高性能分立元件H桥驱动（非自举电容升压，没有IR21XX的缺点PWM可维持在100%）

vivalite · 发表于 2008-5-25 12:10:50

电路图--小：

(原文件名:H-Driver_Active_ORG_s.png)

电路图--大：

(原文件名:H-Driver_Active_ORG.png)

仿真工程：（Multisim10）
点击此处下载 ourdev_292474.zip(文件大小:839K) (原文件名:H-Driver_Active_ORG.zip)

本电路继承了前贴我发的那个48V驱动电路低成本、可靠的优点，将驱动烦琐的自举升压电路换成了主动升压电路，这样驱动部分的可靠性可进一步提高、也能在上桥上加PWM且PWM也能等于100%了。

下面是一些注意事项：
1）如果你的电机工作电压低于等于12V可能需要调整上桥臂晶体管的工作状态。
2）升压电容C7要使用低ESR的。
3）D5 D6如成本允许应使用快恢复型二极管如FR157。
4）C8最好使用CBB电容，成本不允许可使用独石电容。
5）主滤波电容C11 C12必须是高频低阻电容，否则纹波容易引起发烫。
6）C9 C10耐压应是电源的至少一倍。
7）注意布线！！！尤其是高频部分（参考IR的一系列布线文档）

jamiedu · 发表于 2008-5-26 15:22:17

做个记号。。

vivalite · 发表于 2008-5-27 08:04:38

再补充一点：这个电路运行时不需要先开下桥再开上桥。

nomoneyiv · 发表于 2008-5-27 08:43:23

你这个好像不可取，单纯的抬升了G极电压，而没有跟随S极的电压进行浮动。

会造成Vgs有大于12V的情况发生。

还不如你的第一版电路！

vivalite · 发表于 2008-5-27 10:09:53

【3楼】 nomoneyiv
-----------------
这个电路不会出现你说的Vgs大于12V的情况。（在板试验过，示波器看Vgs最高压实际是12V）

我们可以这样分析：
上桥D1H接到开通指令，对C3和MOS管GS电容充电，Vgs电压是逐步提高的。

当Vgh电压达到Vth后MOS电阻大幅减小，MOS管S级电压也会快速上浮到48V，而我们高压端的电压只是48+12=60V，在Vgh上的压差是60-48=12V，完全在Vgh承受范围内。

如果你注意观察我的前一版电路的话，我在上桥上用了一个电容升压电路。正常工作时Q2的发射极上加的永远是48+12=60V，唯一不同的是本电路是主动升压，前一个电路是被动升压。

被动升压的缺点是启动时电机转速很低，升压效率不高，上桥很有可能因供电不足加上大电流发热烧毁；在主动升压电路里就不存在这种问题。

kaif_w · 发表于 2008-5-27 10:15:07

好东西！！！做个记号。

tangfree · 发表于 2008-5-27 12:54:16

记号

xlxlab · 发表于 2008-5-27 13:39:12

楼主真牛

nomoneyiv · 发表于 2008-5-27 17:00:05

楼主，你那个555去掉，用MCU的一路闲置PWM驱动，也是可以吧！

----------------------------------------------------------

MCU驱动一个三极管，三极管来接电容负端

vivalite · 发表于 2008-5-27 17:31:19

【8楼】 nomoneyiv
楼主，你那个555去掉，用MCU的一路闲置PWM驱动，也是可以吧！
----------------------------
当然可以。

MCU驱动一个三极管，三极管来接电容负端
----------------------------
应该用图腾柱式驱动，2~3个管子

vivalite · 发表于 2008-5-27 19:33:40

重要更正：

刚发现由于Multisim的一个储存BUG，我在顶楼发的项目文件可能无法在Multisim里正常模拟，特此制作了一个修正版。

修正版里主要修正了XWG1、虚拟示波器等内容丢失的问题，尤其是XWG1的内容丢失会使4个MOS管同时打开，使电路仿真工作不正常或出错。

修正版还增强了主动升压电路的性能（由于疏忽，原电路升压部分使用的实为75%方波发生器，效率较低，现已改为效率最高的50%方波发生器）

完整项目文件下载：
点击此处下载 ourdev_294574.zip(文件大小:800K) (原文件名:修正后H桥驱动.zip)

主动升压部分增强前后对比图：

(原文件名:H-Driver_Active_ORG.png)

