H桥式电机驱动电路
H桥驱动电路(通用)

一、背景此问题一直想留给做小车的同学去研讨,期望他们在制作过程中能够悟出其中的道理。
可无奈等至今日也未见一文半字 : ( 却接到了无数的质询:你为何要用分立元件构建 H 桥驱动?为何不选择 L298 集成电路桥?为何要使用 MOS 管?等等……,逐个回复太累了,只好整理一下,汇总于此,供参考,有不妥之处望指正,更望能有人提出进一步的分析。
二、分析内容界定本文只涉及有刷直流电机 H 桥驱动部分的电路,不讨论如何控制 H 桥?如何实现 PWM?以及如何实现过流保护等;而且主要讨论构成 H 桥 4 个桥臂对性能的影响。
三、H桥原理简述所谓 H 桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路,它主要实现直流电机的正反向驱动,其典型电路形式如下:从图中可以看出,其形状类似于字母“H”,而作为负载的直流电机是像“桥”一样架在上面的,所以称之为“ H 桥驱动”。
4个开关所在位置就称为“桥臂”。
从电路中不难看出,假设开关 A、D接通,电机为正向转动,则开关B、C接通时,直流电机将反向转动。
从而实现了电机的正反向驱动。
借助这 4 个开关还可以产生电机的另外 2 个工作状态:A)刹车——将B 、D开关(或A、C)接通,则电机惯性转动产生的电势将被短路,形成阻碍运动的反电势,形成“刹车”作用。
B)惰行—— 4个开关全部断开,则电机惯性所产生的电势将无法形成电路,从而也就不会产生阻碍运动的反电势,电机将惯性转动较长时间。
以上只是从原理上描述了H 桥驱动,而实际应用中很少用开关构成桥臂,通常使用晶体管,因为控制更为方便,速度寿命都长于有接点的开关(继电器)。
细分下来,晶体管有双极性和MOS管之分,而集成电路只是将它们集成而已,其实质还是这两种晶体管,只是为了设计、使用方便、可靠而做成了一块电路。
双极性晶体管构成的 H 桥:MOS管构成的 H 桥:以下就分析一下这些电路的性能差异。
四、几种典型 H 桥驱动电路分析分析之前,首先要确定 H 桥要关注那些性能:A)效率——所谓驱动效率高,就是要将输入的能量尽量多的输出给负载,而驱动电路本身最好不消耗或少消耗能量,具体到H桥上,也就是4个桥臂在导通时最好没有压降,越小越好。
直流电机H桥驱动电路

直流电机H桥驱动电路H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动。
一、H桥驱动电路所谓 H 桥驱动电路是为直流电机而设计的一种常见电路,它主要实现直流电机的正反向驱动,其典型电路形式如下:从图中可以看出,其形状类似于字母“H”,而作为负载的直流电机是像“桥”一样架在上面的,所以称之为“ H 桥驱动”。
4个开关所在位置就称为“桥臂”。
从电路中不难看出,假设开关A、D接通,电机为正向转动,则开关B、C 接通时,直流电机将反向转动。
从而实现了电机的正反向驱动。
借助这4个开关还可以产生电机的另外2个工作状态:A)刹车——将B 、D开关(或A、C)接通,则电机惯性转动产生的电势将被短路,形成阻碍运动的反电势,形成“刹车”作用。
B)惰行——4个开关全部断开,则电机惯性所产生的电势将无法形成电路,从而也就不会产生阻碍运动的反电势,电机将惯性转动较长时间。
以上只是从原理上描述了H桥驱动,而实际应用中很少用开关构成桥臂,通常使用晶体管,因为控制更为方便,速度寿命都长于有接点的开关(继电器)。
细分下来,晶体管有双极性和MOS管之分,而集成电路(例如L298)只是将它们集成而已,其实质还是这两种晶体管,只是为了设计、使用方便、可靠而做成了一块电路。
双极性晶体管构成的 H 桥:MOS管构成的 H 桥:二、使能控制和方向逻辑驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。
如果三极管TA和TB同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。
此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。
基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。
图所示就是基于这种考虑的改进电路,它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。
4个与门同一个“使能”导通信号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。
而2个非门通过提供一种方向输人,可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。
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。
H桥电路原理图

