自保護h橋驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種自保護H橋驅(qū)動電路，包括：H橋驅(qū)動單元和H橋驅(qū)動控制單元。四個開關(guān)元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個左上右下驅(qū)動支路，右上臂和左下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個右上左下驅(qū)動支路，H橋驅(qū)動控制單元控制兩個驅(qū)動支路交替導(dǎo)通和負載電流方向，在同一驅(qū)動支路中，一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流輸出，另一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流占空比。當(dāng)H橋驅(qū)動單元中一個驅(qū)動支路上有一個或兩個開關(guān)元件導(dǎo)通時，H橋驅(qū)動控制單元阻止另一個驅(qū)動支路上的兩個開關(guān)元件導(dǎo)通，實現(xiàn)自保護功能。H橋驅(qū)動單元采用獨立的開關(guān)元件搭建驅(qū)動電路，面對不同負載驅(qū)動時，可以根據(jù)驅(qū)動負載所需電流選用不同驅(qū)動能力的開關(guān)元件，具有較高的靈活性。
【專利說明】自保護H橋驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種H橋驅(qū)動電路。
技術(shù)背景
[0002]H橋驅(qū)動電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個開關(guān)元件成H的4條垂直腿，而被驅(qū)動的負載就是H中的橫杠。H橋式驅(qū)動電路包括4個開關(guān)元件和一個負載。要使負載工作，必須同時導(dǎo)通對角線上的一對開關(guān)元件。根據(jù)不同開關(guān)元件對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過負載，從而控制負載的工作狀態(tài)。例如，如圖3所示，三極管Q1、Q2、Q3、Q4在如圖所示H橋驅(qū)動電路中作為4個開關(guān)元件，H橋驅(qū)動電路的負載為電機。當(dāng)Ql管和Q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Ql從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動(電機周圍的箭頭指示為順時針方向)。
[0003]驅(qū)動負載時，保證H橋上同側(cè)的兩個開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通非常重要。如圖3所示，如果三極管Ql和Q2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就會達到最大值(該電流僅受電源性能限制)，甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈颍趯嶋H驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。
[0004]通常的解決方案主要有采用集成硬件電路的專用驅(qū)動芯片或使用分立邏輯器件搭建控制電路來實現(xiàn)，專用驅(qū)動芯片如IR2110、L298N、TLE5209等，這些解決方案的不足之處是成本比較高、靈活性較差，驅(qū)動大功率負載時，還需要外部大功率開關(guān)元件配合，占用PCB面積較多。因此迫切需要設(shè)計一種帶自保護能力、靈活性高、成本低的H橋控制電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種帶自保護能力、靈活性高、成本低的H橋控制電路。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種自保護H橋驅(qū)動電路，包括:由兩個驅(qū)動輸出端子、四個開關(guān)元件構(gòu)成的H橋驅(qū)動單元和H橋驅(qū)動控制單元，其特征在于，四個開關(guān)元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個左上右下驅(qū)動支路，右上臂和左下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個右上左下驅(qū)動支路，上述兩個驅(qū)動支路和負載驅(qū)動電流方向受H橋驅(qū)動控制單元控制，實現(xiàn)交替導(dǎo)通，在同一驅(qū)動支路中，一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流輸出，另一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流占空比。H橋驅(qū)動單元采用一個反相器通道、兩個比較器通道和四個電阻搭建成獨立的開關(guān)元件驅(qū)動電路，當(dāng)H橋驅(qū)動單元中，一個驅(qū)動支路上有一個或兩個開關(guān)元件導(dǎo)通時，H橋驅(qū)動控制單元阻止另一個驅(qū)動支路上的兩個開關(guān)元件導(dǎo)通，只有當(dāng)兩個開關(guān)元件同時導(dǎo)通時，負載驅(qū)動回路電路才構(gòu)成由“驅(qū)動電源+”到“驅(qū)動電源_，，的通路，實現(xiàn)負載驅(qū)動電流脈寬調(diào)制(PWM)控制。
[0007]由于采用上述方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明H橋驅(qū)動單元采用獨立的開關(guān)元件搭建驅(qū)動電路，面對不同負載驅(qū)動時，可以根據(jù)驅(qū)動負載所需電流來選用不同驅(qū)動能力的開關(guān)元件，具有較高的靈活性。搭建H橋驅(qū)動控制單元只需要一個反相器通道、兩個比較器通道和四個電阻。由于H橋驅(qū)動控制單元器件數(shù)量少、搭建簡單，所以只需要較小的PCB面積即可實現(xiàn)，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性并降低了系統(tǒng)的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0009]圖1為本發(fā)明的自保護H橋驅(qū)動電路原理圖。
