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一、H 橋電路概述

H 橋電路是一種通過控制四個(gè)開關(guān)器件的導(dǎo)通組合，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載（如電機(jī)）電流方向切換的電路，從而改變負(fù)載的運(yùn)動(dòng)方向或輸出交流波形。其廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

二、H 橋電路的構(gòu)成與關(guān)鍵元件

H 橋電路由四個(gè)開關(guān)器件（如 MOSFET、IGBT 等）組成，排列成 “H” 形結(jié)構(gòu)，負(fù)載（如電機(jī)）位于中間橫杠位置。四個(gè)開關(guān)分為兩組對角對（Q1/Q4 和 Q2/Q3），通過控制它們的通斷組合實(shí)現(xiàn)電流方向切換。關(guān)鍵元件包括開關(guān)器件和續(xù)流二極管。續(xù)流二極管的主要作用是防止反向電壓損壞電路，保護(hù)開關(guān)器件和負(fù)載免受電壓沖擊。

三、H 橋電路的電源連接

電源連接方式為上端接電源正極，下端接地，負(fù)載兩端分別連接左右開關(guān)節(jié)點(diǎn)。這種連接方式確保了電路的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)為負(fù)載提供了合適的電壓和電流條件。

四、H 橋電路的工作原理

（一）正轉(zhuǎn)模式

當(dāng)導(dǎo)通 Q1 和 Q4 時(shí)，電流路徑為：電源正極 → Q1 → 負(fù)載 → Q4 → 電源負(fù)極。這種電流流向驅(qū)動(dòng)負(fù)載（如電機(jī)）正向運(yùn)轉(zhuǎn)，適用于需要正向運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用場景。

（二）反轉(zhuǎn)模式

導(dǎo)通 Q2 和 Q3 時(shí)，電流反向流動(dòng)：電源正極 → Q2 → 負(fù)載 → Q3 → 電源負(fù)極。這種電流流向使負(fù)載反向運(yùn)動(dòng)，適用于需要改變運(yùn)動(dòng)方向的操作。

（三）逆變功能

通過交替切換正反轉(zhuǎn)模式（如方波調(diào)制），H 橋電路可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。配合濾波器后，可輸出較為平滑的正弦波，滿足對交流電源質(zhì)量要求較高的應(yīng)用需求。

五、H 橋電路原理圖解析

在 H 橋電路原理圖中，圖中間的導(dǎo)電路徑具有特定的電壓關(guān)系。R2 兩端的電壓等于 R4 兩端的電壓，R1 兩端的電壓等于 R3 兩端的電壓，且這些電壓關(guān)系與四個(gè)電阻的電阻值無關(guān)。

如果兩個(gè)分支之間沒有電橋，中點(diǎn)的電位取決于電阻值的比率。當(dāng) R1 : R2 等于 R3 : R4 時(shí)，即使沒有電橋，電勢差也為零。這種特性在電路設(shè)計(jì)中具有重要意義，可用于實(shí)現(xiàn)電壓的平衡和穩(wěn)定。

六、上臂 PMOS 與下臂 NMOS 的協(xié)同工作

該橋電路由兩個(gè) P 型場效應(yīng)管（Q2）和兩個(gè) N 型場效應(yīng)管（Q4）組成，因此被稱為 P - NMOS 管 H 橋。這些場效應(yīng)管在橋臂上充當(dāng)開關(guān)的角色，其中 P 型管在柵極電壓為低時(shí)導(dǎo)通，高時(shí)關(guān)閉；而 N 型管則在柵極電壓為高時(shí)導(dǎo)通，低時(shí)關(guān)閉。

（一）正轉(zhuǎn)控制

當(dāng)按照特定方式連接電路并控制臂 1 置高電平（U = VCC）、控制臂 2 置低電平（U = 0）時(shí)，Q1 和 Q4 將關(guān)閉，而 Q2 和 Q3 則會(huì)導(dǎo)通。這將導(dǎo)致電機(jī)左端呈現(xiàn)低電平，右端則為高電平，從而使得電流沿箭頭方向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)。

（二）反轉(zhuǎn)控制

當(dāng)控制臂 1 置為低電平（U = 0），而控制臂 2 置為高電平（U = VCC）時(shí)，Q2 和 Q3 將關(guān)閉，而 Q1 和 Q4 則會(huì)導(dǎo)通。這一操作將導(dǎo)致電機(jī)左端呈現(xiàn)高電平，右端則為低電平，進(jìn)而使電流反向流動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。

（三）停止?fàn)顟B(tài)

當(dāng)控制臂 1 和控制臂 2 都處于低電平狀態(tài)時(shí)，Q1 和 Q2 將導(dǎo)通，而 Q3 和 Q4 將關(guān)閉。這將導(dǎo)致電機(jī)兩端都呈現(xiàn)高電平，從而阻止電流流動(dòng)，電機(jī)因此不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。相反，當(dāng)控制臂 1 和控制臂 2 都處于高電平狀態(tài)時(shí)，Q1 和 Q2 將關(guān)閉，而 Q3 和 Q4 將導(dǎo)通。這同樣會(huì)使電機(jī)兩端都呈現(xiàn)低電平，電機(jī)同樣不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)確保了無論控制臂的狀態(tài)如何（必須避免懸空狀態(tài)），H 橋都不會(huì)出現(xiàn) “共態(tài)導(dǎo)通” 的情況，從而避免了短路的可能性。