注：
减小R20可以提高升压频率。使用上桥输出PWM时升压部分的工作频率应大于等于PWM的工作频率才能保证电压充足(有一个折中办法可以既不用提高升压频率也也能保证上桥供给电压，但由于是某公司的专利我就不在这里提及了)。另当升压频率超过10KHZ时建议将C7换成无级性电容或高频电容。

vivalite · 发表于 2008-5-27 19:53:18

补充一个由MCU代替555的升压电路：

(原文件名:H-Driver_Active_ORG2.png)

由于三极管和二极管的压降缘故VM点电压应由原来的12V提高至14V。
MCU输出占空比需为50%才能保证电荷泵最佳升压效率。
如上桥不加PWM则MCU输出升压频率5KHZ足矣；上桥加PWM则MCU输出升压频率需至少为PWM频率。

项目文件：（略）

Orpheus · 发表于 2008-9-12 16:42:14

也要mark & 3Q的

edmondchao · 发表于 2008-9-27 21:23:11

mark

FlashNuk · 发表于 2008-9-28 00:13:28

好好学习，学习！

j805 · 发表于 2008-9-28 04:56:23

好好学习，学习！

zhuzi1441 · 发表于 2008-9-28 06:24:36

mark,thank you

plc_avr · 发表于 2008-9-28 07:55:41

这么好的贴子,不顶就太对不起楼主了!

shinehjx · 发表于 2008-9-28 08:16:52

谢谢版主！

请教为什么要在gs上并10n电容C1~C4，这样不会令PWM边缘变差吗？

cowboy · 发表于 2008-9-28 09:52:07

谢谢版主！

请教图中的电流支路会不会引发大电流使R2烧毁？

 (原文件名:1a7f38c9.JPG) 

lndlzwp · 发表于 2008-10-28 17:42:34

mark

crazyeda · 发表于 2008-10-28 19:58:59

请教若干问题

1、为什么Q3的控制信号从发射极注入而不是常规的基极注入，是为了提高开关速率吗

2、Q2截止时，是否可以理解Q15的作用类似一个快速泻放Q1栅极电荷的装置，并且泻放到0.7V为止（被C3保持着）

3、Q2导通时，Q15的基射被反偏，开门电压通过D1加到Q1的栅极，D2是为了在形成栅极控制电压的过程中栅压超限而设置的，是否理解正确

问题可能小白了点，多谢指教

哦对了，还有一个问题，一般你们都用什么型号的二极管做感性负载的泻放啊，靠场效应管里的那个寄生的会出问题吗（大电流时）

本贴被 crazyeda 编辑过,最后修改时间：2008-10-28,20:02:11.

caiyu · 发表于 2008-10-28 21:08:34

很专业，赞一个

antonine · 发表于 2008-11-9 01:41:29

mark

ever0601 · 发表于 2008-11-11 09:09:46

学习！

stephon1 · 发表于 2008-11-11 09:20:23

做个记号，研究一下

xiangzi110 · 发表于 2008-11-11 12:48:06

这个驱动电路最大输出频率多大，在占空比为0~99%都可行吗？

cowboy · 发表于 2008-11-11 14:12:01

占空比为0~99%都可调，楼主是用555产生辅助电压，不受占空比限制。

vivalite · 发表于 2008-11-13 14:34:46

只要你把散热做好了，长年累月100%占空比都行

vivalite · 发表于 2008-11-13 14:38:53

【20楼】 cowboy 

 

谢谢版主！ 

请教图中的电流支路会不会引发大电流使R2烧毁？ 

-------------------

这个电阻阻值需要配合频率计算的。如果计算不当确实会烧毁。

通常15K频率，75NF75管子用1/4W已经足够了

本贴被 vivalite 编辑过,最后修改时间：2008-11-13,14:39:54.

deepin · 发表于 2008-11-26 17:21:36

占个位置,有时间再看哈!!!

workhelper · 发表于 2008-12-2 09:46:41

这个推挽电路，自已也动手搭了一个：

 (原文件名:OUT.jpg) 

10Khz方波输入的输出波形

 (原文件名:10K.jpg) 

1M方波输入的输出波形

 (原文件名:1m.jpg) 

