自保護h橋驅動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種自保護H橋驅動電路，包括：H橋驅動單元和H橋驅動控制單元。四個開關元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關元件構成一個左上右下驅動支路，右上臂和左下臂的開關元件構成一個右上左下驅動支路，H橋驅動控制單元控制兩個驅動支路交替導通和負載電流方向，在同一驅動支路中，一個開關元件控制負載驅動電流輸出，另一個開關元件控制負載驅動電流占空比。當H橋驅動單元中一個驅動支路上有一個或兩個開關元件導通時，H橋驅動控制單元阻止另一個驅動支路上的兩個開關元件導通，實現自保護功能。H橋驅動單元采用獨立的開關元件搭建驅動電路，面對不同負載驅動時，可以根據驅動負載所需電流選用不同驅動能力的開關元件，具有較高的靈活性。
【專利說明】自保護H橋驅動電路
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種H橋驅動電路。
技術背景
[0002]H橋驅動電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個開關元件成H的4條垂直腿，而被驅動的負載就是H中的橫杠。H橋式驅動電路包括4個開關元件和一個負載。要使負載工作，必須同時導通對角線上的一對開關元件。根據不同開關元件對的導通情況，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橋驅動電路中作為4個開關元件，H橋驅動電路的負載為電機。當Ql管和Q4管導通時，電流就從電源正極經Ql從左至右穿過電機，然后再經Q4回到電源負極。從而驅動電機按特定方向轉動(電機周圍的箭頭指示為順時針方向)。
[0003]驅動負載時，保證H橋上同側的兩個開關元件不會同時導通非常重要。如圖3所示，如果三極管Ql和Q2同時導通，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?，在實際驅動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。
[0004]通常的解決方案主要有采用集成硬件電路的專用驅動芯片或使用分立邏輯器件搭建控制電路來實現，專用驅動芯片如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，驅動大功率負載時，還需要外部大功率開關元件配合，占用PCB面積較多。因此迫切需要設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)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足之處，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)明所采用的技術方案是:一種自保護H橋驅動電路，包括:由兩個驅動輸出端子、四個開關元件構成的H橋驅動單元和H橋驅動控制單元，其特征在于，四個開關元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關元件構成一個左上右下驅動支路，右上臂和左下臂的開關元件構成一個右上左下驅動支路，上述兩個驅動支路和負載驅動電流方向受H橋驅動控制單元控制，實現交替導通，在同一驅動支路中，一個開關元件控制負載驅動電流輸出，另一個開關元件控制負載驅動電流占空比。H橋驅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元件驅動電路，當H橋驅動單元中，一個驅動支路上有一個或兩個開關元件導通時，H橋驅動控制單元阻止另一個驅動支路上的兩個開關元件導通，只有當兩個開關元件同時導通時，負載驅動回路電路才構成由“驅動電源+”到“驅動電源_，，的通路，實現負載驅動電流脈寬調制(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橋驅動單元采用獨立的開關元件搭建驅動電路，面對不同負載驅動時，可以根據驅動負載所需電流來選用不同驅動能力的開關元件，具有較高的靈活性。搭建H橋驅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橋驅動控制單元器件數量少、搭建簡單，所以只需要較小的PCB面積即可實現，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橋驅動電路原理圖。
[0010]圖2為本發(fā)明的H橋驅動控制單元原理圖。
[0011]圖3是現有技術典型H橋驅動電路的原理示意圖。
[0012]圖中:100驅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橋驅動電路包括H橋驅動控制單元與H橋驅動單元，其中，H橋驅動單元由兩個驅動輸出端子、四個開關元件構成，四個開關元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關元件構成一個左上右下驅動支路，右上臂和左下臂的開關元件構成一個右上左下驅動支路，上述兩個驅動支路受H橋驅動控制單元控制實現交替導通，控制負載驅動電流的方向，同一驅動支路中，一個開關元件控制負載驅動電流輸出，另一個開關元件控制負載驅動電流占空比橋驅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元件驅動電路，當H橋驅動單元中，一個驅動支路上有一個或兩個開關元件導通時，H橋驅動控制單元阻止另一個驅動支路上的兩個開關元件導通，只有當兩個開關元件同時導通時，負載驅動電路才構成由“驅動電源+”到“驅動電源的通路，從而實現負載驅動電流脈寬調制(PWM)控制。
