ ａ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ
本文首先从系统的角度出发，对电路进行总体设计，确定了电路的功能模块 及模块之间的功能衔接。接着，根据项目的性能指标要求，详细设计并分析了本 电路中的电荷泵电路、自举电路、过温保护电路、电流取样电路四个功能模块及 ＰｗＭ速度反馈控制应用电路。这是本文的重点所在。其中的电荷泵上升时间数 学归纳分析法、自举电路上升时间微分分析法和双稳态过温保护电路是本文的创 新点。最后，本文在厂方提供的模型基础上利用ＥＤＡ软件对各个子电路及整体 电路进行了仿真，确保设计的电路能满足性能指标要求，并给出了仿真结果。
１）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 ２）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要 提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（Ｈ桥 或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 ３）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防 止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现 隔离。 ４）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源 污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 ５）可靠性。电机驱动电路应避免过温、过流、过欠压等极端情况的发生。
一种直流电机H桥驱动电路设计
一种直流电机H桥驱动电路设计
该电路采用NMOS 场效应管作为功率输出器件，设计并实现了较大功率的直流电机H 桥驱动电路，并对额定电压为24 伏，额定电流为3.8A 的
25D60-24A 直流电机进行闭环控制，电路的抗干扰能力强，在工业控制领域
具有较强的适用性。
许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片，但这些芯片多数只适合小功率直流电机，对于大功率直流电机的驱动，其集成芯片价格昂贵。
在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点：
1. 功能：电机是单向还是双向转动?需不需要调速?对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机
即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4 个功率元件组成的H 桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。
如果不需要调速，只要使
用继电器即可;但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM(脉冲宽度调制)调速。
2. 性能：对于PWM 调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。
1)输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。
2)效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。
要提高
电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防
止共态导通(H 桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路)入手。
3)对控制输入端的影响。
功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有
高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或
光电耦合器实现隔离。
IR20驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析
IR20驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析1.H桥原理：H桥电路是由四个开关管组成的电路，可以实现正反转、制动及调速功能。
在正极电池端接入两个开关管，负极电池端接入另外两个开关管。
通过控制不同开关管的电导情况，可以控制电机正反转和制动。
当Q1和Q4导通时，电机正转；当Q2和Q3导通时，电机反转；当Q1和Q2导通时，电机制动。
