H桥

✍ dations ◷ 2025-06-08 22:58:59 #电路

H桥是一种电子电路,可使其连接的负载或输出端两端电压反相/电流反向。这类电路可用于机器人及其它实作场合中直流电动机的顺反向控制及转速控制、步进电机控制(双极型步进电机还必须要包含两个H桥的电机控制器),电能变换中的大部分直流-交流变换器(如逆变器及变频器)、部分直流-直流变换器(推挽式变换器)等,以及其它的功率电子装置。

H桥是一个典型的直流电机控制电路,因为它的电路形状酷似字母H,故得名与“H桥”。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠

H桥电路,既可以分立元器件形式搭建,也可以整合到集成电路上。“H桥”的名称起源于其电路,两个并联支路和一个负载接入/电路输出支路,看上去构成了形如“H”字母的电路结构。

如图1所示单相桥式逆变电路工作原理开关T1、T4闭合,T2、T3断开:u0=Ud; 开关T1、T4断开,T2、T3闭合:u0=- Ud; 当以频率fS交替切换开关T1、T4和 T2 、T3 时 , 则 在 负载电 阻 R上 获 得交变电压波形(正负交替的方波),其周期 Ts=1/fS,这样,就将直流电压E变成了 交流电压uo。uo含有各次谐波,如果想 得到正弦波电压,则可通过滤波器滤波 获得。

主电路开关T1~T4,它实际是各种半导体开关器件的 一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管(GTO)、功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)。

在实际运用中,开关器件存在损耗:导通损耗(conduction losses) 和换相损耗(commutation losses) 和门极损耗(gate losses)。其中门极损耗极小可忽略不计,而导通损耗和换相损耗随着开关频率的增加而增加。

一个H桥有四个开关器件(可以是固态器件,也可以是机械式开关),如H桥电路图(图2)所示,当开关S1和S4闭合时,开关S2和S3断开,此时中间桥接的直流电动机两端加上正向电压正转工作。当S1、S4断开,同时闭合S2、S3时,电动机两端电压反相,使电动机反转工作。在这个电路中,正常工作情况下,一个并联支路侧的开关S1、S2不可能同时闭合,同样另一侧支路的开关S3、S4也是如此,如果某一侧支路的开关同时闭合,会将供电电源的正负两极短路,称为直通短路。

H桥也可以刹停电动机,来使电动机停转,具体做法是在电动机运转时断开S2、S4,将S1、S3闭合(或断开S1、S3,将S2、S4闭合)。也可以全部开关断开,让电动机自由停转。下表将S1~S4分别作为一个0/1输入变量,运行状态作为一个0/1输出变量,列出一个逻辑功能表:

三相桥式(可控)整流电路/逆变电路,工作原理和H桥类似,都是通过半控式器件/开关器件通断状态的改变来实现电能变换。但严格来说它们并不完全属于H桥的范围。

H桥的控制主要分为近似方波控制和脉冲宽度调制(PWM)和级联多电平控制。

近似方波控制即quasi-square-wave-control, 输出波形比正负交替方波多了一个零电平(3-level),谐波大为减少。优点是开关频率较低,缺点是谐波成分高,需要滤波器的成本大。

脉冲宽度调制即Pulse width modulation,分为单极性和双极性pwm. 随着开关频率的升高,输出电压电流波形趋于正弦,谐波成分减小,但是高开关频率带来一系列问题:开关损耗大,电机绝缘压力大,发热等等。

级联多电平控制即multi-level inverter,采用级联H桥的方式,使得在同等开关频率下谐波失真降到最小,甚至不需要用滤波器,获得良好的近似正弦输出波形。


相关

  • 辟雍辟雍又作璧雍、辟雝,是西周时的大学。辟雍是西周时期的圆形建筑物,四面环水为雍。贵族子弟都在辟雍学习礼仪、音乐、舞蹈、骑马等。《礼记·王制》:“大学在郊,天子曰辟雍,诸侯曰
  • 旗津风车公园旗津风车公园是高雄市也是全台湾第一座观光、休闲兼环保的风力发电休闲公园。在旗津风车公园内,七座风车每日可藉风力发电,而整座公园照明设备负载容量一个小时仅花费约一万八
  • 置闰置闰是一些历法中插入闰日、闰周或闰月,以使历法能跟随季节或月相。阴阳历可能需要插入闰日和闰月。回归年(太阳年)都不是刚好的整数天(大约是365.2422天),但是历年都必须是整数的
  • 纳骨塔纳骨塔,或称灵骨塔、骨灰龛、宝塔,是存放往生者骨灰的建筑,骨灰则存封在骨灰坛里。在佛教里,纳骨塔紧邻或附属于寺院、墓园。这种习惯让死者家属能够到寺院里进行追悼及崇拜。在
  • 登陆仁川联合国仁川登陆战(朝鲜语:인천 상륙 작전/仁川上陸作戰;代号:铁铬行动(Operation Chromite))是朝鲜战争中一场决定性的进攻及战役。战役开始于1950年9月15日至9月28日结束,在两栖行动
  • 通婚异族通婚(英文:Interracial marriage)是指不同民族或种族个体间的婚姻,有混血儿的一系列现象。异族通婚的成因有很多,而大规模的异族通婚则成为种族混合(英语:Miscegenation),往往对
  • 红山荞麦红山荞麦,是指中华人民共和国山西省朔州市平鲁区阻虎乡的一款土特产荞麦,原产于阻虎乡红山村,是中国地理标志产品。红山荞麦生长周期为63天,为大粒荞麦品种。根据山西省粮油研究
  • 第59届奥斯卡金像奖第59届奥斯卡颁奖典礼是美国电影艺术与科学学院旨在奖励1986年最优秀电影的一场晚会,于太平洋时区1987年3月30日下午18点(北美东部时区晚上21点)开始在美国加利福尼亚州洛杉矶
  • 霍峻霍峻(177年-216年),字仲邈,荆州南郡枝江人,三国时期刘备部将。其兄霍笃曾在故乡聚集起部曲数百人。后来霍笃逝世,刘表命令霍峻继承部曲。208年,刘表病逝,霍峻便率部曲归降刘备,并被任
  • 爱染恭子爱染恭子(日语:あいぞめ きょうこ、1958年2月9日-),旧艺名为青山 凉子(あおやま りょうこ),为日本情色电影导演、前情色女星、前AV女优,出身于千叶县野田市。奶奶是加拿大人,所以其拥