请问一下怎样去构建电机驱动的H桥电路？

　　1.简介
　　引言
　　你可以学习如何从许多在线和离线资源构建 h 桥。毕竟这些电路并不是非常复杂。有些资源很好，有些则不然。然而，当我开始与他们一起工作时，我意识到我的许多经历都没有记录下来，而且我学到的一些东西似乎从这些描述中遗漏了。所以我决定写下我学到的东西，并尝试将这些描述组织成一个易于理解但全面的结构。
　　你可以从许多和离线资源中学习如何构建电机驱动的H桥电路。因为这些电路不是特别复杂。然而，当我刚开始这些的时候，我的这些资源都经历过。所以我决定写下我所了解的东西，并开始把这些东西组织起来。形成一些简单易懂又全面的东西。体系。
　　这项工作开始于我编写的由三部分组成的系列，同时开发了 µModule H 桥。目前的材料是在那些文章的基础上，更正了很多错误，并进行了大量的扩充和更新。
　　这工作从我写的三部分系列文章开始，我在搜索开发模块μModule H-bridge。当前的材料是基于以前的文章，同期更新了一些错误，并膨胀了很多。
　　我的意图是涵盖比我在该主题上看到的大多数文章更多的领域。虽然我不希望您，亲爱的读者，一般熟悉 h 桥或电机控制器，但我确实建立在基本的电路理解基础上。因此，如果您不知道电阻器、电感器或电容器是什么，如果您至少不了解时域和频域电路分析的基础知识，那么您就没有阅读正确的文章。您可能无法跟上讨论。但是如果您对电机控制背景信息感兴趣，如果您想了解设计决策背后的原因，如果您想获得更深入的知识，不仅是在 h 桥方面，而且是在它们之前和之后发生的事情，您有找到了你的位置。
　　我想在主题的文章里透出更多的内容。我不知道这个目标，就去 H 桥或马达控制器，我需要在基本电路的理解上工作。因此，如果你不知道感应器、域感应器或故障是什么，也不知道时域和频率分析电路的基础知识，你就无法理解文章。综上，如果你想了解设计探索背后的原因，如果你想获得更深层次的知识，在H方面，还有H桥从头到尾的一些事情，那么恭喜你已经找到了合适的位置。
　　我的计划是最终将这些文章扩展到不仅涵盖 h 桥，还涵盖电路和机电系统。
　　我的计划是最终扩展这些文章，包括重点涵盖 H 桥电路，以及控制电路和机电系统。
　　2.基础知识
　　一般来说，H 桥是一个相当简单的电路，包含四个开关元件，以负载为中心，采用类似 H 的配置：
　　一般来说，hH 桥是一个相当简单的电路，包含四开关元件，附在中心，类似“H”的结构，如图所示：
　　
　　开关元件（Q1~Q4）通常是双极或FET晶体管，在一些高压应用中为IGBT。集成解决方案也存在，但开关元件是否与其控制电路集成在此讨论的大部分内容中无关紧要。二极管（D1~D4）称为捕捉二极管，通常是肖特基型的。
　　开关元件（Q1~Q4）是双高峰或场效应的方案，通常是在特定的高压应用中是IGBT。解决方案也是存在的。设备（D1~D4）自带设备（译者：称续流接口或外接设备，一般自带MOSFET了）二极管），通常是肖特基二极管。
　　桥的顶端被连接到一个电源（电池例如）和底端接地。
　　桥的顶端连接到电源（例如电池），底端接地。
　　一般来说，所有四个开关元件都可以独立开启和关闭，但有一些明显的限制。
　　一般来说，所有四个开关元件都可以独立地打开和关闭，尽管有一些明显的限制。
　　虽然在理论上的负荷可以是你想要的任何东西，目前最普遍的应用程序，如果H桥是有刷直流电或双极步进电机（步进电机每个电机需要两个 H 桥）负载。在下面我将专注于作为有刷直流电机驱动器的应用。
　　虽然说有任何你想要的，单单很快H桥最广泛的应用，是驱动是有刷直流或双极步进电机（每个上步进电机两个H桥）。下面我将主要讲解。
　　3.静态操作
　　静态工作状态分析
　　H桥的基本工作模式是相当的简单：如果 Q1 和 Q4 导通，电机的左引线将连接到电源，而右引线接地。电流开始流过电机，使电机（假设）正向供电，电机轴开始旋转。