[0010]圖2為本發(fā)明的H橋驅(qū)動控制單元原理圖。
[0011]圖3是現(xiàn)有技術(shù)典型H橋驅(qū)動電路的原理示意圖。
[0012]圖中:100驅(qū)動占空比控制信號輸入端，101電壓信號，102反相器輸入端，103反相器輸出端，104比較器A輸出端，105比較器B輸出端。
【具體實施方式】
[0013]參閱圖1。在以下描述的實施例中，所述自保護H橋驅(qū)動電路包括H橋驅(qū)動控制單元與H橋驅(qū)動單元，其中，H橋驅(qū)動單元由兩個驅(qū)動輸出端子、四個開關(guān)元件構(gòu)成，四個開關(guān)元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個左上右下驅(qū)動支路，右上臂和左下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個右上左下驅(qū)動支路，上述兩個驅(qū)動支路受H橋驅(qū)動控制單元控制實現(xiàn)交替導(dǎo)通，控制負載驅(qū)動電流的方向，同一驅(qū)動支路中，一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流輸出，另一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流占空比橋驅(qū)動單元采用一個反相器通道、兩個比較器通道和四個電阻搭建獨立的開關(guān)元件驅(qū)動電路，當(dāng)H橋驅(qū)動單元中，一個驅(qū)動支路上有一個或兩個開關(guān)元件導(dǎo)通時，H橋驅(qū)動控制單元阻止另一個驅(qū)動支路上的兩個開關(guān)元件導(dǎo)通，只有當(dāng)兩個開關(guān)元件同時導(dǎo)通時，負載驅(qū)動電路才構(gòu)成由“驅(qū)動電源+”到“驅(qū)動電源的通路，從而實現(xiàn)負載驅(qū)動電流脈寬調(diào)制(PWM)控制。
[0014]參閱圖2。H橋驅(qū)動控制單元包括:比較器A和比較器B正向端相連的比較器通道和共接點相連在比較器A和比較器B負向端比較器通道的分壓電阻R1、分壓電阻R2，以及依次串聯(lián)在比較器A和比較器B反向端之間，分別通過反相器正向輸入端和反向輸出端的限流電阻R3和限流電阻R4，限流電阻R3、反相器和限流電阻R4搭建為一個反相器通道。兩個限流電阻R3、R4和反相器串聯(lián)在兩個比較器輸出端之間。兩個比較器通道和四個電阻正向輸入端相連，并接入驅(qū)動占空比控制信號、負向輸入端相連分壓電阻，分壓電阻Rl和分壓電阻R2串聯(lián)，兩端分別連接電源VCC和電源地。分壓電阻分壓得到的電壓信號電位在輸入信號的高低電平之間。分壓電阻Rl和分壓電阻R2的阻值根據(jù)實際電路中選用的比較器型號和其它電路參數(shù)來進行選擇。限流電阻R3和限流電阻R4阻值根據(jù)實際電路中選用的反相器型號、比較器型號和其它電路參數(shù)來進行選擇。比較器A和比較器B正向輸入端相連接，同時連接驅(qū)動占空比控制信號輸入端100 ;比較器A和比較器B負向輸入端相連接，同時連接分壓電阻Rl和分壓電阻R2的連接點接入由分壓電阻Rl和分壓電阻R2從VCC分壓得到的電壓信號101，用于識別驅(qū)動占空比控制信號的高低電平。比較器A輸出端104通過限流電阻R3相連反相器輸出端103，共接點連接左下臂開關(guān)元件控制信號端，反相器輸入端102連接左上臂開關(guān)元件控制信號端，當(dāng)反相器的輸入端102為高時，控制左上臂開關(guān)元件導(dǎo)通；由于反相器輸出信號為低，比較器A輸出端104信號下拉到低，左上臂開關(guān)元件控制信號與左下臂開關(guān)元件控制信號不會同時為高，保證H橋左側(cè)的兩個開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通。比較器B輸出端105通過限流電阻R4相連反相器輸入端102，共接點連接右下臂開關(guān)元件控制信號端。反相器輸出端103相連右上臂開關(guān)元件控制信號端，當(dāng)反相器的輸出端103為高時,控制右上臂開關(guān)兀件導(dǎo)通。由于反相器輸入信號為低，比較器B輸出端105信號下拉到低，右上臂開關(guān)元件控制信號與右下臂開關(guān)元件控制信號不會同時為高，保證H橋右側(cè)的兩個開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通。反相器的輸入端102與左上臂開關(guān)元件控制信號端相連接，反相器的輸出端103與右上臂開關(guān)元件控制信號端相連接。反相器輸入輸出兩端不會同時為高，所以左右上臂開關(guān)元件控制信號不會同時為高，保證兩條支路的上臂開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通。兩條驅(qū)動支路的下臂開關(guān)元件控制信號端分別通過一個限流電阻連接在反相器輸入和輸出兩端，以保證兩條支路的下臂開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通。外部驅(qū)動方向控制信號由反相器的輸入端102輸入H橋驅(qū)動控制單元，當(dāng)外部驅(qū)動方向控制信號為高電平時，左上臂開關(guān)元件控制信號端輸入高電平控制左上臂開關(guān)元件導(dǎo)通，右上臂開關(guān)元件控制信號端輸入低電平控制右上臂開關(guān)元件關(guān)斷，左下臂開關(guān)元件控制信號端輸入被鉗位為低電平控制左下臂開關(guān)元件關(guān)斷。外部驅(qū)動占空比控制信號由驅(qū)動占空比控制信號輸入端100輸入H橋驅(qū)動控制單元。
