H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是一種廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域的電子電路，其名稱來源于其形狀類似于英文字母“H”的電路布局。H橋電路主要用于控制直流電機(jī)（包括有刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)等）的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及制動(dòng)等操作。下面將對H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行詳細(xì)的介紹，內(nèi)容分為多個(gè)部分進(jìn)行闡述。

一、H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的基本結(jié)構(gòu)與組成

H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路得名于其電路形狀酷似英文字母“H”。該電路主要由四個(gè)開關(guān)器件（如MOS管、晶體管或繼電器等）構(gòu)成，這四個(gè)開關(guān)器件被分為兩組，每組兩個(gè)，分別連接在電機(jī)的兩端。在電路中，電機(jī)作為負(fù)載位于兩個(gè)并聯(lián)支路之間，構(gòu)成了形如“H”的電路結(jié)構(gòu)。

具體來說，這四個(gè)開關(guān)器件在H橋電路中通常被標(biāo)記為Q1、Q2、Q3和Q4。其中，Q1和Q4位于H橋的一側(cè)，而Q2和Q3位于另一側(cè)。這四個(gè)開關(guān)器件的通斷狀態(tài)直接決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、速度和制動(dòng)。

二、H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作原理

H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作原理基于改變電機(jī)兩端電流的方向來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)。以下是具體的工作原理分析：

正向轉(zhuǎn)動(dòng)：

當(dāng)需要電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制Q1和Q4導(dǎo)通（即閉合），同時(shí)Q2和Q3斷開（即打開）。

此時(shí)，電流從電源正極經(jīng)過Q1流向電機(jī)的一端，再從電機(jī)的另一端經(jīng)過Q4回到電源負(fù)極，形成正向電流。

在這個(gè)過程中，電機(jī)內(nèi)部的磁場與電流方向相同，根據(jù)安培定則，電機(jī)將按照預(yù)定的方向旋轉(zhuǎn)。

反向轉(zhuǎn)動(dòng)：

當(dāng)需要電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制Q2和Q3導(dǎo)通，同時(shí)Q1和Q4斷開。

此時(shí)，電流從電源正極經(jīng)過Q2流向電機(jī)的另一端，再從電機(jī)的一端經(jīng)過Q3回到電源負(fù)極，形成反向電流。

在這個(gè)過程中，電機(jī)內(nèi)部的磁場與電流方向相反，根據(jù)安培定則，電機(jī)將反向旋轉(zhuǎn)。

調(diào)速：

H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以通過調(diào)整開關(guān)器件的通斷時(shí)間（即占空比）來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。

當(dāng)使用PWM（脈寬調(diào)制）信號控制開關(guān)器件時(shí)，可以通過改變PWM信號的占空比來改變電機(jī)兩端的平均電壓，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

占空比越大，電機(jī)兩端的平均電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快；占空比越小，電機(jī)兩端的平均電壓越低，電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。

制動(dòng)：

當(dāng)需要電機(jī)快速停止時(shí)，可以同時(shí)關(guān)閉所有開關(guān)器件（即Q1、Q2、Q3和Q4都斷開）。

此時(shí)，電機(jī)兩端的電流被切斷，電機(jī)內(nèi)部的磁場迅速消失，電機(jī)將迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

另外，也可以通過使對角線上的兩個(gè)開關(guān)器件（如Q1和Q3或Q2和Q4）同時(shí)導(dǎo)通，將電機(jī)兩端短路，形成電機(jī)制動(dòng)狀態(tài)，使電機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

三、H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)與應(yīng)用

H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路具有以下特點(diǎn)：

控制靈活：通過控制四個(gè)開關(guān)器件的通斷狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)等多種控制。

效率高：由于H橋電路直接控制電機(jī)的電流方向，因此具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。

可靠性高：采用成熟的半導(dǎo)體開關(guān)器件和電路設(shè)計(jì)，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路廣泛應(yīng)用于各種需要精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度的場合，如工業(yè)機(jī)器人、無人駕駛汽車、無人機(jī)、傳送帶、起重設(shè)備等。在這些應(yīng)用中，H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為電機(jī)提供了穩(wěn)定可靠的動(dòng)力支持，實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的高效控制。

四、H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

1、基于 IC L293D 的 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

簡單且使用最廣泛的 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，使用 L293D 繪制在原理圖和 PCB 中，我們知道 H 橋是一個(gè)切換施加到負(fù)載的電壓極性的電路（這里負(fù)載是電機(jī)），因此我們可以改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

這里，H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器協(xié)調(diào)負(fù)載電機(jī)的電源和信號并相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)它。德州儀器 (TI) 的 IC L293D 是一款四路高電流半 H 驅(qū)動(dòng)器。 L293D 能夠在 4.5V 至 36V 電壓范圍內(nèi)提供高達(dá) 600mA 的雙向驅(qū)動(dòng)電流。該 IC 可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，例如電機(jī)、繼電器、螺線管和雙極步進(jìn)電機(jī)。