　　^ h桥的基本工作模式相当简单：。如果只打开Q1和Q4，电机的左端将连接到电源正极，而右引线连接到电源负极电流通过电动机，我们定义的正方向上电机轴开始旋转 。如果Q2和Q3开启，反转会发生，电机反向通电，轴开始向后旋转。 如果启只打开Q2和Q3，就会发生相反的情况，电机在相反的方向通电，轴就开始向另外一个方向旋转。 在桥上，你永远也不会关闭Q1和在同一时间Q2（或Q3和Q4）。如果你这样做了，你只是在电源和 GND 之间创建了一个非常低电阻的路径，有效地使你的电源短路。这种情况称为“击穿”，几乎可以保证快速破坏您的电桥或电路中的其他东西。 在 H 桥中，你不能同时打开 Q1 和 Q2（或 Q3 和 Q4）。如果你这样这种情况被称为“击”，几乎可以肯定地说，这种情况可以直接击穿你的H桥和电路中的其他孩子。（作者基于回路的开闭解释，我这里基于MOS管的开闭解释，更直观一些）
　　
　　
　　
　　由于这四种可能的状态，侧边开关可能只有三种有意义：由于限制了四种
　　可能状态的这种限制，‘A’ 侧边开关只有感觉：
　　第一季度 Q2
　　00
　　01
　　10
　　B侧 同理：B侧也是如此：
　　Q3 第四季度
　　00
　　01
　　10
　　总之这允许9轮不同状态的全桥是在：
　　总的来说，这允许全桥处于9种（3×3）不同的状态：
　　第一季度 Q2 Q3 第四季度
　　0000
　　0001
　　0010
　　0100
　　0101
　　0110
　　1000
　　1001
　　1010
　　我们将在一分钟内详细介绍，但在此之前，让我们先花几分钟了解负载的基础知识，直流电机。
　　我们将在接下里的部分讨论更多细节，但在我们这样做之前，让我们花了解我们的负载，专业的基础知识。
　　4.电机模型电机模型
　　虽然建模直流电机是一个复杂的话题，你可以在这里广泛阅读 ，对于这篇文章，让我们从一个非常简单的模型开始吧！此模型不适用于控制应用，在这些应用中您尝试对机械组件的影响进行电气补偿。此处介绍的模型中的主要假设是您系统中的机械时间常数远高于电气时间常数，换句话说，我们可以将轴速度视为常数以进行分析。几乎在所有情况下都是如此，但您需要阅读 其他文章 才能了解原因。现在，你必须相信我的话。
　　这个主题里的这个建模是一个很简单的模型，你可以在之前的文章中阅读这篇文章，让我们从一个非常简单的模型开始！我介绍的模型的主要是假的，时间常数在您的系统是遥远的电子的，控制应用程序。 ，我们可以考虑轴速为常数。几乎在所有情况下都这样，但是你需要阅读文章来理解其中的原因。现在，你只需要记住我的话。
　　直流电机是一种能量转换装置：它吸收电能并将其转化为机械能。当作为发电机运行时，它做相反的机械能：将机械能转换成电能。
　　它是一种年轻的能量转换装置：它能够吸收能量其转化为机械能。当作为一个发电机，操作时它做相反的情况：把机械能转换成电能。
　　在这个非常简单的电机模型中，机械参数完全被忽略了。在电气方面，电机基本上包含许多在磁场中移动的电感器。电感器本身当然有电感和一些内阻。它们在场中的运动将在电感器上产生一个电压——称为发电机电压，用 Vg 表示。从这个描述可以得出以下模型：
　　这个模型在非常简单的电机模型中，机械被完全忽略了。简化的模型如下，电机由内阻，模型源和反电动势的电压构成：
　　
　　其实很多情况下电感的内阻可以忽略不计，更简单的模型，理想电感串联电压源就可以了：
　　事实上，很多情况下，可以忽略电感器的内部电阻，甚至可以使用一个更简单的模型，一个与电压源串联的理想电感器： 在这两种情况下，所有的元素是串联的，所以它们共享相同的电流，但当然，在它们之间电压不同， 在这两种情况下，所有的元件都是串联的，所以它们的电流相同，它们之间的电压不同。 发电机电压（Vg）仅取决于由电感器在现场移动，换句话说在速度电动机的旋转速度。 发电机电压仅取决于电感在磁场中的移动速度，换句话说，取决于电机的转速。 的力（或在旋转系统中，像直流电动机转矩）这些电磁铁-电感– 施加与流过它们的电流成正比。
　　
　　这些电磁铁-电感施加的力（或者像直流电动机这样的转动系统中的力矩）与流过它们的电流成正比。
