隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和微處理器技術(shù)的應(yīng)用,，大大改變了電機(jī)" title="電機(jī)">電機(jī)控制,、電氣傳動(dòng)的面貌。形成了一門多學(xué)科交叉的“運(yùn)動(dòng)控制”技術(shù),。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能使被控機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制,、速度控制、加速度控制,、轉(zhuǎn)矩或力的控制,，以及這些被控機(jī)械量的綜合控制。H橋驅(qū)動(dòng)電路能與主處理器,、電機(jī)等構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),，可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的運(yùn)動(dòng)控制,。

　　1 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制及其驅(qū)動(dòng)電路

　　在電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制中,，最常見的是電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速，流經(jīng)電機(jī)繞組的電流大小和方向要受控,。

　　圖1,，圖2是由4個(gè)N溝道MOs管(M1～M4)和一個(gè)電機(jī)(M)組成的H橋。在圖1中,，當(dāng)M1和M4導(dǎo)通時(shí),，電流從電源正極經(jīng)M1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)M4回到電源負(fù)極,，電機(jī)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),。在圖2中,，當(dāng)M3和M2導(dǎo)通時(shí)，電流從右至左流過電機(jī),，電機(jī)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),。因此，通過調(diào)整MOS管的導(dǎo)通與截止時(shí)序可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向,，通過調(diào)整流經(jīng)電機(jī)電流的大小可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,。

　　在此介紹一款基于HIP4081" title="HIP4081">HIP4081設(shè)計(jì)的厚膜H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，用于某炮瞄系統(tǒng),。電路內(nèi)部集成了CMOS控制電路和由MOS管組成的H橋,，它能為負(fù)載提供5 A的連續(xù)電流。該電路能在60 V的供電電源范圍內(nèi)安全工作,，用戶只需提供與TTL電平兼容的PWM信號(hào)就可進(jìn)行4象限模式的幅值和方向同時(shí)控制,，而且與數(shù)字控制器的接口非常簡(jiǎn)單。其內(nèi)部電路可提供適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間間隔以保護(hù)H橋的4個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管,，效率可達(dá)97％,。提供有與TTL兼容的使能管腳來關(guān)斷4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管。

　　2 HIP4081內(nèi)部結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)

　　HIP4081是intersil公司推出的一款專門用于控制H橋的高頻全橋驅(qū)動(dòng)芯片,。采用閂鎖抗干擾CMOS制造工藝,，具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)4個(gè)N溝道MoS管,；輸出峰值電流為2 A,；芯片內(nèi)部具有電荷泵和死區(qū)時(shí)間設(shè)置；懸浮電源采用自舉電路,，其高端工作電壓可達(dá)95 V,，邏輯電源電壓范圍6～15 V，工作頻率高,，可達(dá)1 MHz,；具有能控制所有輸入的禁止端，可方便地與外接元件形成保護(hù)電路,。圖3給出HIP4081的引腳排列定義,，圖4顯示了1／2HIP4081(A邊)的內(nèi)部功能框圖。主要組成部分有：邏輯輸入,、使能、電荷泵,、電平平移及死區(qū)時(shí)間設(shè)置等,。

　　3 HIP4081引腳排列

　　在圖4中，Au,，AHl分別是A邊的低邊輸入和高邊輸入,；ALO，AHO分別是A邊的低邊輸出和高邊輸出，DIS是使能輸入,；在另一半(B邊)的內(nèi)部功能圖中,，BLI、BHl分別是B邊的低邊輸入和高邊輸入,；BL0,，BH0分別是B邊的低邊輸出和高邊輸出。他們之間的邏輯關(guān)系如表1所示,。

　　3 電路實(shí)現(xiàn)基本原理

　　電路原理框如圖5所示,。

　　在圖5中，VCC為內(nèi)部邏輯電路和MOS管上臂和下臂驅(qū)動(dòng)器的低壓電源,；Vs為H橋供電電源,，MOS管從這個(gè)電源端獲得輸出電流，該腳電壓范圍為Vcc～+80 V,；V01,，為半橋的輸出腳1，當(dāng)PwM輸入ALI為高,，BLI為低時(shí),，該腳輸出為Vs；Vo2為半橋的輸出腳2,，當(dāng)PwM輸入ALI為低,，BLl為高時(shí)，該腳輸出為Vs,；SENSE為2個(gè)半橋下臂的共同聯(lián)接點(diǎn),，可連接一個(gè)到Vs地的檢測(cè)電阻以檢測(cè)電流，該腳也可以直接連到Vs的地,。GND為輸入邏輯和Vcc的地,；PWM輸人為用于輸入與TTL兼容的PwM信號(hào)，占空比在O％～100％之間,；DIS為用于關(guān)斷4個(gè)MOS管,，該腳為1時(shí)為關(guān)斷，為0時(shí)使能,。

