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H桥驱动电路的设计与原理

  驱动电路中通常要用硬件电路当地控制开关,电机驱动板主要采用两种驱动芯片,一种是全桥驱动HIP4082,一种是半桥驱动IR2104,半桥电路是两个MOS管组成的振荡,全桥电路是四个MOS管组成的振荡。其中,IR2104型半桥驱动芯片或者(EG2104)能够驱动高端和低端两个N沟道MOSFET,能提供较大的栅极驱动电流,并具有硬件死区、硬件防同臂导通等功用。运用两片IR2104(EG2104)型半桥驱动芯片能够组成完好的直流电机H桥式驱动电路,相比来讲EG2104的死驱时间更短,更加廉价。详情可以去看他的datasheet另外,由于驱动电路可能会产生较大的回灌电流,为避免对单片机产生影响,最好用隔离芯片隔离,隔离芯片选取有很多方式,如lvc245等,这些芯片常做控制总线驱动器,满足一定条件后,输出与输入相同,可停止数据单向传输,即单片机信号能够到驱动芯片,反过来不行。
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  下面就让我们来分析一下这个H桥驱动电路中各个电子元件的作用:
  (1)首先驱动芯片旁边的电容为旁路电容,一般选用钽电容,先来介绍一下钽电容的特点所在吧。钽电容的特点是寿命长、耐高温、准确度高、滤高频改波性能极好。一般可以耐很高的温度和电压,常用于高频滤波。贴片电容容量较小、价格也贵,而且耐电压及电流能力相对较弱。
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  (2)电容C1和二级管D1相连,构成电荷泵。电容C1的A端通过二极管D1接12V,电容C1的B端接VBAT。当B点电位为0时,D1导通,12V开始对电容C1充电,直到节点A的电位达到12V;当B点电位上升至高电平VBAT时,因为电容两端电压不能突变,此时A点电位上升为12V+VBAT。所以,A点的电压就是一个方波,最大值是12V+VBAT,最小值是12V(假设二极管为理想二极管)。A点的方波经过简单的整流滤波,可提供高于12V的电压,在驱动控制电路中,H桥由4个N沟道功率MOSFET组成。若要控制各个MOSFET,各MOSFET的门极电压必须足够高于栅极电压。通常要使MOSFET完全可靠导通,其门极电压一般在10V以上,即VCS>10V。对于H桥下桥臂,直接施加10V以上的电压即可使其导通;而对于上桥臂的2个MOSFET,要使VGS》10V,就必须满足VG》Vm+10V,即驱动电路必须能提供高于电源电压的电压,这就要求驱动电路中增设升压电路,提供高于栅极10V的电压。考虑到VGS有上限要求,一般MOSFET导通时VGS为10V~15V,也就是控制门极电压随栅极电压的变化而变化,即为浮动栅驱动。因此在驱动控制电路中设计电荷泵电路,用于提供高于Vm的电压Vh,驱动功率管的导通。
  (3)电阻R3的作用是不让G极悬空,可以做一个简单的实验:找一个mos管,让它的G悬空,然后在DS上加电压,结果是在输入电压才几十V的时候,管子就烧掉了,因为管子导通了。mos管在没有加驱动信号的前提下会导通,那是因为管子的DG,GS之间分别有结电容,Cdg和Cgs.所以加在DS之间电压会通过Cdg给Cgs充电,这样G极的电压就会抬高直到mos管导通。
  (4)mos管两端并联的二极管一种说法是起续流作用,可以加快场效应管的关断速度,也有说是保护作用的,电机在反转时会产生很强的反向电动势,会毁坏元器件,起到卸荷的作用。还有说是起钳位的作用,由两个二极管反向串联组成,两个二极管首尾连接部位是受保护的节点。以1N5819为例,当该点的电压>VBAT+0.2V时候,D2导通;而当该点电压<-0.2V时,D1导通。因此,该点电压被钳位在-0.2V与VBAT+0.2V之间。
  (5)PWM调速控制的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的“”占空比“”,从而改变平均电压,控制电机的转速。在脉宽调速系统中,当电机通电时其速度增加,电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间,即可控制电机转速。而且采用PWM技术构成的无级调速系统.启停时对直流系统无冲击,并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。

回帖(1)

jiciwi

2020-7-15 20:49:41
看看,虽然图片和名字描述有些对不上
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