該 IC L293D 采用 16 引腳 PDIP 封裝。它具有內(nèi)部 ESD 保護(hù)、高抗噪輸入和 4.5V 至 36V 的寬電源電壓范圍。這種采用L293D的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)非常簡單，外部元件只有四個(gè)二極管。

該電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)用于使用兩個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立的電機(jī)。電機(jī) 1 輸入信號施加到 L293D 的 1A、2A 引腳，電機(jī) 1 輸出取自 1Y、2Y 引腳。電機(jī) 2 輸入信號施加到 L293D 的 3A、4A 引腳，電機(jī) 2 輸出取自 3Y、4Y 引腳。這里 D1 – D4 二極管用作電機(jī)的反向電壓保護(hù)。

2、使用兩個(gè) 555 定時(shí)器 IC 的 H 橋電路驅(qū)動(dòng)電路圖

H 橋是一種允許電流在負(fù)載上雙向流動(dòng)的電路。這些電路經(jīng)常用于機(jī)器人技術(shù)，以允許直流電機(jī)向前和向后運(yùn)行。 H橋電路主要包含4個(gè)晶體管，用于雙向驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

我們將向您展示如何使用兩個(gè) 555 定時(shí)器 IC 制作 H 橋電路。 555定時(shí)器可用作電流源或電流吸收器。它還可以驅(qū)動(dòng)額定電流高達(dá)200mA的負(fù)載，這足以驅(qū)動(dòng)小型直流電機(jī)。

對于該電路，我們將使用兩個(gè) 555 定時(shí)器 IC。兩個(gè) IC 的輸出將連接到電機(jī)的單獨(dú)端子。其中一個(gè) IC 將向前驅(qū)動(dòng)電機(jī)，另一個(gè) IC 將向后驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)的方向可以通過電位器來控制。當(dāng)我們向一個(gè)方向移動(dòng)電位器的旋鈕時(shí)，直流電機(jī)沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)我們沿相反方向移動(dòng)旋鈕時(shí)，電機(jī)也沿相反方向旋轉(zhuǎn)。通過移動(dòng)電位計(jì)的旋鈕，我們將改變 IC 引腳 2 和引腳 6 之間的電阻。

利用兩個(gè) 555 定時(shí)器 IC 的 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

在電子電路中，H 橋的使用很常見。幾乎所有其他電路都在許多應(yīng)用中采用 H 橋。一般來說，H 橋是一種電子電路，可以在其中雙向施加電壓。然而，H 橋電路通常適用于高級機(jī)械、機(jī)器人、功率性能電路等。

然而，該電路主要用于直流電機(jī)的運(yùn)行。盡管如此，平均直流電壓可以施加在任一軸承上，以使直流電機(jī)向前或向后旋轉(zhuǎn)。隨后，直流電機(jī)進(jìn)一步向前或向后移動(dòng)機(jī)器人或任何電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。

這里制作的 H 橋可以利用兩個(gè) 555 定時(shí)器 IC 來制作。 555定時(shí)器IC是電子硬件中的一個(gè)非凡的部分；它很好地可以用作電流源，也可以用作電流接收器。此外，555定時(shí)器IC再次可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)200mA的電流，這足以驅(qū)動(dòng)小型直流發(fā)動(dòng)機(jī)。

按照上述 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖所示的方式關(guān)聯(lián)電路。當(dāng)我們向一個(gè)方向移動(dòng) 10k 電位器時(shí)，直流電機(jī)會(huì)朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)我們將電位器移動(dòng)到反向時(shí)，直流電機(jī)也會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

然而，當(dāng)我們以一種方式移動(dòng)電位器時(shí)，觸發(fā)引腳 2 處的電壓會(huì)低于 Vcc/3，這是 555 IC 內(nèi)部下比較器的同相輸入。此后，這將設(shè)置觸發(fā)器的輸出，并且 555 繼續(xù)作為電流源，而另一個(gè) 555 則充當(dāng)電流吸收器。因此，直流發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)我們反向移動(dòng) Pot 時(shí)，閾值 PIN 6 處的電壓超過 2/3Vcc，這是 555 IC 內(nèi)部比較器的同相輸入。因此，這會(huì)重置觸發(fā)器的輸出，并且 555 繼續(xù)充當(dāng)電流吸收器，同時(shí)另一個(gè) 555 充當(dāng)電流源，從而使直流引擎反向旋轉(zhuǎn)。