　　3．1 電路工作邏輯時(shí)序及電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

　　在圖5中,，當(dāng)使能端D1S處于高電平“1”時(shí)，無論ALI,，BLI是“1”還是“O”,，ALO，BLO,，AH0,，BH0都為“0”,，電路處于禁止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)停轉(zhuǎn),。當(dāng)使能端DIS處于低電平“O”時(shí),，ALl和BLI可通過反相器分別同時(shí)接收PWM信號(hào)的高電平“1”和低電平“0”。當(dāng)ALl為1,，BLI為0時(shí),，此時(shí)，ALO為1,，AHO為0,，BLO為O，BHO為1,，H橋中的MOS管M1與M4導(dǎo)通,，H橋處于圖1狀態(tài)，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn),。當(dāng)ALI為O,，BLI為1時(shí)，此時(shí),，AL0為0,，AHO為1，BLO為1,，BHO為O,，H橋中的MOS管M3與M2導(dǎo)通，H橋處于圖2狀態(tài),，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),。當(dāng)ALI，BLI同時(shí)為O時(shí),，ALO,，BLO都為O，AH0,，BHO都為1,，電機(jī)中沒有電流流過，處于制動(dòng)狀態(tài),。當(dāng)ALI,，BLI同時(shí)為1時(shí)，AL0,，BLO都為1,，AHO，BHO都為O,，電機(jī)中也沒有電流流過,，同樣處于制動(dòng)狀態(tài)。其邏輯關(guān)系如表2所示,。

　　3．2 死區(qū)時(shí)間的考慮

　　在圖5中,，保證H橋上2個(gè)同側(cè)的MOS管(M1和M2，M3和M4)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要,。如果MOS管M1和M2(或M3和M4)同時(shí)導(dǎo)通,，那么電流就會(huì)從電源Vs正極穿過2個(gè)MOS管直接回到負(fù)極。此時(shí),，電路中除了MOS管外沒有其他任何負(fù)載,，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值(該電流僅受電源性能限制)，甚至燒壞MOS管,?；谏鲜鲈颍趯?shí)際驅(qū)動(dòng)電路中要使M1與M2或M3與M4在導(dǎo)通時(shí)間上有一個(gè)延遲,，也稱死區(qū)時(shí)間,。

 　　HIP4081留有HDEL和LDEL兩個(gè)端口(見圖4)，用戶通過外接電阻,，可根據(jù)實(shí)際電路工作情況,，自行定制死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間與HDEL／LDEL電阻的關(guān)系如圖6所示,。

　　3．3 效率的考慮

　　在圖5中,，決定驅(qū)動(dòng)電路效率的主要是以下3個(gè)因素：H1P4081的靜態(tài)功耗；Vcc電源的動(dòng)態(tài)功耗,；MOS管的I2R損耗,。

　　由于HIP4081是CMOS器件，第(1)項(xiàng)損耗很小,，可忽略不計(jì),，第(2)項(xiàng)損耗雖然大一些，但遠(yuǎn)小于(3)項(xiàng)(尤其是滿負(fù)荷輸出時(shí)),。而MOS管的I2R由其導(dǎo)通電阻決定,，因此選擇合適的M0s管組成H橋電路，可以減少(3)項(xiàng)損耗,。該電路選用N溝道HEXFET" title="HEXFET">HEXFETPower MOSFET IRFPP" title="IRFPP">IRFPP250N,，其導(dǎo)通電阻為O．075 Ω，降低了導(dǎo)通損耗,，提高了效率,。

　　3．4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的考慮

　　(1)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用厚膜混合集成技術(shù)設(shè)計(jì)，如圖7所示,，在具有高導(dǎo)熱率的AlN陶瓷基板上通過厚膜印燒工藝制作厚膜基板,，并通過基板金屬化與焊接技術(shù),，將ALN基板與金屬外殼進(jìn)行焊接，大大提高了電路的導(dǎo)熱能力和功率密度,。

　　(2)在圖7中,，產(chǎn)品內(nèi)部全部有源器件采用裸芯片，通過混合集成電路的二次集成工藝技術(shù),，將元器件,、ALN厚膜陶瓷基板以及金屬外殼組裝在一起。形成具有全密封金屬外殼,、外形尺寸為32 mm×32 mm×7 mm的雙列直插式厚膜混合集成產(chǎn)品,，大大縮小了體積，減少了產(chǎn)品內(nèi)部級(jí)連和焊點(diǎn),，提高了可靠性,。

　　4 結(jié) 語

　　這里設(shè)計(jì)的厚膜H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用表明：該電路不僅安全可靠地實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速,提高了驅(qū)動(dòng)電路和系統(tǒng)的可靠性，而且產(chǎn)品體積小,，導(dǎo)熱性能好,，效率高，能在惡劣的使用環(huán)境下安全工作,，適合軍,、民兩用。