H桥电路示意图如下：```+Vcc+--，Q1，--+Motor(Load) -----，Q2，----------+--，Q3，--++GND```2.IR2110简介：IR2110是一种高低侧驱动器，它具有独立的高压和低压输入端，可以直接驱动高侧和低侧开关管。
IR2110集成了驱动电路和PWM调制电路，能够实现电源零电压开关（ZVS）和电流过零检测功能，提高开关效率和减少电磁噪音。
3.IR2110的工作原理：-IR2110的高侧驱动电路包括一个高侧引脚(HIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-IR2110的低侧驱动电路包括一个低侧引脚(LIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-当HIN输入信号为低电平时，高侧逆变器输出为高电平，高侧MOS 管截止，同时低侧逆变器输出为低电平，低侧MOS管导通，电机正转。
-当HIN输入信号为高电平时，高侧逆变器输出为低电平，高侧MOS 管导通，同时低侧逆变器输出为高电平，低侧MOS管截止，电机反转。
-通过HIN和LIN输入信号的控制，可以控制H桥电路的工作方式。
4.IR2110驱动电路示意图：```+Vcc+--，Q1，---------------+Motor ，(Load) ----，Q2，----------------， IR2110+--，Q3，---------------++GND```5.IR2110驱动电路的工作过程：-通过输入信号控制IR2110的HIN和LIN引脚的电平。
-IR2110内部逆变器产生高侧和低侧驱动电平，控制相应的MOSFET 或IGBT的导通和截止。
大功率直流电机H桥驱动电路设计方案
大功率直流电机H桥驱动电路设计方案在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点：1. 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4 个功率元件组成的H 桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。
如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。
2. 性能：对于PWM 调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。
1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。
2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。
要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H 桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。
3）对控制输入端的影响。
功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或光电耦合器实现隔离。
4）对电源的影响。
共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。
5）可靠性。
电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。
H桥驱动电路：H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，因其外形酷似字母‘H',所以称作H桥驱动电路。
要使电机M运转，必须使对角线上的一对三极管导通。
例如当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。
电机顺时针转动。
当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，驱动电机逆时针方向转动。
完整的晶体管H桥驱动电路，PWM1,PWM2,为电机方向控制输入端，PWM1=1,PWM2=0时正转，PWM=0,PWM2=1时电机反转。
PWM1,PWM2同时也是电机调速的脉宽输入端。
晶体管是最为廉价的控制方法，但在晶体管上有明显的压降，会产生功率的损耗，效率不高，适宜应用在低电压，小功率的场合。
一种H桥驱动电路原理与设计
一种 H 桥驱动电路原理与设计
文/庄武良 代允
摘
本文 H 要 桥的上桥，能够实现电流的输入
输出控制，两路互补 PWM 信号分
别控制上下两个开关管互补导通，
并对相应的实验装置和控制方法
进行实验测试。