从示波器中可以看出，10K的波形正常（其实还是稍有点突变），1M就明显失真，当然电机控制不需1M，只是单纯讨论下推挽电路，为什么随频率升高失真会如此之大？

信号输入是从波形发生器输出，这个信号是方波没有问题

本贴被 workhelper 编辑过,最后修改时间：2008-12-02,09:51:10.

cowboy · 发表于 2008-12-2 11:37:27

【32楼】 workhelper,输出端并联个10nf的电容再看看!大功率FET的输入等效电容接近10nf.

zjh8112 · 发表于 2008-12-7 01:02:33

呵呵，比较专业了，但是还有地方可以改！管子栅极加一个几欧姆的小电阻，可以去掉你看不到的管芯的阻尼振荡！其他的值都挺合理的，如果允许，51欧也可以适当的再减小一点！

shinehjx · 发表于 2009-1-4 08:20:48

那位大哥帮扫下盲，14楼的问题，请教为什么要在gs上并10n电容C1~C4，这样不会令PWM边缘变差吗？IR21xx的典型应用没有这个电容

 (原文件名:gs cap.PNG) 

vivalite · 发表于 2009-1-6 14:13:32

35楼：

C1~C4的作用是：

1）吸收干扰

2）降低开通速度但关断速度基本维持不变（减小门级高频震荡同时也作为同步续流驱动的安全措施之一）

cowboy · 发表于 2009-1-6 14:45:00

还是不太懂，vivalite 能否再深入点

1）吸收干扰 --这个毫无疑问
2）降低开通速度但关断速度基本维持不变 -- 降低开通速度是否会加重MOS管的瞬态功率冲击？
     也作为同步续流驱动的安全措施之一 -- 还没了解什么是同步续流驱动

vivalite · 发表于 2009-1-8 07:42:59

降低开通速度降低dv/dt、减少耦合到对管门级上的电压，可避免极端情况下对管的误开启（极端情况指大功率电机缺相、突然卡死等）。
同步续流也有人叫同步整流，具体原理谢渊斌先生的文章有详细介绍。

cowboy · 发表于 2009-1-8 08:40:40

谢谢vivalite，按你的描述，降低开通速度，我暂时理解为权衡"极端情况下的安全性"与"正常情况下的开关损耗"之间取得最佳点，以后用到时再作深研。
原来同步续流和同步整流是同一回事，只不过是叫法不同而矣，明白了！

snglnc · 发表于 2009-1-8 09:46:05

mark

mingyuexin1981 · 发表于 2009-1-8 10:30:15

很经典的帖子~~

huike_h · 发表于 2009-1-8 13:36:25

MARK！

shinehjx · 发表于 2009-1-8 14:21:48

感谢楼主

cgbabc · 发表于 2009-3-23 15:09:43

不错不错,支持一个

yuqi · 发表于 2009-3-25 11:25:30

good, mark.

donxin1994 · 发表于 2009-4-3 15:12:16

vivalite
您好，我还是一个菜鸟，有一个问题向您请教一下：
为什么要在P75NF75前加一个51欧姆的电阻呀？有什么作用？

sunmeng · 发表于 2009-4-5 02:36:31

我想问一下，如果驱动电压是36v，电路该做什么相应的修改？

sunmeng · 发表于 2009-4-6 20:22:14

那个ZPD15能用1n4744代替么？

vivalite · 发表于 2009-4-8 09:00:31

46楼：限流用的，防止开通速度过快造成Vds振铃进而Vds超压雪崩击穿
47楼：基本不用改
48楼：一般都用1N4744，我画ZPD15是想突出是15V稳压管

sunmeng · 发表于 2009-4-12 17:07:34

按照更新以后那个升压电路焊好以后555输出的频率在61Hz左右，对么？

sunmeng · 发表于 2009-4-12 17:40:07

按照更新以后那个升压电路焊好以后555输出的频率在61kHz左右，对么？
如果在上桥加pwm的接单片机的四个引脚的逻辑是什么样的？先全部置低，然后H1 输出pwm L2置高，再全部置低，然后H2 输出pwm L1置高？
如果让电机停转，是把H1 H2置低L1 L2置高么？

seckuola · 发表于 2009-4-12 19:32:38

记号！！！

vivalite · 发表于 2009-4-13 04:27:05

升压用的频率主要看你的PWM频率和切换频率。如果你是用上管做斩波的这个频率不能太低，如果仅仅是上管输出对应的开通状态就不需要太高的频率，10几K就可以了。

注意这种推动电路置低是开通，置高是关闭，全部置低就是上下桥短路，可以看烟火了。

开机D1H/L D2H/L全部置高电位
电机转向1：D1H低 D2L低（其他高）
电机转向2：D1L低 D2H低（其他高）
再生制动：D1L D2L 同时输出从0%-90%的逐步上升PWM（其他高）-- 其实就是逐步短路电机，利用再生电能刹车。

sunmeng · 发表于 2009-4-13 17:26:27

现在明白了，幸好用的开关电源有保护，不过最后还是有两个管子放烟火了。

PWM频率用的是15.686kHz.

