H桥是一个典型的
直流电机控制电路,因为它的电路形状酷似字母H,故得名曰“H桥”。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:概述图中只是简略示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。
简介
H桥是一种电子电路,可使其连接的
负载或输出端两端
电压反相/
电流反向。这类电路可用于
机器人及其它实作场合中
直流电动机的顺反向控制及
转速控制、
步进电机控制(双极型步进电机还必须要包含两个H桥的
电机控制器),电能变换中的大部分直流-交流变换器(如
逆变器及
变频器)、部分直流-
直流变换器(推挽式变换器)等,以及其它的功率电子装置。
H桥是一个典型的
直流电机控制电路,因为它的电路形状酷似字母H,故得名与“H桥”。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠
H桥电路,既可以分立元器件形式搭建,也可以整合到
集成电路上。“H桥”的名称起源于其电路,两个并联支路和一个负载接入/电路输出支路,看上去构成了形如“H”字母的电路结构。
基本概念
H桥(H-Bridge), ,因外形与H相似故得名,常用于
逆变器(DC-AC转换,即直流变交流)。通过开关的开合,将直流电(来自
电池等)逆变为某个频率或可变频率的
交流电,用于驱动
交流电机(
异步电机等)。
工作原理
如图《H桥逆变(单相)》所示单相桥式逆变电路工作原理开关T1、T4闭合,T2、T3断开:u0=Ud; 开关T1、T4断开,T2、T3闭合:u0=- Ud; 当以频率fS交替切换开关T1、T4和 T2 、T3 时 , 则 在
负载电 阻 R上 获 得交变电压波形(正负交替的方波),其周期 Ts=1/fS,这样,就将直流电压E变成了 交流电压uo。uo含有各次
谐波,如果想 得到
正弦波电压,则可通过
滤波器滤波 获得。
主电路开关T1~T4,它实际是各种半导体开关器件的 一种
理想模型。逆变电路中常用的开关器件有
快速晶闸管、
可关断晶闸管(GTO)、
功率晶体管(GTR)、
功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)。
在实际运用中,开关器件存在损耗:导通损耗(conduction losses) 和换相损耗(commutation losses) 和门极损耗(gate losses)。其中门极损耗极小可
忽略不计,而导通损耗和换相
损耗随着
开关频率的增加而增加。
控制方式
H桥的控制主要分为近似方波控制和
脉冲宽度调制(PWM)和级联多电平控制。
近似方波控制
即quasi-square-wave-control, 输出波形比正负交替方波多了一个零电平(3-level),
谐波大为减少。
优点是开关频率较低,缺点是谐波成分高,需要滤波器的成本大。
脉冲宽度调制
即Pulse width modulation,分为单极性和双极性pwm. 随着开关频率的升高,输出电压电流波形趋于正弦,谐波成分减小,但是高开关频率带来一系列问题:开关损耗大,电机绝缘压力大,发热等等。
多电平
即multi-level inverter,采用级联H桥的方式,使得在同等开关频率下谐波失真降到最小,甚至不需要用滤波器,获得良好的近似正弦输出波形。
工作方式
H桥的控制主要分为近似方波控制和脉冲宽度调制(PWM)和级联多电平控制。近似方波控制即quasi-square-wave-control, 输出波形比正负交替方波多了一个零电平(3-level),谐波大为减少。优点是开关频率较低,缺点是谐波成分高,需要滤波器的成本大。
脉冲宽度调制
即Pulse width modulation,分为单极性和双极性pwm. 随着开关频率的升高,输出电压电流波形趋于正弦,谐波成分减小,但是高开关频率带来一系列问题:开关损耗大,电机绝缘压力大,发热等等。
级联多电平控制
即multi-level inverter,采用级联H桥的方式,使得在同等开关频率下谐波失真降到最小,甚至不需要用滤波器,获得良好的近似正弦输出波形。