[0015]根據(jù)H橋驅(qū)動控制單元的控制邏輯:H橋驅(qū)動單元同側(cè)的兩個開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通，兩條支路的上臂開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通，兩條支路的下臂開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通。即當(dāng)H橋驅(qū)動單元中一個驅(qū)動支路上有一個或兩個開關(guān)元件導(dǎo)通時，H橋驅(qū)動控制單元阻止另一個驅(qū)動支路上的兩個開關(guān)元件導(dǎo)通，從而實現(xiàn)自保護功能。
[0016]H橋驅(qū)動電路所有工作狀態(tài)如下表所示。
【權(quán)利要求】
1.一種自保護H橋驅(qū)動電路，包括:由兩個驅(qū)動輸出端子、四個開關(guān)元件構(gòu)成的H橋驅(qū)動單元和H橋驅(qū)動控制單元，其特征在于，四個開關(guān)元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個左上右下驅(qū)動支路，右上臂和左下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個右上左下驅(qū)動支路，上述兩個驅(qū)動支路和負載驅(qū)動電流方向受H橋驅(qū)動控制單元控制，實現(xiàn)交替導(dǎo)通，在同一驅(qū)動支路中，一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流輸出，另一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流占空比。
2.如權(quán)利要求1所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:H橋驅(qū)動單元采用一個反相器通道、兩個比較器通道和四個電阻搭建成獨立的開關(guān)元件驅(qū)動電路，當(dāng)H橋驅(qū)動單元中，一個驅(qū)動支路上有一個或兩個開關(guān)元件導(dǎo)通時，H橋驅(qū)動控制單元阻止另一個驅(qū)動支路上的兩個開關(guān)元件導(dǎo)通，只有當(dāng)兩個開關(guān)元件同時導(dǎo)通時，負載驅(qū)動回路電路才構(gòu)成由“驅(qū)動電源+”到“驅(qū)動電源_，，的通路，實現(xiàn)負載驅(qū)動電流脈寬調(diào)制(PWM)控制。
3.如權(quán)利要求1所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:H橋驅(qū)動控制單元包括匕較器A和比較器B正向端相連的比較器通道和共接點相連在比較器A和比較器B負向端比較器通道的分壓電阻R1、分壓電阻R2，以及依次串聯(lián)在比較器A和比較器B反向端之間，分別通過反相器正向輸入端和反向輸出端的限流電阻R3和限流電阻R4，限流電阻R3、反相器和限流電阻R4搭建的一個反相器通道。
4.如權(quán)利要求3所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:比較器A和比較器B正向輸入端相連接，同時連接驅(qū)動占空比控制信號輸入端(100);比較器A和比較器B負向輸入端相連接，同時連接分壓電阻Rl和分壓電阻R2的連接點接入由分壓電阻Rl和分壓電阻R2從VCC分壓得到的電壓信號(101)，用于識別驅(qū)動占空比控制信號的高低電平。
5.如權(quán)利要求4所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:比較器A(104)輸出端通過限流電阻R3相連反相器輸出端(103)，共接點連接左下臂開關(guān)元件控制信號端，反相器輸入端(102)連接左上臂開關(guān)元件控制信號端，當(dāng)反相器的輸入端(102)為高時，控制左上臂開關(guān)元件導(dǎo)通。
6.如權(quán)利要求3所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:比較器B輸出端(105)通過限流電阻R4相連反相器輸入端(102)，共接點連接右下臂開關(guān)元件控制信號端。
7.如權(quán)利要求6所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:反相器輸出端(103)相連右上臂開關(guān)元件控制信號端，當(dāng)反相器的輸出端(103)為高時，控制右上臂開關(guān)元件導(dǎo)通。
8.如權(quán)利要求5所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:反相器的輸入端(102)與左上臂開關(guān)元件控制信號端相連接，反相器的輸出端(103)與右上臂開關(guān)元件控制信號端相連接。
9.如權(quán)利要求8所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:外部驅(qū)動方向控制信號由反相器的輸入端(102)輸入H橋驅(qū)動控制單元，當(dāng)外部驅(qū)動方向控制信號為高電平時，左上臂開關(guān)元件控制信號端輸入高電平控制左上臂開關(guān)元件導(dǎo)通，右上臂開關(guān)元件控制信號端輸入低電平控制右上臂開關(guān)元件關(guān)斷，左下臂開關(guān)元件控制信號端輸入被鉗位為低電平控制左下臂開關(guān)元件關(guān)斷。
10.如權(quán)利要求1所述的自保護H橋驅(qū)動電路，其特征在于:當(dāng)H橋驅(qū)動單元中一個驅(qū)動支路上有一個或兩個開關(guān)元件導(dǎo)通時，H橋驅(qū)動控制單元阻止另一個驅(qū)動支路上的兩個開關(guān)元件導(dǎo)通，實現(xiàn)自保護功能。
【文檔編號】H02M1/32GK103580464SQ201310476158
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月13日
【發(fā)明者】胡洋 申請人:成都威特電噴有限責(zé)任公司