有刷直流電機驅(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。
④兩個端子之間相連接。
如果可以輸入2位二進制值，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)斷且處于高阻抗狀態(tài)。L表示通過MOSFET連接到GND，H表示連接到電機電源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)邏輯電平下運行，但H橋部分則在5V、12V、24V等高電壓（電機的驅(qū)動電壓）下運行。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。
?除有刷直流電機的H橋和有刷直流電機的控制邏輯電路外，許多實際的有刷直流電機驅(qū)動IC還具有電平轉(zhuǎn)換和同時導(dǎo)通防止功能。