[0014]參閱圖2。H橋驅動控制單元包括: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，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的阻值根據實際電路中選用的比較器型號和其它電路參數來進行選擇。限流電阻R3和限流電阻R4阻值根據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元件控制信號端，反相器輸入端102連接左上臂開關元件控制信號端，當反相器的輸入端102為高時，控制左上臂開關元件導通；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，左上臂開關元件控制信號與左下臂開關元件控制信號不會同時為高，保證H橋左側的兩個開關元件不會同時導通。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元件控制信號端。反相器輸出端103相連右上臂開關元件控制信號端，當反相器的輸出端103為高時,控制右上臂開關兀件導通。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，右上臂開關元件控制信號與右下臂開關元件控制信號不會同時為高，保證H橋右側的兩個開關元件不會同時導通。反相器的輸入端102與左上臂開關元件控制信號端相連接，反相器的輸出端103與右上臂開關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，所以左右上臂開關元件控制信號不會同時為高，保證兩條支路的上臂開關元件不會同時導通。兩條驅動支路的下臂開關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元件不會同時導通。外部驅動方向控制信號由反相器的輸入端102輸入H橋驅動控制單元，當外部驅動方向控制信號為高電平時，左上臂開關元件控制信號端輸入高電平控制左上臂開關元件導通，右上臂開關元件控制信號端輸入低電平控制右上臂開關元件關斷，左下臂開關元件控制信號端輸入被鉗位為低電平控制左下臂開關元件關斷。外部驅動占空比控制信號由驅動占空比控制信號輸入端100輸入H橋驅動控制單元。
[0015]根據H橋驅動控制單元的控制邏輯:H橋驅動單元同側的兩個開關元件不會同時導通，兩條支路的上臂開關元件不會同時導通，兩條支路的下臂開關元件不會同時導通。即當H橋驅動單元中一個驅動支路上有一個或兩個開關元件導通時，H橋驅動控制單元阻止另一個驅動支路上的兩個開關元件導通，從而實現自保護功能。
[0016]H橋驅動電路所有工作狀態(tài)如下表所示。
【權利要求】
1.一種自保護H橋驅動電路，包括:由兩個驅動輸出端子、四個開關元件構成的H橋驅動單元和H橋驅動控制單元，其特征在于，四個開關元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關元件構成一個左上右下驅動支路，右上臂和左下臂的開關元件構成一個右上左下驅動支路，上述兩個驅動支路和負載驅動電流方向受H橋驅動控制單元控制，實現交替導通，在同一驅動支路中，一個開關元件控制負載驅動電流輸出，另一個開關元件控制負載驅動電流占空比。
2.如權利要求1所述的自保護H橋驅動電路，其特征在于:H橋驅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元件驅動電路，當H橋驅動單元中，一個驅動支路上有一個或兩個開關元件導通時，H橋驅動控制單元阻止另一個驅動支路上的兩個開關元件導通，只有當兩個開關元件同時導通時，負載驅動回路電路才構成由“驅動電源+”到“驅動電源_，，的通路，實現負載驅動電流脈寬調制(PWM)控制。
3.如權利要求1所述的自保護H橋驅動電路，其特征在于:H橋驅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.如權利要求3所述的自保護H橋驅動電路，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)，用于識別驅動占空比控制信號的高低電平。
5.如權利要求4所述的自保護H橋驅動電路，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元件控制信號端，反相器輸入端(102)連接左上臂開關元件控制信號端，當反相器的輸入端(102)為高時，控制左上臂開關元件導通。
6.如權利要求3所述的自保護H橋驅動電路，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元件控制信號端。
7.如權利要求6所述的自保護H橋驅動電路，其特征在于:反相器輸出端(103)相連右上臂開關元件控制信號端，當反相器的輸出端(103)為高時，控制右上臂開關元件導通。
8.如權利要求5所述的自保護H橋驅動電路，其特征在于:反相器的輸入端(102)與左上臂開關元件控制信號端相連接，反相器的輸出端(103)與右上臂開關元件控制信號端相連接。
9.如權利要求8所述的自保護H橋驅動電路，其特征在于:外部驅動方向控制信號由反相器的輸入端(102)輸入H橋驅動控制單元，當外部驅動方向控制信號為高電平時，左上臂開關元件控制信號端輸入高電平控制左上臂開關元件導通，右上臂開關元件控制信號端輸入低電平控制右上臂開關元件關斷，左下臂開關元件控制信號端輸入被鉗位為低電平控制左下臂開關元件關斷。
10.如權利要求1所述的自保護H橋驅動電路，其特征在于:當H橋驅動單元中一個驅動支路上有一個或兩個開關元件導通時，H橋驅動控制單元阻止另一個驅動支路上的兩個開關元件導通，實現自保護功能。
【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任公司