H桥

✍ dations ◷ 2025-11-16 05:38:48 #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

  • 隔膜膈膜可以指:
  • 武向平武向平(1961年1月-),陕西黄龙人,中国天文学家,中国科学院院士。1982年毕业于西北电讯工程学院,1985年获该校硕士学位,1989年获中国科学院北京天文台博士学位。2011年当选为中国科学
  • 垂直农场垂直农法(英语:Vertical Farming)也称垂直农业、垂直农场、立体农场,是在垂直堆叠的层面、垂直倾斜的表面,或集成在其他结构(如摩天大楼、二手仓库或运输集装箱)中种植食品和药物的
  • 1960年 霞慕尼第一届冬季世界大学生运动会于1960年2月28日至3月6日在法国霞慕尼举行。这是霞慕尼继1924年冬季奥林匹克运动会后,举办的又一项国际冬季综合体育赛事。*  主办国家/地区(法
  • ZW性别决定系统与XY性别决定系统和X0性别决定系统(精子决定性别)相反,在ZW系统中,卵细胞决定了后代的性别。雄性是同染色体性别(ZZ),而雌性是异染色体性别(ZW)。Z染色体较大且具有更多基因,如XY系统
  • 川上贞奴川上贞奴(日语:川上 貞奴/かわかみ さだやっこ ,1871年9月2日-1946年12月7日),本名川上贞“小山贞”,日本明治至昭和年间著名艺妓、女演员。曾在全球各地演出,由美国前总统麦金利以
  • 陆宏亮陆宏亮,IT业著名企业家,UT斯达康(UTStarcom)的创办人之一、总裁、首席执行官和董事。原籍浙江宁波,于日本长大,后成为美国公民,毕业于美国加州大学伯克利分校(和孙正义是同学),获工程
  • 笔迹分析笔迹分析 (Graphoanalysis) 指透过书写人的笔迹,分析其行为及性格,或者核对笔迹之真伪。笔迹分析工作一般由笔迹专家进行。笔迹可以显示出性格、智力水平、思维及逻辑的具体反
  • InfocomInfocom,是一家软件公司,总部设在马萨诸塞州剑桥市,曾制作文字冒险类游戏和商业应用基石关系数据库。该公司于1979年6月22日由麻省理工学院的教职员工和学生Dave Lebling, Marc
  • 东川笃哉东川笃哉(1968年-),日本推理小说作家。广岛县尾道市出身。冈山大学法学院毕业。毕业后曾在玻璃瓶公司上班,26岁辞职后,接下来的八年都过着月薪12~13万日圆的打工生活,而且“差点沦