有刷直流電機(jī)驅(qū)動H橋電路：輸出狀態(tài)的切換

本文將介紹有刷直流電機(jī)驅(qū)動的H橋的實際控制（切換）。
H橋電路：輸出狀態(tài)的切換
在上一篇文章中我提到過在向電機(jī)的兩個端子施加電壓時有四種連接方式：
①兩個端子都不與任何地方連接。
②將直流電源的（+）連接至一個端子，（-）連接至另一端子。
③將直流電源按照與②相反的極性連接至電機(jī)。
④兩個端子之間相連接。
如果可以輸入2位二進(jìn)制值，則可以通過它們的組合來創(chuàng)建這四種狀態(tài)。舉一個簡單的例子，如果有2個邏輯輸入端子，則可以獲得2*2=4種組合。下面是內(nèi)置H橋電路的有刷直流電機(jī)驅(qū)動器的示例，這里給出了大致的內(nèi)部功能框圖。

用于切換H橋狀態(tài)的邏輯電路是以IN1和IN2作為輸入、由虛線圍起來的部分。該邏輯電路的真值表如下：

可以看出相對于IN輸入邏輯的VG狀態(tài)。VG是Q1～Q4的各MOSFET的柵極電壓狀態(tài)。例如，Q1的VG為H，這表示施加了H電平的電壓，而不是直接表示Q1的ON/OFF。
該H橋是PchMOSFET（Q1，Q3）和NchMOSFET的組合。高邊側(cè)是Pch，低邊側(cè)是Nch對（Q1和Q2，Q3和Q4），各漏極和源極都已連接并成為OUT1（Q1和Q2對）和OUT2（Q3和Q4對）的輸出。
從框圖中可以看出，Pch的Q1和Q3在柵極上帶有活動狀態(tài)的L符號，因此VG為L，處于導(dǎo)通（ON）狀態(tài)。Q2和Q4為活動狀態(tài)的H，因此Q2和Q4為H，并處于導(dǎo)通（ON）狀態(tài)。僅從這點看，它與CMOS逆變器邏輯電路相同，但是柵極由IN1和IN2分別控制。
OUT對應(yīng)創(chuàng)建四種所需狀態(tài)。OPEN表示所有MOSFET均關(guān)斷且處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。L表示通過MOSFET連接到GND，H表示連接到電機(jī)電源VM。
盡管與H橋的控制邏輯沒有直接關(guān)系，但功能模塊中顯示的電平轉(zhuǎn)換（LevelShift）和同時導(dǎo)通防止功能是硬件控制所需功能的示例。
電平轉(zhuǎn)換是一種可轉(zhuǎn)換低電壓邏輯電路的輸出電壓以適應(yīng)高電壓MOSFET驅(qū)動的電路。邏輯電路部分設(shè)計為在3.3V或2.5V的常規(guī)邏輯電平下運(yùn)行，但H橋部分則在5V、12V、24V等高電壓（電機(jī)的驅(qū)動電壓）下運(yùn)行。因此，由于不能直接用低電壓邏輯輸出電平來驅(qū)動而需要電平轉(zhuǎn)換電路。
同時導(dǎo)通防止功能是用來防止在高邊晶體管和低邊晶體管ON/OFF切換時可能會發(fā)生的兩邊晶體管同時導(dǎo)通的功能。這是由邏輯切換時的微妙時間點引起的現(xiàn)象。經(jīng)常被提到的是在同步整流開關(guān)電源案例中，在交疊（Overlap）導(dǎo)通的瞬間，會有被稱為“直通（Shoot-through）電流”的電流從電源流向GND，存在損壞開關(guān)晶體管或IC的風(fēng)險。
雖然談了一點看似關(guān)系不大的內(nèi)容，不過請抓住本文的重點：可以利用2位邏輯輸入來通過H橋獲得四種狀態(tài)。
關(guān)鍵要點:
?可以通過2位邏輯來實現(xiàn)H橋四種連接狀態(tài)的切換。
?除有刷直流電機(jī)的H橋和有刷直流電機(jī)的控制邏輯電路外，許多實際的有刷直流電機(jī)驅(qū)動IC還具有電平轉(zhuǎn)換和同時導(dǎo)通防止功能。