前言

在電機(jī)控制、機(jī)器人伺服系統(tǒng)、汽車電子等領(lǐng)域，H橋驅(qū)動(dòng)電路是實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)與無級(jí)調(diào)速的核心單元。小到智能家電的變頻風(fēng)扇，大到工業(yè)設(shè)備的精準(zhǔn)伺服，H橋的設(shè)計(jì)可靠性直接決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與壽命。本文結(jié)合合科泰的器件應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，拆解H橋驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵原理與元件作用，為工程師提供實(shí)用的選型參考。

H橋的核心邏輯

H橋由四個(gè)功率MOSFET組成“橋”式結(jié)構(gòu)，通過控制上下橋臂的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，其核心是驅(qū)動(dòng)芯片與隔離電路。

驅(qū)動(dòng)芯片：如IR2104或EG2104型半橋驅(qū)動(dòng)芯片，負(fù)責(zé)控制高端與低端MOSFET的導(dǎo)通時(shí)序，內(nèi)置硬件死區(qū)時(shí)間與防同臂導(dǎo)通功能，是H橋的“指揮中心”。合科泰如PDFN3×3、TO-252封裝的N溝道MOSFET與這類驅(qū)動(dòng)芯片兼容性極佳，其低導(dǎo)通電阻特性可降低開關(guān)損耗，提升電路效率;

隔離電路：為避免驅(qū)動(dòng)電路的回灌電流干擾單片機(jī)，需通過LVC245等隔離芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)單向傳輸，單片機(jī)的控制信號(hào)可傳遞至驅(qū)動(dòng)芯片，而驅(qū)動(dòng)電路的高壓信號(hào)不會(huì)反向竄入，保障系統(tǒng)可靠性。

關(guān)鍵元件解析

H橋的穩(wěn)定運(yùn)行依賴于各元件的精準(zhǔn)配合，以下是核心元件的作用與合科泰選型建議。

1.旁路電容與電荷泵：為上橋臂提供“高壓動(dòng)力”

驅(qū)動(dòng)芯片旁的旁路電容通常選用鉭電容，其壽命長(zhǎng)、耐高溫、高頻濾波性能優(yōu)異，可濾除電源中的高頻噪聲，保障驅(qū)動(dòng)芯片的穩(wěn)定供電。合科泰的SMD封裝鉭電容可滿足125℃高溫環(huán)境需求，適用于工業(yè)級(jí)場(chǎng)景。

而由電容C1與二極管D1組成電荷泵電路則是上橋臂MOSFET的“升壓站”。當(dāng)B點(diǎn)電位為0時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，12V電源對(duì)C1充電至A點(diǎn)電位12V;當(dāng)B點(diǎn)電位上升至VBAT高電平時(shí)，電容兩端電壓不變，A點(diǎn)電位被抬升至12V+VBAT，形成高于電源電壓的方波信號(hào)。這一方波經(jīng)過整流濾波后，可為上橋臂MOSFET提供10V以上的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。合科泰如SMA、SMB封裝的快恢復(fù)二極管可高效實(shí)現(xiàn)電荷泵的整流功能，其低正向壓降特性減少了能量損耗。

2.下拉電阻：避免MOSFET誤導(dǎo)通

電阻R3的作用是防止MOSFET柵極懸空，MOSFET的柵極與源極之間存在結(jié)電容，若G極懸空，外界電磁干擾會(huì)通過結(jié)電容充電，導(dǎo)致MOSFET誤導(dǎo)通，燒毀器件。合科泰如0805、1206封裝的寬電極厚膜電阻是此類應(yīng)用的理想選擇。其抗浪涌特性可承受開關(guān)過程中的電流沖擊，穩(wěn)定的阻值精度避免了誤觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

3.續(xù)流二極管：保護(hù)MOSFET的“安全閘”

MOSFET兩端并聯(lián)的續(xù)流二極管(如1N5819型肖特基二極管)是H橋的“保護(hù)神”。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)或停止時(shí)，電樞繞組會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，若不及時(shí)釋放，會(huì)擊穿MOSFET。續(xù)流二極管可將反向電動(dòng)勢(shì)引導(dǎo)至電源端，避免器件損壞。合科泰如SOD123、SMA封裝的肖特基二極管具有低反向恢復(fù)時(shí)間，可快速吸收反向電動(dòng)勢(shì)，適用于高頻開關(guān)場(chǎng)景。

PWM調(diào)速

H橋的調(diào)速依賴PWM技術(shù)。按如20kHz的固定頻率接通或斷開電源，通過改變導(dǎo)通時(shí)間比周期的占空比，調(diào)整電機(jī)的平均電壓，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定，從家電的風(fēng)扇調(diào)速到工業(yè)機(jī)器人的伺服控制，PWM都是核心技術(shù)。合科泰的LDO與充電管理IC可配合H橋?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的占空比調(diào)節(jié)，其低溫漂特性保障了調(diào)速的穩(wěn)定性，適用于醫(yī)療電子、汽車電子等對(duì)精度要求高的場(chǎng)景。

結(jié)語

H橋的設(shè)計(jì)不僅是技術(shù)問題，更是器件可靠性與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合。合科泰憑借多年的半導(dǎo)體行業(yè)積累，將“可靠性”融入每一個(gè)器件，從MOSFET的低導(dǎo)通電阻到電阻的抗浪涌特性，每一個(gè)參數(shù)都為H橋的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。若您正面臨H橋驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，歡迎聯(lián)系合科泰，我們將為您提供技術(shù)支持。

公司介紹

合科泰成立于1992年,是一家集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售一體化的專業(yè)元器件高新技術(shù)及專精特新企業(yè)。專注提供高性價(jià)比的元器件供應(yīng)與定制服務(wù)，滿足企業(yè)研發(fā)需求。

產(chǎn)品供應(yīng)品類：全面覆蓋分立器件及貼片電阻等被動(dòng)元件，主要有MOSFET、TVS、肖特基、穩(wěn)壓管、快恢復(fù)、橋堆、二極管、三極管、電阻、電容。

兩大智能生產(chǎn)制造中心：華南和西南制造中心(惠州7.5萬㎡+南充3.5萬㎡)配備共3000多臺(tái)先進(jìn)設(shè)備及檢測(cè)儀器;2024年新增3家半導(dǎo)體材料子公司，從源頭把控產(chǎn)能與交付效率。

提供封裝測(cè)試OEM代工：支持樣品定制與小批量試產(chǎn)，配合100多項(xiàng)專利技術(shù)與ISO9001、IATF16949認(rèn)證體系，讓“品質(zhì)優(yōu)先”貫穿從研發(fā)到交付的每一環(huán)。

合科泰在始終以“客戶至上、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”為核心，為企業(yè)提供穩(wěn)定可靠的元件。