在向电机的两个端子施加电压时有四种连接方式:
①两个端子都不与任何地方连接。
②将直流电源的(+)连接至一个端子,(-)连接至另一端子。
③将直流电源按照与②相反的极性连接至电机。
④两个端子之间相连接。
如果可以输入2位二进制值,则可以通过它们的组合来创建这四种状态。举一个简单的例子,如果有2个逻辑输入端子,则可以获得2*2=4种组合。下面是内置H桥电路的有刷直流电机驱动器的示例,这里给出了大致的内部功能框图。
用于切换H桥状态的逻辑电路是以IN1和IN2作为输入、由虚线围起来的部分。该逻辑电路的真值表如下:
可以看出相对于IN输入逻辑的VG状态。VG是Q1~Q4的各MOSFET的栅极电压状态。例如,Q1的VG为H,这表示施加了H电平的电压,而不是直接表示Q1的ON/OFF。
该H桥是Pch MOSFET(Q1,Q3)和Nch MOSFET的组合。高边侧是Pch,低边侧是Nch对(Q1和Q2,Q3和Q4),各漏极和源极都已连接并成为OUT1(Q1和Q2对)和OUT2(Q3和Q4对)的输出。
从框图中可以看出,Pch的Q1和Q3在栅极上带有活动状态的L符号,因此VG为L,处于导通(ON)状态。Q2和Q4为活动状态的H,因此Q2和Q4为H,并处于导通(ON)状态。仅从这点看,它与CMOS逆变器逻辑电路相同,但是栅极由IN1和IN2分别控制。
OUT对应创建四种所需状态。OPEN表示所有MOSFET均关断且处于高阻抗状态。L表示通过MOSFET连接到GND,H表示连接到电机电源VM。
尽管与H桥的控制逻辑没有直接关系,但功能模块中显示的电平转换(Level Shift)和同时导通防止功能是硬件控制所需功能的示例。
电平转换是一种可转换低电压逻辑电路的输出电压以适应高电压MOSFET驱动的电路。逻辑电路部分设计为在3.3V或2.5V的常规逻辑电平下运行,但H桥部分则在5V、12V、24V等高电压(电机的驱动电压)下运行。因此,由于不能直接用低电压逻辑输出电平来驱动而需要电平转换电路。
同时导通防止功能是用来防止在高边晶体管和低边晶体管ON/OFF切换时可能会发生的两边晶体管同时导通的功能。这是由逻辑切换时的微妙时间点引起的现象。经常被提到的是在同步整流开关电源案例中,在交叠(Overlap)导通的瞬间,会有被称为“直通(Shoot-through)电流”的电流从电源流向GND,存在损坏开关晶体管或IC的风险。
虽然谈了一点看似关系不大的内容,不过请抓住本文的重点:可以利用2位逻辑输入来通过H桥获得四种状态。