　　5.Drive模式
　　驱动模式
　　之前，我们只考虑静态操作，当什么也没有发生变化。如果打算以低于全速运行，则以 PWM 方式控制开关。甲 PWM信号 具有两个阶段，“接通时间”和“关闭时间”为我打电话他们下图中：
　　。之前我们只考虑没有任何变化的静态工作状况非全速运行状况下，开关以PWM的方式控制。一个PWM信号有两个阶段，“开通”和“关”（注：这里的‘on-time’和 ‘off-time’与断的不是一个概念），我在下面的图表中导称呼他们（使用1表示通，0表示关）：
　　
　　它是一个周期信号，具有恒定的频率。用于改变桥梁运行参数的信息内容是开启时间和关闭时间之间的比率。各种驱动模式的不同在于开关在导通和关断期间的设置方式不同。
　　它是一个周期信号，具有实际的频率。恢复电桥运行参数是开启时间和关闭时间之比。 （占空比不同的驱动模式下开关方式。接通和断开期间的设置不同。
　　如果我们想让电机做任何有趣的事情，我们必须将它连接到至少一个阶段的电源。 假设它是“准时”。我们有两个选择：要么我们在 Q1 和 Q4 上，要么我们在 Q2 和 Q3 上开启。
　　如果我们希望变成任何有趣的事情，我们将不得不连接到电源供应在最短时间内。称我们它为“工作状态”。 ”。我们有两个选择：打开Q1和Q4，都不是打开Q2和Q3。
　　但是休息时间呢？我们有九个州可供选择。这些是：
　　但“睡眠状态”呢？我们有一个状态选择，是：
　　第一季度 Q2 Q3 第四季度
　　0000 全部关闭
　　0001 ×
　　0010 ×
　　0100 ×
　　0101 自然刹车
　　0110 正转
　　1000 ×
　　1001 爱
　　1010 刹
　　如果您回顾一下我们的电机模型，您会发现它基本上是一个感性负载。电感器具有无法立即改变流过它们的电流的特性。因此，每当电桥在电机电流非零的情况下改变状态时，新状态必须确保电流可以以某种方式继续流动。捕捉二极管通常不用于此目的，因为（稍后您将看到）它们会加热太多。当然也有例外，但那些只是：例外。
　　如果你回头看看我们的电机模型，你会发现它好像是一个感性负载。电感的特性是你不能在瞬间改变流过它们的电流。因此，老鼠电桥改变状态，电机电流不带，新的必须保证状态可以继续以另一种方式流动。寄生寄生不用于这个目的，因为（你会在那里看到的）它们通常会过热。当然也有例外，但那些只是特例。
　　现在，在导通期间，电机电感器连接在电源和 GND 之间。因此，电流将开始通过电感上升。当导通时间结束并且我们准备将电桥切换到关断时间状态时，电流为 0 的可能性很小。所以最好为关断时间选择一个状态我们可以提供电感电流流动的路径。为了做到这一点，我们必须关闭电机两侧的一个开关，这样就可以大大减少我们可能的关闭时间状态：
　　，在关闭关闭，电机感应器连接在电源上和GND之间。因此，感应上的电流开始增加。当接通时间结束，电流不可能在关断瞬间就为0。所以最好选择一个状态，可以让电感电流通过流动路径消耗掉。为了做到这一点，我们必须关闭电机的各个点开关，这样就缩小了我们可能的状态（只有这四个状态是时间的状态）：
　　选项卡：可以释放电流的状态
　　第一季度 Q2 Q3 第四季度状态
　　0110前进（假设）
　　0101滑动
　　1010电击
　　1001反转（相对）
　　如果我们将这四种选择与两种可能的准时状态结合起来，我们就会得到八种可能的配置。然而，在其中两个中，导通时间和关断时间状态是相同的，而且这些都不是很有趣：电桥以静态方式运行。这给我们留下了六个有意义的映射，我将在下面总结：
　　如果我们把这四种可能，和 PWM 的高低就两种状态结合起来，我们得到了八种的配置。系统的打开状态和关闭状态都一样，而且这两种状态都一样：桥以现在的方式运行。我们就这样结束了一次结果的总结，我将在下面查看：
　　映射 1 第一季度 Q2 Q3 第四季度
　　准时状态 0110
　　关闭时间状态 0101
　　备注： 反转再滑动
　　映射 2 第一季度 Q2 Q3 第四季度
