直流电机H桥驱动方式.doc

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1、2013年08月01日睡神耗子文档直流电机H桥驱动基本信息修改历史时间内容修改者2013.08.01创建睡神耗子目录资料来源1详细资料2附录3资料来源发表时间资料作者作者单位联系方式来源方式资料用途资料关键字备注1直流电机H桥驱动方案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

2、的分析。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。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：15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

3、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。15B）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

4、用方便、可靠而做成了一块电路。双极性晶体管构成的H桥：15MOS管构成的H桥：15以下就分析一下这些电路的性能差异。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。B）安全性——不能同侧桥臂同时导通；C）电压——能够承受的驱动电压；D）电流——能够通过的驱动电流。大致如此，仔细考量，指标B）似乎不是H桥本身的问题，而15是控制部分要考虑的。而后两个指标通过选择合适参

5、数的器件就可以达到，只要不是那些特别大的负载需求，每种器件通常都能选择到。而且，小车应用中所能遇到的电流、电压更是有限。只有指标A）是由不同器件的性能所决定的，而且是运行中最应该关注的指标，因为它直接影响了电机驱动的效率。所以，经分析的重点放在效率上，也就是桥臂的压降上。为了使分析简单，便于比较，将H桥的驱动电流定位在2A水平上，而电压在5-12V之间。选择三个我所涉及到的器件：A）双极性晶体管——D772、D882B）MOS管——2301、2302C）集成电路H桥——L298D772的压降指标如下：D882的压降指标如下：2301的压降

6、指标如下：因为MOS管是以导通电阻来衡量的，需要换算一下，小车的控15制电压是4.5V，按上面的导通电阻计算，2A的压降应该是：2*0.093=0.186V，最大是：2*0.13=0.26V。2302的压降指标如下：同上换算一下，小车的控制电压是4.5V（电池电压），按上面的导通电阻计算，2A的压降应该是：2*0.045=0.09V，最大是：2*0.06=0.12V。L298的压降指标如下：表中第一行为上桥臂的压降，对应D772、2301，第二行为下桥臂的压降，对应D882、2302，第三行为两者之和。对比一下不难看出，如果均以2A电流驱

7、动计算，三种驱动自身所消耗的功率如下：D772、D882：（0.5+0.5）*2=2W2301、2302：(0.26+0.12)*2=0.76WL298：4.9*2=9.8W如果以驱动一个4.5V、2A的直流电机为例：电机得到的功率是：4.5*2=9W；用D772、D882则需要供电5.5V，效率为：9/（5.5*2）=81%；15用2301、2302则需要供电4.88V，效率为：9/（4.88*2）=92%用L298则需要供电9.4V，效率为：9/（9.4*2）=48%结论不言自明了吧！从这组数据还可以看出三者的散热需求及其外形差异的原

8、因。同时解释了圆梦小车开始使用D772、D882驱动时为何选用3V的130电机，因为小车是4节充电电池供电，只有4.8~5V，H桥压降1V，所以只能使用3V的电机。而改用MOS管驱动后，就选用