4、使用 MOSFET 的 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

在本教程中，我們將使用 MOSFET制作一個(gè)簡單的 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 H 橋是一種配置為控制有刷直流電機(jī)的速度和方向的電路。 H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的便利之處在于低電流數(shù)字信號控制高電流電機(jī)。

在電路中，我們看到電機(jī)周圍的 4 個(gè) MOSFET 形成“H”形狀。 MOSFET 用作開關(guān)并以對角線對形式激活。二極管 D1 至 D4 為來自電機(jī)的反電動(dòng)勢提供更安全的路徑。從而保護(hù)相應(yīng)的 MOSFET 免受損壞。

該電路的工作原理非常容易理解。當(dāng)D端接地且A連接至+Vcc時(shí)，晶體管Q1和Q4將導(dǎo)通，電流從左向右流過電機(jī)。當(dāng)B端接地、C端接+Vcc時(shí)，三極管Q3、Q2導(dǎo)通，電流從右到右流過電機(jī)，導(dǎo)致電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)。

H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制方式是電機(jī)控制領(lǐng)域中的關(guān)鍵部分，它決定了電機(jī)如何響應(yīng)并執(zhí)行所需的動(dòng)作。以下是對H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制方式的詳細(xì)闡述，包括其原理、分類、特點(diǎn)以及應(yīng)用場景，力求內(nèi)容清晰、詳細(xì)且結(jié)構(gòu)分明。

五、H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制方式

H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制方式主要通過調(diào)節(jié)開關(guān)器件（如MOS管、晶體管等）的通斷狀態(tài)，來控制電機(jī)兩端的電流方向和大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)等操作。其控制方式多種多樣，下面將逐一進(jìn)行介紹。

1、開關(guān)控制

開關(guān)控制是最簡單直接的控制方式，通過直接控制H橋電路中開關(guān)器件的通斷狀態(tài)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止。例如，當(dāng)需要電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以閉合Q1和Q4兩個(gè)開關(guān)，斷開Q2和Q3；當(dāng)需要電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則閉合Q2和Q3，斷開Q1和Q4。這種控制方式簡單易懂，但無法實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑調(diào)速和精確控制。

2、PWM（脈寬調(diào)制）控制

PWM控制是H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中常用的控制方式之一，它通過改變PWM信號的占空比來調(diào)節(jié)電機(jī)兩端的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制。具體來說，PWM信號由一系列高電平和低電平組成的方波構(gòu)成，通過改變方波中高電平與整個(gè)周期的比例（即占空比），可以控制電機(jī)兩端的平均電壓大小。當(dāng)占空比增加時(shí)，電機(jī)兩端的平均電壓增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高；當(dāng)占空比減小時(shí)，電機(jī)兩端的平均電壓減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低。PWM控制具有響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍廣、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于需要精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的場合。

在PWM控制中，PWM信號的頻率也是一個(gè)重要的參數(shù)。一般來說，PWM信號的頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)越平滑；但過高的頻率會(huì)增加開關(guān)器件的損耗和發(fā)熱量。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況選擇合適的PWM信號頻率。

3、電流控制

電流控制是通過檢測電機(jī)電流并實(shí)時(shí)調(diào)整開關(guān)器件的通斷狀態(tài)，使電機(jī)電流保持在設(shè)定值附近的一種控制方式。在H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，可以通過在電機(jī)兩端串聯(lián)電流傳感器來檢測電機(jī)電流，并根據(jù)檢測到的電流值調(diào)整PWM信號的占空比或開關(guān)器件的通斷狀態(tài)。電流控制具有響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于需要精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的場合。但電流控制也需要考慮到開關(guān)器件的承受能力和電路的復(fù)雜度等問題。

4、傳感器反饋控制

傳感器反饋控制是一種基于閉環(huán)原理的控制方式，它通過在電機(jī)上安裝傳感器（如編碼器、霍爾傳感器等）來實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置等狀態(tài)信息，并將這些信息反饋到控制器中。控制器根據(jù)反饋信息實(shí)時(shí)調(diào)整開關(guān)器件的通斷狀態(tài)或PWM信號的占空比等參數(shù)，使電機(jī)按照預(yù)定的軌跡和速度運(yùn)行。傳感器反饋控制具有控制精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對電機(jī)控制精度要求較高的場合。但傳感器反饋控制也需要考慮到傳感器的安裝位置、精度和成本等問題。

不同的控制方式具有不同的特點(diǎn)和適用場景。開關(guān)控制簡單直接但控制精度低；PWM控制具有響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)但需要考慮PWM信號的頻率和開關(guān)器件的損耗；電流控制精度高但需要考慮開關(guān)器件的承受能力和電路的復(fù)雜度；傳感器反饋控制控制精度高但需要考慮傳感器的安裝位置和成本等問題。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求和場景選擇合適的控制方式或多種控制方式的組合。