什么是H桥驱动？

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李杨

2021-10-28 09:53:43

0、小叙闲言

最开始学习三极管的时候，很注重它的工作原理，后来到了实际应用，就直接把三极管或MOSFET直接当作一个开关器件使用。直到前这几天，接触到MOSFET组成的H桥驱动电路时，发现把它纯当作一个开关器件来看，会出现许多问题。在这里总一下问题和对出现问题的一些原因做一些分析。个人知识有限，很多地方思虑难免有所不足，希望能够与网上各位一起学习交流。
目前我们一般将H桥驱动当作电机或步进电机的驱动，如下图1所示，要做好驱动电路，必须得了解清楚MOSFET的一些原理，才不会出错。

图1 H桥全桥驱动电机
1、单个MOSFET作驱动

先来看一下MOSFET和三极管，它们俩功能上差不多，但是原理和应用范围还是有较大的区别的。这里主要讨论一些MOSFET的应用，说得比较浅显。MOSFET的门极（G极，gate），顾名思义就是将MOSFET导通的电压，起到一个开关MOSFET的作用，三极管的基极（b），差不多也是这个作用。当Vgs的电压在某一范围时（典型地是2~5v），Vds≈0，也就是MOSFET导通了。因此，我们只需要通过控制Vgs的电压，就可以开关MOSFET，这样就起到了电子开关的作用。

图2 MOSFET和三极管
MOSFET的驱动负载应该接在漏极（D），如下图3所示。在图中的左方电路中，G极电势为4v，而S极接地，即电势为0v，因此Vgs=4v，所以MOSFET导通，从图中也可以看到Vd=0.075v，近似为0。而图中右方接负载的电路是无法带动负载的（也就是无法导通MOSFET）。它的原因如下：如果下面右图中的MOSFET导通，那么Vs≈Vd=24v，此时Vgs=Vg-Vs=-20v，这是不会导通这个MOSFET的。而当MOSFET截止，那么Ids≈0，这时又Vs=0，MOSFET又导通了，一导通后又像上面所说的过程，会截止。

图3 MOSFET负载连接方式
2、H桥全桥驱动

有了上面单个MOSFET驱动电路的分析，理解H桥驱动也就很容易了。如下图4所示（绿表示MOSFET导能，红表示截止），如果想电机正转，只需导通Q1和Q4，如果要反转，需导通Q2和Q3。各情况下的电流方向在图中已经表示得很清楚了。

图4 H桥驱动电机电路
在导通各个MOSFET的时候，一定要注意：MOSFET的导通条件是Vgs>3v(一般来讲是这个值)，而不是Vg>3v，即不能简单地认为只要Vg>3v，就可导通MOSFET，从而驱动电路。通常情况下，Vg远不止要大于3v。以上图4中电机正转的电路为例，当Q1导通时，此时24v=Vd≈Vs，而这时，要保证Vgs>3v，就有Vg>(3+24=27)v，如何做到Vg有27v，甚至更高的电压，这个时候就要有驱动电路来驱动MOSFET了，也就是要使用MOSFET驱动芯片。
心得总结

这也是项目中的一个小小问题，以前不是很明白MOSFET的工作原理，这里犯下错误，让我记忆深刻。日后在学习的过程中，要掌握好理论知识，也要多实践，这样才能更加深刻地理解。虽常听长辈要学以致用，但是真正做到的，少之又少。一是我们一般没有条件去使用我们的知识，二是我们本身对知识的理解就浅显，认为很难或者是太容易，让我们无法使用或者没必要去过多留心它。

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