H桥电路原理图————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:H 桥电路原理及直流电机驱动编程标签:h 桥电路原理 分类: MCS-51单片机上图中所示为一个典型的直流电机控制电路。
电路得名于“H 桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。
4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。
H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。
要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。
根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。
要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。
例如,如下图所示,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。
按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。
当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。
上图所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。
当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。
典型的H桥驱动电路如下:PWM1为1,PWM2为1时,Q1和Q2导通,节点1和2都是低电平,Q15和Q16导通,电机不工作PWM1为0,PWM2为0时,Q1和Q2不导通,节点1和2都是高电平,Q13和Q14导通,电机不工作PWM1为1,PWM2为0时,Q1导通而Q2不导通,节点1是低电平而2是高电平,Q14和Q15导通,电机逆时针旋转PWM1为0,PWM2为1时,Q1不导通而Q2导通,节点1是高电平而2是低电平,Q13和Q16导通,电机顺时针旋转C语言代码:功能:能是电机正转,逆转,停止。
H桥式电机驱动电路

本文摘自:《机器人探索》一、H桥式电机驱动电路图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。
电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。
4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图4.12及随后的两个图都只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。
如图所示,H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。
要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。
根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。
图4.12 H桥式电机驱动电路要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。
例如,如图4.13所示,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。
按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。
当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。
图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。
当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。
图4.14 H桥电路驱动电机逆时针转动二、使能控制和方向逻辑驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。
如果三极管Q1和Q2同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。
此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。
基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。
图4.155所示就是基于这种考虑的改进电路,它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。
4个与门同一个“使能”导通信号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。
而2个非门通过提供(与本节前面的示意图一样,一种方向输人,可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。
电机h桥驱动电路工作原理

电机h桥驱动电路工作原理电机H桥驱动电路是电机驱动的一种重要方式,电子系统中经常会使用到,比如机器人、车辆控制等等。
本文将详细介绍电机H桥驱动电路的工作原理,以及应用场景。
一、H桥驱动电路概述H桥指的是由四个开关管或者MOS管组成的桥式电路。
这种电路有多种电机驱动方式,其中最常见的是单向直流电机的正反转控制。
通过对四个开关管进行控制,可以实现电机的正反转和制动等功能。
二、H桥驱动电路的工作原理H桥驱动电路的基本原理是通过改变电路的通断情况,从而对电机进行不同方向的驱动。
H桥驱动电路由四个二极管和四个MOS管组成。
其中二极管被用于保护MOS管,并防止由电机反向带来的过电压。
1. 正转控制在正转控制的情况下,S1和S4导通,S2和S3断开。
电源的正极就通过S1流向电机的正极,电机负极通过S4回流电源的负极,从而实现了电机正转。
2. 反转控制在反转控制的情况下,S2和S3导通,S1和S4断开。
电源的正极就从S2导向电机的负极,电机的正极通过S3回流电源的负极,从而实现了电机反转。
3. 制动控制在制动控制的情况下,两边都断开,或被连通在一起形成短路状态,这样可以实现电机的制动效果。
4. 制动后反转如果电机在制动状态下需要反转,那么可以先将电机停下,再进行反转操作,这样可以得到较好的反转效果。
三、H桥驱动电路的应用场景H桥驱动电路广泛应用于机器人、车辆、船舶等控制系统中,在这些应用场景中,电机是控制系统的一个非常关键的组成部分。
H桥驱动电路不仅可以实现电机的正反转控制,还可以用于调速控制、测速控制等多种应用场景中。
1. 机器人应用机器人在工业自动化、医疗保健、家庭助理、智能安防等众多领域都有广泛的应用。
机器人的驱动系统主要是电机驱动,而H桥驱动电路是机器人驱动系统中的重要组成部分。
机器人需要精准的控制,以实现复杂的动作,H桥驱动电路可以实现电机的正反转控制,同时还能同时控制多个电机,实现机器人的多自由度自由移动。
H桥电路原理图

H桥电路原理及直流电机驱动编程分类:MCS-51单片机标签:h桥电路原理上图中所示为一个典型的直流电机控制电路。
电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H.4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。
H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。
要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。
根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。
要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。
例如,如下图所示,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。
按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动.当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。
上图所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。
当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向).典型的H桥驱动电路如下:PWM1为1,PWM2为1时,Q1和Q2导通,节点1和2都是低电平,Q15和Q16导通,电机不工作PWM1为0,PWM2为0时,Q1和Q2不导通,节点1和2都是高电平,Q13和Q14导通,电机不工作PWM1为1,PWM2为0时,Q1导通而Q2不导通,节点1是低电平而2是高电平,Q14和Q15导通,电机逆时针旋转PWM1为0,PWM2为1时,Q1不导通而Q2导通,节点1是高电平而2是低电平,Q13和Q16导通,电机顺时针旋转C语言代码:功能:能是电机正转,逆转,停止。
#include<AT89X52。
h〉#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit Key_UP=P3^2; //正转按键sbit Key_DOWN=P3^3; //反转按键sbit Key_STOP=P3^4; //停止按键sbit ZZ=P1^0; //控制端,用单片机的P1.0口sbit FZ=P1^1; //控制端,用单片机的P1。
h桥驱动电路工作原理