　　准时状态 0110
　　关闭时间状态 1010
　　注：反转再破
　　映射 3 第一季度 Q2 Q3 第四季度
　　准时状态 0110
　　关闭时间状态 1001
　　备注：先反转再前进
　　映射 4 第一季度 Q2 Q3 第四季度
　　准时状态 1001
　　关闭时间状态 0110
　　备注：先转后转
　　映射 5 第一季度 Q2 Q3 第四季度
　　准时状态 1001
　　关闭时间状态 0101
　　备注：先前后滑
　　映射 6 第一季度Q2Q3第四季度
　　准时状态 1001
　　关闭时间状态 1010
　　注意：Forward then Break 你可以在表中找到一些
　　有趣的对称性。
　　在这些表中你可以找到一些停止的状态。
　　例如映射3和4改变两边。然而，如果我们在映射 3 中交换 A 面和 B 面，我们得到映射 4，反之亦然。我们称这些映射为“锁反相驱动”。
　　例如，映射3和4改变了另一面。然而，如果我们在映射3中交换a和b面，我们就得到映射4，反之亦然。称这些映射为“锁定反相驱动器”。
　　其他四个映射（1、2、5、6 ）只改变桥的一侧的状态。然而，映射 1 和 5 是彼此的镜像，就像 3 和 4 一样：通过交换 A 侧和 B 侧，我们可以将一个转换为另一个。这同样适用于映射 2 和 6。我们称这种类型的操作为“相位幅度驱动”。
　　其他四个映射（1、2、5和6）只改变了桥边的状态。然而，映射1和5是彼此的镜像，像映射3和4一样：通过交换一个和b端，我们可以将其中一端转换为另一端对于映射2和6也是如此我们称这种类型的操作为“相位-幅度驱动器”。
　　在今后的文章的部分，我将详细讨论这两种驱动模式
　　在本系列的汽车部分中，我将详细讨论这两种驱动模式
　　。有一些更深奥的驱动模式在某些罕见的情况下可能是有益的。
　　这种驱动模式的简单分类适用于大多数情况，但不适用于所有情况。有一些更深奥的驱动模式，在某些情况下情况下是有益的。
　　6.Catch二极管
　　泄流二极管
　　如果您查看上面的映射，您会发现在导通时间和关断时间，桥的每一侧都有一个开关元件。我们这样做是为了为电机电流提供连续的流动路径。但如果这是真的，这些二极管的目的是什么？我们可以把它们排除在外吗？答案是否定的，原因如下：在任何实际电路中都不可能完全同时打开或关闭高侧和低侧开关。他们要么有点早，要么有点晚。一种情况，高低边开关都会短时
　　导通，另一种情况都是瞬间关闭。如果查看上面的映射，您将看到在导通和关断时，桥的每个地方都有一个来源。我们破坏是为了提供一个连续的路径，电机电流流动。但是如果真的，这些方法是存在的吗？我们不能把他们排除在外？答案是否定的，原因如下：在任何实际的电路中，可能同时打开或关闭高端开关。在下，高压侧和低压侧的开关都短时接通，而在另一种情况下低，视情况都暂时破坏。
　　如果两者都打开，则您创建了非常非常糟糕的直通条件。我们希望以任何方式避免短路供应——即使是暂时的。所以所有实际的电桥设计都偏向于另一种方式，确保两个开关永远不会同时打开，但结果它们在切换过程中都会关闭一小段时间。
　　如果接触都打开，你就造成了一个非常糟糕的击穿条件。我们希望尽可能避免短路，即使是暂时的。因此，所有真正的电桥设计都是基于一种方式，确保两个开关永远不会同时打开，但结果是，在切换过程中，它们都在关闭所有关闭。（切换过程：如果正转然后突然上升，这中间需要挂上，MOS）
　　现在，当一侧的两个开关都关闭时，电机电流无处流动。这以不同的方式是不好的：电机电压会跳到它需要的高度，以创建电流流动的路径。该电压跳跃可能会杀死其中一个开关，电流路径是通过损坏的开关创建的。这对桥梁来说不是一个好的方式，所以一些保护是必要的。捕捉二极管的作用是在这些短开关周期内为电流提供路径，而无需使电机电压升高得太高。在一些实施方式中，MOSFET开关的本征二极管用作钳位二极管，在另一些实施方式中，例如当BJT用作开关元件时，必须在外部提供二极管。
