2.2 H-bridge

欢迎观看 TI 高精度实验室系列刷式 直流电机第二章。 我叫 Hector Hernandez。 本章的目的是解释 H 桥的定义、 它的制造方式、它的组成部分 以及如何用它来驱动刷式直流电机。 H 桥是一种看起来像字母 H 的 电子电路，用于 在两个方向上驱动负载 如刷式直流电动机。 它控制流向负载的电流。 H 桥电路通常使用的器件 包括高压电源和接地； 用于电流再循环和电流衰减的二极管 - 这些二极管 通常是 FET 的体二极管； 负载，如刷式直流电机； 以及四个开关，如晶体管。 H 桥中最常见的晶体管是 MOSFET。 由于其出色的热性能和效率， MOSFET 比双极结型晶体管的使用 更加广泛。 NMOS FET 比PMOS FET 更为常见， 因为 PMOS FET需要更大的面积 才能实现相同的载流能力。 NMOS FET 的缺点在于， 栅极需要比源极高 5 至 10 伏 才能导通高侧 FET。 这意味着高侧 FET需要电荷泵 或自举电路才能导通。 电机驱动器会优先选择集成该电荷泵而不是采用自举。 在本演示中，FET 未集成在 电机驱动器内。 一些电机驱动器集成了 FET。 可以通过控制信号来导通或关闭 FET。 控制信号通常 由微控制器产生。 这些信号可以是脉宽调制信号或直流信号。 电机驱动器解读控制信号 并将其放大， 以控制 H 桥中的 FET。 根据 FET 所连接的 控制信号的极性， 可以导通或关闭 FET。 通过控制 FET 的导通或关闭时间以及 导通或关闭哪一个 FET，可以控制流向电机的电流。 在 H 桥中，有多种方法 可以控制流过刷式直流电机的电流。 刷式直流电机可以反向或 正向旋转。 一旦电流以正向或反向流动， 电流的方向将由电机的 电感维持。 当正向或反向禁用 FET 时， 电流的方向保持不变， 直到电流衰减至 0。 电流继续流过未被驱动的 FET 的体二极管。 这些 FET 是相反方向的 FET。 如果高侧或低侧 FET 在驱动方向的FET 关闭之前导通， 则两个 FET 导通的期间可能存在 一段较短的时间。 这段时间称为击穿， 其对 FET 和电机驱动器来说可能是极为有害的。 可通过增加死区时间来防止击穿发生。 死区时间是指所有 FET 都关闭的时间段。 在禁用正向或反向 FET 之后 且在导通另一个方向的 FET 之前， 在换向过程中插入死区时间。 例如，反向驱动电机。 然后通过关闭反向 FET 来插入 死区时间。 您可以导通正向 FET 来更改 方向。 要返回反向，请在换向之间 插入死区时间。 调节电流流动的另一种方法叫做 快速衰减。 在快速衰减中，电流衰减 可比其他衰减方法（例如缓慢衰减）更快地衰减至 0。 这种方法也称为滑行， 因为电机是滑行停止的而不是制动停止。 此行为是由于电机转速与电机 两端的电压成正比造成的。 电压下降的速度较慢，而电流衰减的 速度较快。 在快速衰减过程中，电流将迅速衰减， 因为电压的幅度更大， 但相反的极性被施加到了驱动的感应流上。 快速衰减有两种，异步衰减和 同步衰减。 在电流衰减路径中使用二极管时， 这种衰减称为异步衰减。 例如，正向驱动电机。 然后插入异步衰减以衰减电流。 同样的衰减方法可以在相反的方向实现。 另一方面，同步衰减 发生在 FET 导通电阻位于电流衰减路径中时， 而不是位于体二极管中时。 利用 FET 导通电阻代替 FET 体二极管 作为电流衰减的安全路径往往更为高效。 在使用同步衰减之前，死区时间 用于防止击穿情况， 因为相反方向的FET 将被导通。 例如，正向驱动电机。 然后插入死区时间。 继而开始同步衰减。 同样的衰减方法可以在相反的方向实现。 有关刷式直流电机和 TI 刷式直流电机 驱动器的更多信息，请访问 ti.com 上的 “刷式直流电机驱动器”页面。