h桥驱动电路工作原理嗨,小伙伴!今天咱们来唠唠这个超有趣的H桥驱动电路的工作原理哈。
你可以把H桥驱动电路想象成一个超级交通枢纽,就像那种有好多条路可以走的大十字路口。
这个电路主要是用来控制电机的,不管是直流电机正转、反转还是刹车,它都能搞定呢。
咱先说说这个H桥的结构吧。
它长得就像一个字母“H”,所以才叫H桥。
这个“H”的四条“腿”呢,可都是很有讲究的。
每一条“腿”上都连接着一个电子元件,一般是晶体管之类的,就像每个路口都有一个小交警在指挥交通一样。
当我们想要电机正转的时候呀,就像是要让车朝着一个方向顺利行驶。
这时候呢,H桥的其中两个对角线上的元件就开始工作啦。
比如说左上角和右下角的元件就像是打开了绿灯,电流就从电源经过这两个元件,然后顺利地流到电机里面,电机就欢快地正转起来啦。
这个过程就好像是给电机注入了一股正能量,让它朝着我们期望的方向转动。
那要是想让电机反转呢?这就像让车掉头往回开。
这时候就轮到另外两个对角线的元件大显身手啦,也就是右上角和左下角的元件开始工作。
电流就会改变方向,从电源经过这两个元件再到电机,电机就会按照相反的方向转动起来。
是不是很神奇呢?就像这个电路有魔法一样,能轻松改变电机的转动方向。
还有刹车的情况呢。
这就好比是突然在路中间设置了一个大障碍物,让车停下来。
在H桥驱动电路里,要实现刹车,就是让电机的两端都接到电源或者地,这样电机就没有办法转动啦。
就像是电机突然被定住了一样,它想动也动不了咯。
这个H桥驱动电路在很多地方都超级有用呢。
比如说在那些小小的遥控汽车里面,就是靠这个电路来控制汽车前进、后退的。
还有那些电动小风扇,如果想要它能正反转来调节风向,也可以用到H桥驱动电路。
不过呢,这个电路也不是没有小脾气的。
在实际应用的时候呀,要特别注意元件的选择。
如果选的晶体管功率不够大,就像小交警没有足够的力气指挥交通一样,可能就没办法让电机正常工作啦。
而且呢,在切换电机正反转的时候,也要小心一点,就像车辆掉头的时候要注意周围的情况一样,要是切换得太快或者太突然,可能会对电路或者电机造成不好的影响呢。
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本文摘自:《机器人探索》
一、H桥式电机驱动电路
图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。
电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。
4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图4.12及随后的两个图都只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。
如图所示,H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。
要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。
根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。
图4.12 H桥式电机驱动电路
要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。
例如,如图4.13所示,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。
按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。
当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。
图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动
图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。
当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。
图4.14 H桥电路驱动电机逆时针转动
二、使能控制和方向逻辑
驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。
如果三极管Q1和Q2同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。
此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路
上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。
基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。
图4.155所示就是基于这种考虑的改进电路,它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。
4个与门同一个“使能”导通信号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。
而2个非门通过提供
(与本节前面的示意图一样,一种方向输人,可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。
图4.15所示也不是一个完整的电路图,特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。
)
图4.15 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路
