H 桥电机控制电路

该电路显示了一个由四个 MOSFET 组成的全桥。在正向驱动中，电流必须沿淡绿色箭头 A 的方向从电池正极流过，通过 Hi1，通过电机，然后通过 Lo2 流向电池负极。反向驱动时，电流必须按红色箭头C的方向流动。以目前IC和N沟道MOSFET的状态，只有傻瓜或受虐狂才会把hi-??side作为主要的有源开关元件，所以很正常将PWM应用于loside MOSFET，并让Hi-side扮演更被动的角色。
因此，对于正向驱动，Hi 1 将永久打开，Hi2 关闭，Lo1 关闭和 Lo2 打开，可能在 PWM 模式下被斩波。如果使用 PWM，那么，当 Lo2 关闭时，电机电流仍需要保持沿同一方向流动，这是由电机的电感强制执行的，并且它将使用 Hi2 作为“飞轮”二极管，如黑色部分所示绿色箭头 B。在飞轮期间，hiside MOSFET 是否导通并不重要：如果它导通，则应用电阻损耗，而不是会导致更多损耗的二极管压降。
反向驱动则类似，Hi2 永久开启，Lo1 斩波和 Hi 1 飞轮。适用红色 (C) 和橙色 (D) 箭头。
请注意，您需要为高端栅极驱动器使用静态泵电源。除非输出正在切换，否则自举式电荷泵将无法工作，并且在电机全速运行时，桥中没有任何东西在切换，因此自举将失败。
设计的其余部分取决于您想要制作电路的“安全”程度。一个合适的商业控制器需要经受住用户对其所做的几乎所有操作，并且需要在所有四个象限中提供适当的保护。所以它需要对桥的两半进行电流限制，不仅在驱动模式下，而且在再生模式下。这当然大大增加了复杂性！
那么——再生制动呢？考虑到您可能希望对低端晶体管进行 PWM 切换并且电流监控最容易在低端 MOSFET 中完成，请考虑正向再生制动。正向驱动电流是绿色箭头 A。因此在正向制动期间，电流相对于此反向。在正向驱动中，电机的左手端为正极（它通过打开的 Hi1 连接到电池 +）。在正向制动中，电机的反电动势与正向驱动的极性相同（因为电机旋转方向相同），但电流必须反向（蓝色箭头）。所以电机的左端仍然是正的。因此，我们必须永久打开 Lo2，将电机的 RH 侧与电池负极短路，并且我们必须使用 PWM 信号将 Lo1 斩波打开和关闭。这样 Lo1 仍然在正电压和正电流下工作，更容易考虑和更容易用于电流检测和电流限制。如果 Lo 1 正在斩波，那么当它关闭时，电机感应能量仍会导致电流流动并且它会想要飞轮通过 Hi1（记住，Lo2 全时开启）回到电池中，提供再生（反向当前箭头 A)。
对于反向，制动时我们需要全时打开 Lo1 并切断 Lo2。
当然还有其他可能的方案，但它们要么涉及切断高边，要么检测负电流。或者您可以在电机中放置一个电阻器并使用浮动差分运算放大器来检测电机电流。你不如我！感测数百安培电流的电阻器既不常见也不是小物品，因此成本很高！它必须巧妙地融入控制器的设计中。
你也可能从上面意识到，只要你没有把时间完全弄错，那么 Hi 1 和 Lo 1（或 Hi2 和 Lo2）同时打开，你做什么并不重要斩波和你不斩波 - 飞轮电流总会找到安全的地方重新循环！
当然，这里提出的方案确实需要您检测电机反电动势何时大于所需速度，即电机何时应该开始再生，并改变电桥的状态来做到这一点。其他方案也是可能的，但如果您需要再生制动，它们（可能）都涉及主动高侧开关。所以这个方案就是我们在我们的第一个全桥控制器4QD系列中使用的方法。虽然它现在是一个古老的设计，但它仍然非常成功并且非常可靠 - 如果有点复杂！更简单的设计需要更多的横向思考，结合切碎的高边和一定程度的巧妙安排再生电流限制！