H橋驅(qū)動(dòng)電路使電機(jī)正反轉(zhuǎn)的原理是一個(gè)在電子和電機(jī)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)。

一、H橋驅(qū)動(dòng)電路概述

H橋驅(qū)動(dòng)電路是一種用于控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及速度的電路，其名稱來源于其電路結(jié)構(gòu)類似于字母“H”。該電路通常由四個(gè)開關(guān)元件（如晶體管、MOSFET等）組成，這些開關(guān)元件被配置成可以控制電機(jī)兩端電流的方向，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

二、H橋電路的基本結(jié)構(gòu)

H橋電路的基本結(jié)構(gòu)包含四個(gè)開關(guān)元件，通常標(biāo)記為Q1、Q2、Q3和Q4，它們圍繞電機(jī)兩側(cè)配置，形成兩個(gè)“橋臂”。電機(jī)則連接在這兩個(gè)橋臂之間，成為“橋”的橫杠。具體結(jié)構(gòu)如下：

• 橋臂1 ：由Q1和Q2組成，連接電機(jī)的一端與電源的正負(fù)極。
• 橋臂2 ：由Q3和Q4組成，連接電機(jī)的另一端與電源的正負(fù)極。

此外，為了保護(hù)電路中的開關(guān)元件免受電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的影響，通常還會(huì)在每個(gè)開關(guān)元件旁邊并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管（如D1、D2、D3、D4）。

由于電動(dòng)閥的線圈呈現(xiàn)感性。當(dāng)正向或者反向驅(qū)動(dòng)信號(hào)斷開時(shí)，流過線圈的電流不能突變。
在線圈兩端會(huì)產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)信號(hào)反相的反向電動(dòng)勢(shì)。

一般的做法是在閥門的線圈兩端并聯(lián)雙向TVS，或者兩個(gè)反向串聯(lián)穩(wěn)壓二極管。
在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈沖功率，并把反向電動(dòng)勢(shì)鉗位到一定的電壓。

雙向TVS或者反向串聯(lián)穩(wěn)壓二極管吸收反向電動(dòng)勢(shì)

還有一種辦法是通過并聯(lián)在上下橋臂驅(qū)動(dòng)管兩端的二極管構(gòu)成續(xù)流通路，以降低反向電動(dòng)勢(shì)的幅度。
如果驅(qū)動(dòng)管為MOS管，則內(nèi)部體寄生二極管可用于提供續(xù)流通路。
YOUT_04, YOUT_01驅(qū)動(dòng)高電平，YOUT_00, YOUT_05輸出低電平。
Q1,Q6導(dǎo)通，電流的流向?yàn)椋?br /> VH->Q1的E極->Q1的C極->閥門線圈->Q6的C極->Q6的E極->參考地。
在電流的驅(qū)動(dòng)下，閥門被打開。

正向輸出的的電流流向

斷開驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，下橋臂YOUT_01首先輸出低電平，關(guān)斷下橋臂。
延時(shí)一段時(shí)間，大概50ms之后，上橋臂YOUT_04再輸出低電平，關(guān)斷上橋臂。
在這段延時(shí)時(shí)間內(nèi)，流過閥門線圈的電流并不會(huì)立即切斷，而是形成了
VH->Q1的E極->Q1的C極->閥門線圈->二極管D8->VH的續(xù)流通路。

三、H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的原理

1. 正轉(zhuǎn)模式

當(dāng)需要電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制信號(hào)使Q1和Q4導(dǎo)通（即閉合），同時(shí)Q2和Q3斷開（即打開）。此時(shí)，電流從電源的正極經(jīng)過Q1流向電機(jī)的一端，再從電機(jī)的另一端經(jīng)過Q4流回電源的負(fù)極，形成正向電流。根據(jù)安培定則（即電流在磁場(chǎng)中受力的方向與電流方向和磁場(chǎng)方向都垂直，且滿足左手定則），電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)與電流方向相同，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照預(yù)定的方向旋轉(zhuǎn)。

2. 反轉(zhuǎn)模式

當(dāng)需要電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制信號(hào)使Q2和Q3導(dǎo)通，同時(shí)Q1和Q4斷開。此時(shí)，電流從電源的正極經(jīng)過Q2流向電機(jī)的另一端，再從電機(jī)的一端經(jīng)過Q3流回電源的負(fù)極，形成反向電流。同樣根據(jù)安培定則，電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)與電流方向相反，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。

四、H橋電路的調(diào)速與制動(dòng)

1. 調(diào)速

H橋電路還可以通過調(diào)整開關(guān)元件的通斷時(shí)間（即占空比）來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。這通常通過脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。PWM信號(hào)是一種在固定周期內(nèi)改變高電平持續(xù)時(shí)間的信號(hào)，其占空比（即高電平時(shí)間占總周期的比例）決定了平均電壓的大小。當(dāng)PWM信號(hào)控制H橋電路時(shí)，通過改變PWM信號(hào)的占空比可以改變電機(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，平均電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快；占空比越小，平均電壓越低，電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。

2. 制動(dòng)

當(dāng)需要電機(jī)快速停止時(shí)，可以通過關(guān)閉所有開關(guān)元件（即Q1、Q2、Q3和Q4都斷開）來切斷電機(jī)兩端的電流。此時(shí)，電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)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(duì)角線上的兩個(gè)開關(guān)元件（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)。這種制動(dòng)方式稱為動(dòng)態(tài)制動(dòng)或回饋制動(dòng)。

五、H橋電路的特點(diǎn)與應(yīng)用

1. 特點(diǎn)

• 雙向控制 ：H橋電路能夠控制電機(jī)電流的方向，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
• 調(diào)速方便 ：通過PWM信號(hào)控制開關(guān)元件的通斷時(shí)間，可以方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。
• 制動(dòng)靈活 ：支持多種制動(dòng)方式，包括自由停車、動(dòng)態(tài)制動(dòng)等。
• 保護(hù)電路 ：通過并聯(lián)續(xù)流二極管等元件，可以保護(hù)電路中的開關(guān)元件免受電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的影響。

2. 應(yīng)用

H橋驅(qū)動(dòng)電路廣泛應(yīng)用于需要控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及速度的場(chǎng)合，如機(jī)器人、汽車、飛行器等領(lǐng)域。在機(jī)器人技術(shù)中，H橋電路常用于控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；在汽車領(lǐng)域，H橋電路可用于控制電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；在飛行器中，H橋電路則可用于控制螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向和速度。

六、結(jié)論

H橋驅(qū)動(dòng)電路是一種簡(jiǎn)單而有效的電路，它通過控制電機(jī)兩端電流的方向來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。該電路具有雙向控制、調(diào)速方便、制動(dòng)靈活等特點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于各種需要控制直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，H橋驅(qū)動(dòng)電路的性能也將不斷提升，為電機(jī)控制領(lǐng)域帶來更多的便利和創(chuàng)新。