采用以上方法,电机的运转就只需要用三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。
如果DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1,那么三极管Q1和Q4导通,电流从左至右流经电机(如图4.16所示);如果DIR-L信号变为1,而DIR-R信号变为0,那么Q2和Q3将导通,电流则反向流过电机。
图4.16 使能信号与方向信号的使用
实际使用的时候,用分立件制作H桥式是很麻烦的,好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路,接上电源、电机和控制信号就可以使用了,在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。
比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。
在典型H型驱动电路的基础上,给出了增加两只二极管保护驱动管的改进电路,并对其原理和特点进行了分析和讨论.
驱动电路的性能很大程度上影响整个系统的工作性能。
有许多问题需要慎重设计,例如,
导通延时、泵升保护、过压过流保护、开关频率、附加电感的选择等。
1.开关频率和主回路附加电感的选择
力矩波动也即电流波动,由系统设计给定的力矩波动指标为ΔI/IN,对有刷直流电动机而言,通常在(5~10)%左右。
为了便于分析可认为
ΔI/IN=ΔI/(Us/Rd) (1)
式中Rd为电枢回路总电阻。
代入前面各种驱动控制方式的ΔI表达式中,消去Us,可求出:
对于单极性控制
&nbs
p; Ld/Rd≥5T~2.5T(可逆或不可逆) (2)
对于双极性控制
Ld/Rd≥10T~5T (3)
式中T为功率开关的开关周期。
对于有刷直流电动机,电磁时间常数Ld/Rd一般在10ms至几十毫秒。
若采用GTR,开关频率可取2KHz左右,T=0.5ms。
若采用IGBT,开关频率可取18KHz以上,所以上式均能满足。
若采用GTO或可控硅功率器件,由于工作频率只有100Hz左右,此时应考虑在主回路附加电抗器,且
Ld="Lf"+La (4)
对不可逆系统还应进一步检查临界电流,IaL=UsT/8Ld≤Ia0应小于电机空载电流,防止空载失控。
对于低惯量电机、力矩电动机,由于电磁时间常数很小(几个毫秒或更小),此时应考虑采用开关频率高的IGBT功率开关器件。
2. 功率驱动电路的选择
图1 H桥开关电路(Ⅰ) & nbsp; 图2 H桥开关电路(Ⅱ)
小功率驱动电路可以采用如图1所示的H桥开关电路。
UA和UB是互补的双极性或单极性驱动信号,TTL电平。
开关晶体管的耐压应大于1.5倍Us以上。
由于大功率PNP晶体管价格高,难实现,所以这个电路只在小功率电机驱动中使用。
当四个功率开关全用NPN 晶体管时,需要解决两个上桥臂晶体管(BG1和BG3)的基极电平偏移问题。
图2中H桥开关电路利用两个晶体管实现了上桥臂晶体管的电平偏移。
但电阻R上的损耗较大,所以也只能在小功率电机驱动中使用。
当驱动功率比较大时,一般桥臂电压也比较高,例如直接取工频电压,单相220V,或三相380V。
为了安全和可靠,希望驱动回路(主回路)与控制回路绝缘。
此时,主回路必须采用浮地前置驱动。
图3所示的浮地前置驱动电路都是互相独立的,并由独立的电源供电。
由于前置驱动电路中采用了光电耦合,使控制信号分别与各自的前置驱动电路电气绝缘,于是使控制信号对主回路浮地(或不共地)。
图3 大功率驱动电路
3. 具有光电耦合绝缘的前置驱动电路
对于大功率驱动系统,希望将主回路与控制回路之间实行电气隔离,此时常采用光电耦合电路来实现。
有三种常用的光电耦合电路如图4所示,其中普通型的典型型号是4N25、117等,高速型的典型型号有985C,高电流传输比型也称达林顿型,典型型号有113等。
图4 典型光电耦合器电路
图中,普通型光耦的Ic/Id=0.1~0.3;高速型光耦采用光敏二极管;高电流传输比型光耦的Ic/Id=0.5;它们的上升延时时间和关断延时时间分别为tr,ts>4~5μs;tr,ts<1.5μs;tr,ts为10μs左右。
光电耦合器与后续电路结合就能构成前置驱动电路,如图5所示。
这个前置驱动电路的上升延时tr——3.9μs,关断延时ts——1.6μs,可以在中等功率系统中使用。
图5 前置驱动电路
为了对功率开关提供最佳前置驱动,现在已有很多专用的前置驱动模块。
这种驱动模块对功率开关提供理想前置驱动信号,保证功率开关迅速导通,迅速关断,对功率开关的饱和深度进行最佳控制,对功率开关的过电流、过热进行检测和保护。
例如,EX356、EX840等等。
4. 防直通导通延时电路
对H桥驱动电路上下桥臂功率晶体管加互补信号,由于带载情况下,晶体管的关断时间通常比开通时间长,这样,例如当下桥臂晶体管未及时关断,而上桥臂抢先开通时就出现所谓“桥臂直通”故障。
桥臂直通时电流迅速变大,造成功率开关损坏。
所以设置导通延时,是必不可少的。
图6是导通延时电路及其波形。
图6 导通延时电路及波形
导通延时,有时也称死区时间,可通过RC时间常数来设置;对GTR可按0.2μs/A来设置;对MOSFET可按0.1~0.2μs设计,且与电流无关,IGBT可按2~5μs设计。
举例说明,若为GTR,f=5kHz,双极性工作,调宽区域为T/2=1/10=0.1ms。
若I=100A,则Δt=0.2X100=20μs,则PWM调制分辨率最大可能性为
(T/2)Δt=0.1/0.02=5 (5)
这说明死区时间占据了调制周期的1/5,显然是不可行的。
所以对于100A的电机系统,GTR的开关频率必须低于5kHz。
例如,2kHz以下,此时分辨率达12.5左右。
驱动电路的设计还有很多问题,例如过压、过流、过热、泵升保护等等。
H型驱动电路的改进:万方数据。