关于H桥的理解和应用

很多用电器对电源极性要求不高，如点灯，正反接都可以工作，而且现象都差不多，也有的用电器对电源极性敏感，而且接反了就不工作，例如多数半导体器件，LED等；但也有的用电器对电源极性敏感，但正反接都可以工作，区别是正反接变现出来的现象不同，如普通直流电磁电机，因为电流方向不同，线圈产生的磁极方向会不同，从而旋转方向不同。这样的特性使得电动车，遥控玩具车可以实现前进，倒退。

要实现电源极性的改变比普通情况下实现开关闭合/打开要复杂，因为普通开关通断只要实现一根线上的通断，就可以实现整个电路电流的通断，而改变极性则需要同时实现两条线上供电的改变(原正极变负极，负极变正极)，要实现这一功能，普通的单刀双掷开关也无法实现，需要使用双刀双掷开关。

 

 如图拨一下开关就可以改变直流电机旋转的方向。

 

但是，如果我只有单刀双掷开关，但是我也想控制电机正反转，这样可以么，实际上是可以的，但是复杂度就增加了，因为单刀双掷开关一次只能打开一条线，例如：我用单刀双掷开关把正极连接电机的电路打开，还需要通过一些部件间接地把电机另一个接线柱与负极的线路打开，完成这个功能的是三极管：

 不过这样，效率没有用双刀双掷开关高，因为电路需要用一小部分电流去使电机与负极导通，三极管还会有一定的压降，但是为了方便，这点效率损失是可以容忍的。

一个单刀双掷开关在某些意义上也可以用两个单刀单掷开关代替，于是电路就变成了：

 这个电路貌似与单刀双掷开关那个是一样的，但实际上有点区别：单刀双掷开关同一时刻只能联通一个触点，所以电机要么正传，要么翻转，而这个电路中可能两个开关同时闭合，其实，这时也就引入了危险：两个开关同时闭合，两个三极管基极都加上了正电压，两个三极管都导通，电机两端短路不会工作，三极管把电源短路，最终可能导致电源或三极管烧毁。

这个电路虽然带来了短路的危险，但是相比单刀双掷开关，他可以完全关断电路，而且只要使用时注意不要同时打开两个开关，其实还是可行的。

 

在很多场合，我们并不适用开关来实现电机旋转方式的调整，而是通过数字电路来控制电机转动方向，甚至实现ＰＷＭ调速，用ＭＣＵ的ＩＯ通过编程可以很容易实现与正极之间的可控单刀单掷开关的功能，也就是给ＭＣＵ对应ＩＯ输出１；

然而ＭＣＵ驱动能力一般很弱，因此还需要一个三极管来提高ＭＣＵ的驱动能力，因此电路就变成了：

 这个时候的电路已经是一个完整的Ｈ桥了，如果我们不看三极管的基极部分电路，Ｈ桥其实就是四个三极管加一个直流电机，至于要用ＰＮＰ还是ＮＰＮ三极管，完全取决于应用，所以拓广一下，Ｈ桥一般有以下四种：

用两种三极管：

 

 

 只用一种三极管：

 

电路中省掉了电阻，实际应用中基极一般要接电阻限流。

 

由于ＭＣＵ驱动能力各不相同，三极管放大后电流会有所差异，为了减小差异，往往采用达林顿管，即两个三极管连接来提高驱动能力：

 

很多ＭＣＵ功率驱动芯片已经集成了达林顿管，如ULN2003,ULN2308等，可以提供500ma驱动电流，用来驱动普通5VTT电机还是可以的。这时外围电路就很简单了：

 

但是，不管怎样，短路的问题还是没有解决，一旦程序错误，电路将面临短路问题，解决办法是使用一些逻辑门电路，使两个ＩＯ同时输出１时三极管不工作：

理论上来说，用两个非门就解决问题了：

 

由于有了反相器，不管ＩＯ输入是什么，Ｈ的竖线上两个三极管永远不可能同时工作。

我们为了防止停车后电机由于惯性继续转动产生反向电动势烧桥，往往要用四个三极管来把反向电动势用个桥式整流电路整流后灌进电源里去。

 

但是如果电源上有输出二极管，这种电路是没有作用的。

常用的L298N就是个集成了H桥的集成电路：

 可以用来驱动两个直流电机，可以防止短路；

内部等效电路：

 淘宝上有用L298n做成的模块，到手即用，加入了二极管防反向电动势：

 l298n功率大但不便宜，如果电机功率很小，就没有必要用它，自己搭一个H桥就行了。

此外，小功率H桥八脚芯片LG9110H也是很常用的，它可以提供750ma驱动电流，可以防双高电平短路，一般小电机完全可以驱动，但缺点是一块芯片只能驱动一个电机，而且MCU需要输出200uA以上电流才能驱动该芯片，如果MCU驱动能力不足需要用上拉电阻。

 

 应用电路：