此 H 桥不需要外加电源，也不需要变压 器隔离驱动，工作原理如下：当 CPU 的输出 PWMA 为高电平信号时，此 H 桥驱动管脚 L 得到高电平信号，L 端通过电阻 R3 限流电阻 驱动 Q7，Q7 为 NPN 三极管，Q7 三极管基级 得到高电平 Q7 的 CE 导通，Q7 管脚 CE 导通 把 Q5 的基级电平拉低，Q5 基级电平拉低了 则 Q5 管脚 CE 截止，VBUS 的电压通过稳压 三极管 D3 及电阻 R1 给三极管 Q3 提供正向运
上管驱动的工作原理，上下两个管的驱
动顺序是先下管后上管，当下管 Q2 导通的时 候，上管辅助的电源存储电容 C1 通过 VBUS 过稳压管 D4 与二极管 D5 充电，当上管驱动 信号 H 为高电平时，电流流过 R7 给 Q10 三极 管的基级提供偏置，三极管 Q10 得电 CE 导通， Q9 三极管为 PNP 三极管，Q9 的基级被拉低， 三极管 Q9 导通，三极管 Q8 和 Q6 为互补扩 流 对 管， 电 流 可 以 通 过 稳 压 管 D4、R6、Q9 给互补对管 Q8 与 Q6 提供偏置，Q8 导通，而 Q6 截止，电容 C1 上的能量可以通过 Q8 给开 关管 Q1 提供偏置而导通，当驱动信号 H 为低 电平时，三极管 Q10 反向偏置而截止，上拉 R8 给 PNP 三极管 Q9 上拉后而截止，互补对 管 Q8 与 Q6 低电平偏置，Q8 截止而 Q6 导通， 加速开关管 Q1 栅极电荷的卸放，Q1 的开关 管截止
步进电机H桥功率驱动电路设计
步进电机H桥功率驱动电路设计步进电机是一种特殊的直流电机，可以通过一定的控制方式实现精准的角度控制。
步进电机的驱动电路通常采用H桥功率驱动电路，其中H桥电路是通过四个开关元件（通常是MOSFET管或者IGBT管）和两个电源组成的，能够实现电机的正、反向旋转。
H桥电路由四个开关元件组成，其中开关S1和S4连接在一起，共同控制电机的一个端口，开关S2和S3连接在一起，共同控制电机的另一个端口。
H桥电路有四种状态：S1和S4为导通状态，S2和S3为截止状态；S2和S3为导通状态，S1和S4为截止状态；S1和S3为导通状态，S2和S4为截止状态；S2和S4为导通状态，S1和S3为截止状态。
步进电机的驱动原理是通过控制H桥电路的四种状态，使得电机在施加电源电压的不同方向上旋转。
控制步进电机的一个重要参数是步距角，即电机每转一圈所走过的角度。
根据步距角的大小，步进电机可以分为全角步进电机和半角步进电机。
全角步进电机的步距角为360度/步数，控制方式可以是单相驱动方式或者双相驱动方式。
单相驱动方式只需要两个驱动电路，一个控制电机的一个端口，另一个端口通过调整S1和S4的导通时间来实现，通过调整导通的时间长短，可以控制电机的速度。
双相驱动方式需要四个驱动电路，分别控制电机的两个端口，通过交替切换四种状态来实现控制。
半角步进电机的步距角为360度/（2×步数）。
控制半角步进电机通常采用四相驱动方式，需要八个驱动电路，通过交替切换八种状态来实现控制。
四相驱动方式的原理是将步进电机的一个端口分成四段，通过施加电源电压的不同顺序，使得电机在不同的相邻段上产生磁场，并完成旋转。
步进电机的驱动电路设计需要考虑以下几个问题：1.驱动电路的工作电压范围，要能适应电机的额定电压以及工作电压波动范围。
2.驱动电路的开关元件的选型，要能够满足电流和功率的要求，并具有足够的开关速度。
3.驱动电路的保护措施，要考虑过流、过热等异常情况的保护。
基于h桥控制直流电机驱动电路设计
基于h桥控制直流电机驱动电路设计随着现代化工业的迅速发展，直流电机作为一种早期的电机被广泛应用在各种领域，如机械制造、石油开采、化工等行业中，并得到了越来越多的关注和应用。
基于H桥控制直流电机驱动电路设计是一种高效、可靠的驱动方案，本文将对其进行介绍。
一、H桥控制直流电机驱动电路原理H桥控制直流电机驱动电路由四个开关管组成，一般采用MOSFET 管。
根据开合程度，可以使H桥内的电压极性逆转，从而改变直流电机的转向。
H桥电路的控制有PWM方式和脉冲方向控制方式：（1）PWM方式PWM方式是通过改变开关管开合时间的长度和间隔时间，实现直流电机转速调节。
只需控制一个管的开合就可以实现电压的逆转，可以根据需要使两个管同时开关，以达到增加电流的目的，从而实现转矩控制。
（2）脉冲方向控制方式脉冲方向控制方式是靠改变开关管的开合序列来改变直流电机的转向。
与PWM方式相比，脉冲方向控制方式更加简单。
其主要优点是响应速度快，适用于高速转向的应用。
二、基于H桥控制直流电机驱动电路设计基于H桥控制直流电机驱动电路的设计过程，一般需要考虑以下几个方面：（1）电路结构设计根据不同的应用场景和需要，可以选择单位H桥、半桥H桥、全桥H桥等不同的电路结构。
一般情况下，可以根据实际需求来选择合适的结构，以实现高效、可靠的驱动控制。
（2）元器件选型选用合适的元器件对于电路的稳定性和可靠性十分重要。
特别是对于H桥中的开关管，要保证其负荷能力足够强，同时也需要考虑其价格和性能和可靠性等因素来进行选择。