要是急停和快速换向的话还有什么需要注意的么？

vivalite · 发表于 2009-4-14 05:41:10

急停电流很大，要限流。用反转的方式产生反向力矩来刹车，PWM从0开始起调，同时检测电流，将电流控制在功率管的安全范围内就行。

sunmeng · 发表于 2009-4-14 13:36:04

电机是55W的36V，一个板子驱动一个电机，总共六个电机共同驱动。

用的是单片机控制，电源是从36v转换到12v再转换到5v供单片机用，我想问一下这个电路还需要把单片机单独供电、光耦隔离么？

要是加限流，那采样电阻应该加在什么地方呢？Q7,Q10接地那个地方么？

sunmeng · 发表于 2009-4-14 13:40:05

上次用的是继电器换向一个MOS管做调速，直接与单片机连接的，只要一快速换向单片机就挂掉了，怀疑是电机对它的干扰，最后加了光隔就没有问题了。

lmn2003 · 发表于 2009-4-14 21:20:07

请教楼主或哪位兄弟:我按楼主的电路图接了一个实验电路.用来控制一个DC18V的电机.只要正转,反转,和停止.不需要调速.所以没用PWM.4个输入端接的都是稳定的高电平(电源5V)或低电平(0V电源地).没接电机时,万用表测的电压是接近于VS18V电压.(因为电机是18V,所以不同于图上的VS48V),但一接上电机,电压就下降到12V左右.且上桥臂MOS管发热严重.(感觉是上臂MOS管未完全导通).测上臂MOS管VGS电压有5V的.不知问题在哪里!

gtembeded · 发表于 2009-4-14 23:29:08

做记号

flyerhacker · 发表于 2009-4-15 09:21:35

这个电路我做过，特性相当不错

vivalite · 发表于 2009-4-15 10:18:23

电机是55W的36V，一个板子驱动一个电机，总共六个电机共同驱动。

用的是单片机控制，电源是从36v转换到12v再转换到5v供单片机用，我想问一下这个电路还需要把单片机单独供电、光耦隔离么？

要是加限流，那采样电阻应该加在什么地方呢？Q7,Q10接地那个地方么？

上次用的是继电器换向一个MOS管做调速，直接与单片机连接的，只要一快速换向单片机就挂掉了，怀疑是电机对它的干扰，最后加了光隔就没有问题了。

------------------------
不用光隔。要采样就在Q7 Q10接地的地方。
继电器释放时有反冲电压要用二极管释放，否则会打坏单片机。

vivalite · 发表于 2009-4-15 10:22:33

请教楼主或哪位兄弟:我按楼主的电路图接了一个实验电路.用来控制一个DC18V的电机.只要正转,反转, 和停止.不需要调速.所以没用PWM.4个输入端接的都是稳定的高电平(电源5V)或低电平(0V电源地).没接电机时,万用表测的电压是接近于 VS18V电压.(因为电机是18V,所以不同于图上的VS48V),但一接上电机,电压就下降到12V左右.且上桥臂MOS管发热严重.(感觉是上臂 MOS管未完全导通).测上臂MOS管VGS电压有5V的.不知问题在哪里!
--------------