　　现在，当这个方式的两个开关都关闭，电机电流无处流动。也是一种不好的驱动方式：电机电压将跳变，因为它需要创造一个路径让电流流动。电压跳变可能会泄流阀的作用是在这些短的开关周期内为电流提供一条路径，而不至于使电机电流路径，所以，加上一些保护是必要的。太高了。在一些实现中，MOSFET 开关的寄生吸管被电流吸管，而在一些另外的实现中，例如当使用 BJT 作为开关元件时，必须在外部提供接口。
　　另一个要讨论的是为什么不使用二极管传导关断电流？决定答案的主要问题是散热。哪一个运行冷却器：二极管还是开关？
　　另一个需要讨论的问题是为什么要借助二极管来关断电源呢？供电还是制冷。二和管，哪一个散热？
　　在大多数电桥设置中，与流经电机的平均电流相比，在开和关期间的电流变化相对较小，因此对于下面的讨论，我将假设电流是恒定的。
　　在大多数桥式设置中，与流经电机的平均更新相比，在通断整个时间的相对时间，因此在下面的中，我将是最新的修正的。
　　二极管和开关（独立于开关威廉希尔官方网站 ）之间的区别在于，虽然您的开关元件（当它们闭合时）具有相对恒定和低电阻，但导通二极管具有相对恒定的压降。这意味着开关上耗散的功率与电流的平方成正比：
　　开关和开关（独立于开关威廉希尔官方网站 ）的区别在于，当你的开关元件（当它们关闭时）有一个相对和低的电阻表示这开关上消耗的功率与电流的平方成正比：
　　Pswitch = Vswitch * I = Rswitch * I^2
　　而二极管上的功率线性缩放：组件的功率呈线性增长：
　　Pdiode = Vf * I （ Vf 是二极管的正向电压降）
　　由此您可以看到，只要电流低于 Vf/Rswitch，您最好使用开关来传导关断时间电流。对于大多数二极管，Vf 在 0.2 到 1V 的范围内，而 Rswitch 通常低于 1Ω，通常低于 100mΩ。如果您遇到散热问题，降低 Rswitch 也比降低 Vf 容易得多，更不用说 Vf 通常会随着电流而升高一些。您可以轻松找到导通电阻低于 10mΩ 的 MOSFET。甚至 集成 H 桥 现在包含导通电阻小于 25mΩ 的 FET。如果我们以该桥为例，它的内部二极管具有 0.8V 的正向压降和 23mΩ 的导通电阻（这些是典型值）。通过这些数字，您会看到交叉点为 35A，超过了该部件的额定 30A 电流限制。这是典型的，除了大电流应用：你在交叉点下操作电桥，在那里使用开关来传导关断时间电流更有利。
　　这可以证明，正电Vf/开关，就最好使用开关管来导通关断电流。对于大多数情况，Vf 在 2 到 1V 之间，而 R 开关为 1Ω，通常为 100mΩ。如果遇到问题，Rswitch 比Vf 要容易普及，更不用说 Vf 经常会随着传热升高。你可以很容易找到一个 10mΩ 的导通搜索结果的mosfet。即使是集成的 H 桥，包含的通通路也少 25m Ω。以桥为例，它的内部连接器有一个0.8V的正向电压下降和一个23mΩ的导通结果（这些是典型值）。通过这些数字，你会看到它们的交叉点在35A，超过了该部件的额定30A电流限制这是典型的，除了极高的电使用场合：。你在该点之下操作电桥，使用开关元件来导通关断时候的电流更为有利
　　7.Summary
　　小结
　　在本文中，我们介绍了 H 桥的基本结构，并创建了一个有用操作模式的目录。我们已经确定了两个主要类别：相位幅度驱动和锁定反相位驱动。在本系列的后续部分，我将详细介绍这两种驱动模式。
　　在本文中，我们介绍了 H 桥的基本构造，并创建了一个特殊的运行模式目录。我们已经确定了两个主要类别：相位幅度驱动和锁定反相位驱动。在本系列的部分中，我将详细介绍这两种驱动模式。
　　我们还简要讨论了捕获二极管的作用，为什么它们是必不可少的，为什么它们不用于传导超过绝对必要的电流。
　　我们还简要地讨论了泄流二极管的作用，为什么它们是吸引的，为什么它们不被用来传导超过必要值的电流。
　　如果你觉得这里的讨论是相当高的水平，也许小学，不用担心，有很多的细节来。
　　如果你觉得这里的讨论比较难懂，不要担心，还有很多细节要讲。