（3）驱动控制设计驱动控制设计是整个电路设计中最为重要的环节之一。
具体来说，驱动控制设计需要考虑以下几个方面：1）驱动器选择：针对不同的电机和应用场景，可以选择不同类型的驱动器，如电容式驱动器、电感式驱动器等等。
2）PWM控制：如果选择PWM方式控制电机，需要考虑频率、占空比、死区参数等等。
3）脉冲方向控制：如果选择脉冲方向控制方式，需要考虑控制脉冲的宽度、间隔等参数。
IR2110驱动MOS IGBT组成H桥原理与驱动电路分析
IR2110驱动MOS IGBT组成H桥原理与驱动电路分析 3.3 电机驱动模块设计3.3.1 H桥工作原理及驱动分析3.3.2 前级PWM信号和方向控制信号逻辑处理电路设计分析由于H桥控制MOS管的开关需要4路控制信号，对于由NMOS管组成H桥的一侧而言，一般情况下，上下两管共用一个控制信号，并且其中一只NMOS管的控制信号是将共用的控制信号反向得到的，如图3-7所示，74HC14的作用是将输入的控制信号反向作为下管的控制信号，从而保证上下两个MOS管不会同时导通,那么对于一个完整的H桥就要2路PWM信号来控制电机的速度和正反转，而且两路PWM信号还必须保证同步且极性相反，对于低端单片机而言这一点不是很容易做到。
图3-7 一般控制信号处理原理图本设计在上面所述的思想上做了改进和延伸，通过一路PWM信号、一路DIR方向控制信号、74HC00、74HC08数字芯片，实现四路控制信号的输出，上下两管的逻辑控制信号具有有互锁保护功能，从而保证同侧桥臂的上下NMOS管不会同时导通造成能量浪费甚至烧毁MOS管和电源。
如图3-8所示，HIN1、LIN1、HIN2、LIN2分别为两侧上下管的控制信号，HIN1、LIN1不能同时为1，HIN2、LIN2不能同时为1。
DIR=1时，电机正转，DIR=0时，电机反转。
当DIR=1正转时，LIN2恒为1，图3-9中Q3始终导通，HIN1、LIN1通过PWM 控制导通时间调节转速，当DIR=0反转时，LIN1恒为1，图3-9中Q4始终导通，HIN2、LIN2通过PWM控制导通时间调节转速。
DIR=0或1，两桥臂下管始终导通，这也为自举电容的快速充电提增加了一条回路，也就是说不管是正转还是反转，当上管关闭时两侧下管可同时提供充电回路，而不是单侧的下管，因为电机阻抗的存在，起主要充电作用的还是单侧的下管。
当PWMZ占空比为0时，LIN1、LIN2都为1时，两侧下管同时导通将电机两端接地，这样可以实现电机快速制动。
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电子科技大学
硕士学位论文
H桥功率驱动电路的设计研究
姓名：袁涛
申请学位级别：硕士
专业：微电子学与固体电子学指导教师：罗萍
20051209
第二章Ｈ桥功率驱动器总体电路设计
第二章Ｈ桥功率驱动器总体电路设计
本章首先从直流电机的工作原理和数学模型入手，确定控制直流电机转速实际上是控制直流电机的电流；并且介绍了电机ＰＷＭ控制原理；然后给出Ｈ桥功率驱动器两种控制模式：ｓｉ印ａ１肿ａ鲥ｔｕｄｅ（ｓ，Ｍ）控制和ＬｏｃｋｅｄＡｎ御ｌｌａｓｅ（ＬＡＰ）控制，以及两种模式的工作原理：之后进行整体设计，依据需要完成的整体功能设定所需的功能模块，以及各个模块之间的功能衔接；最后得到整体功能框图和设计指标，确定设计的可行性。
２．１直流电机的工作原理及数学模型
直流电动机１９】１１Ｄｊ，多年来～直用作基本的换能器。
绝大多数的直流电动机都是由电磁力形成一种方向不变的转矩而实现连续的旋转运动的。
图２．１为直流电机的物理模型图，其中，固定部分（定子）由磁铁（称为主磁极）和电刷组成：转动部分（转子）由环形铁心和绕在环形铁心上的绕组组成，定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁心上放置了由Ａ和Ｂ两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。
换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。
换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。
在换向片上放置着一对固定不动的电刷Ｂｌ和Ｂ２，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向器和电刷与外电路接通。
图２－１直流电机的物理模型图
直流电动机的工作原理［９】【１０】如图２—２所示。
给两个电刷加上直流电源，如图２—２（ａ）所示，有直流电流从电刷Ａ流入，经过线圈ａｂｃｄ，从电刷Ｂ流出，根据电
第五章版图设计、验证、工艺流程与芯片测试镜照片，面积约为３０００ｕｍ×７０００ｐｍ（除去测试管部分）。
图５．１基准源电路版图
图５－２振荡器电路版图
图５—３电荷泵电路版图
图５—４自举电路版图。