一种H桥驱动电路原理与设计

文/庄武良 代允

H桥在电力系统以及电机正反转的控制非常方便，因此，应用相当广泛。H桥的上臂由于是浮地，不能直接驱动，以往的驱动是通过驱动芯片或者是变压器隔离驱动来解决，上面两种驱动方式都存在一些问题，驱动芯片需要外加电源供电，驱动能力不强，只适合于小功率的地方工作，变压器驱动的时候不适合于低频的地方工作，且变压器会有一定的移相，应用起来不是很方便，并且上面所提及的两种驱动价格比较高，限制了应用范围。本文应用了一种新的驱动方式，不需要变压器也不需要专业的驱动芯片，具有成本低，可靠性高，实用性强。

1 原理与设计

本系统由STM32F103产生两路PWM信号，PWM_A以及PWM_B，这两路信号互补，有一定的死区时间Td，PWM_A和PWM_B出来的两路信号各通过串联一个电阻到特殊驱动H桥上的H端和下端L端，如图1所示。

传统H桥不一样，传统的H桥上桥由于是浮地，需要另外一个不共地的独立电源，或者是变压器的形式隔离驱动，否则无法驱动H桥的上桥，工作原理图如图2所示。

图1

图2

此H桥不需要外加电源，也不需要变压器隔离驱动，工作原理如下：当CPU的输出PWMA为高电平信号时，此H桥驱动管脚L得到高电平信号，L端通过电阻R3限流电阻驱动Q7，Q7为NPN三极管，Q7三极管基级得到高电平Q7的CΕ导通，Q7管脚CΕ导通把Q5的基级电平拉低，Q5基级电平拉低了则Q5管脚CΕ截止，VBUS的电压通过稳压三极管D3及电阻R1给三极管Q3提供正向运行，因此Q3管脚CΕ导通，VBUS的电压通过电阻R2限流，再流向三极管Q3的CΕ，到D1后给MOS的Q2 IRF3205提供偏置，Q2导通，D2稳压二极管的作用是限制Q3三极管的输出电压，保护Q2开关管，当L管脚为低电平时，三极管Q7截止，R4给Q5提供偏置，Q5得电而导通把Q3三极管的基级电位拉低，Q3基级电位拉低后Q3因此截止不能流过电流，Q4是PNP三极管，Q4的基级电位被拉低而导通，加速卸放开关管Q2的栅极电荷，加速开关管Q2的关断。

上管驱动的工作原理，上下两个管的驱动顺序是先下管后上管，当下管Q2导通的时候，上管辅助的电源存储电容C1通过VBUS过稳压管D4与二极管D5充电，当上管驱动信号H为高电平时，电流流过R7给Q10三极管的基级提供偏置，三极管Q10得电CΕ导通，Q9三极管为PNP三极管，Q9的基级被拉低，三极管Q9导通，三极管Q8和Q6为互补扩流对管，电流可以通过稳压管D4、R6、Q9给互补对管Q8与Q6提供偏置，Q8导通，而Q6截止，电容C1上的能量可以通过Q8给开关管Q1提供偏置而导通，当驱动信号H为低电平时，三极管Q10反向偏置而截止，上拉R8给PNP三极管Q9上拉后而截止，互补对管Q8与Q6低电平偏置，Q8截止而Q6导通，加速开关管Q1栅极电荷的卸放，Q1的开关管截止。

综上所述的分析，当L为高电平的时候，开关管Q2导通，当L为低电平的时候，开关管Q2截止。当H为高电平的时候，开关管Q1导通，当H为低电平时，开关管Q1截止。

图3

2 实验结果

STM32F103产生两路PWM信号连接到H桥上，用示波器测得波形如图3所示，通道一为PWMA给H桥上管H端的驱动波形，通道二为PWMB给H桥下管L端的驱动波形，通道三为负载波形。

实验结果如图3。