VGS 5V很不正常确定你的电路没错？！

lmn2003 · 发表于 2009-4-15 15:50:28

请问vivalite老师,您的电路中的假设PWM为50%,那实际加到电机上的平均电压就是48*50%=24V了? 这个电路可以用在不要PWM场合吗,就是D1H和D2L同时接低电平(此时D1L和D2H同时高电平)或者相反的情况?我用的电机18V,我直接就用18V的电源供电了,看您的标题是PWM可维持在100%

lmn2003 · 发表于 2009-4-15 16:15:46

问题找出来了.还是升压电路的问题,那个NE555芯片的电源我接到了5V上面,直接接到电机电源的18V上,升压又抬高了,Q1的Vgs也达到了10V以上.现在MOS管的发热正常了,谢谢vivalite老师

vivalite · 发表于 2009-4-16 02:39:50

我没有说50%的方波是PWM，555输出的50%方波是用来升压的，和驱动电机的PWM无关（驱动电机的PWM可以从0%-100%）

sunmeng · 发表于 2009-5-6 19:34:18

调试的时候烧了好几个555，找了找原因，是接了12v接了36v没有接地，最后在12v上加了个二极管，解决了。可是电压只有11.5v左右，这个电压低么？

sunmeng · 发表于 2009-5-6 19:36:05

如果只用一个48v供电，那12v该怎么提供呀？

vivalite · 发表于 2009-5-7 12:56:49

用降压电路降压就有12V了
LM317...开关电源等等均可

lovehebut · 发表于 2009-5-10 01:21:43

vivalite 老师：您好，能给扫个盲吗？就是PWM波连接到了电容的负极那里，是怎么实现电压48V与12V叠加的呢~~这种接法以前没有见过，还望您能给讲解一下

vivalite · 发表于 2009-5-11 02:35:30

这是叠波升压，又叫电荷泵。在高压小电流应用里很普遍（如高压电棒、电蚊器等）。

就是先把直流电转为交流电，再用电容和二极管载波的方式让电压叠加，再整流成直流来，自然电压就升高了。

155107149 · 发表于 2009-5-11 09:00:02

mark

sunmeng · 发表于 2009-5-14 19:31:32

vivalite 老师:有个问题，lm555老是烧，查了半天原来是接了12v接了36v没有接地给击穿了，最后加了一个二极管解决了。可是有时候还是烧，是什么原因呀？

sunmeng · 发表于 2009-5-14 20:18:33

还有，要是用lm317降压，他的耐压是40v，48v是不是不能用呀？

vivalite · 发表于 2009-5-15 01:02:49

输入端用大功率电阻分压就行了
如果觉得效率低的话用开关电源降压

sam_gg · 发表于 2009-6-1 09:35:31

好贴,顶!

caixiong · 发表于 2009-6-9 12:09:05

mack

kaiger · 发表于 2009-6-28 23:07:41

MARK

flyerhacker · 发表于 2009-7-20 10:23:27

支持

jiercathy · 发表于 2009-7-21 16:26:30

请教：vivalite
我用这个电路555主动升压的H桥驱动搭了板子，电机电源使用18V，555电源12V，目前下桥mos开通可是受到PWM控制，但是上桥却一直开通状态。PWM占空比10%，频率4.032k，上桥1H和2L是通过两路不同端口，同相的PWM。
请帮我分析一下：
为何上桥一直是在开通状态？
曾采用以下措施，仍然没有效果：
1、降低PWM频率至1.000k；
2、降低R17、R15至1k，后又降低到510欧
另外，还有一点疑问，C8后的提升电压不是很稳，而且上升过程不是很快。
求助！！
各位大虾！
见贴请帮忙！

ksf2009 · 发表于 2009-7-27 10:22:50

mark

dengxiaofeng · 发表于 2009-7-27 21:17:26

呵呵，讲得不错，收藏！！1

vivalite · 发表于 2009-7-28 11:59:00

【79楼】 jiercathy

检查你的电路和驱动逻辑。上桥三极管不要搞错。负载一定要接，动力电源调试时可以采取小电流稳压电源以防烧管

weifeng99 · 发表于 2009-7-30 08:40:20

mark！

ivws · 发表于 2009-7-30 09:20:18

能不能搞到300V 的高电压。。。

capron · 发表于 2009-7-30 15:24:41

vivalite 您好！

请问电机12V驱动电压，这个电路要怎么改才良好工作呢？谢谢！

davidfang23 · 发表于 2009-7-30 21:54:07

vivalite兄,对电荷泵部分有个问题,估算了下,电荷泵输出电流大致在10MA左右,今天单独按图搭了一个,电源电压是12V(555电压为5V),空载时大概在13.9V,带了10K负载,结果就只有10.XXV了,输出电流只有1MA左右,这是为什么啊?
如果带不了10MA电流的负载,那么这个电路的上部MOS就不能工作.

vivalite · 发表于 2009-8-4 06:24:53

楼上，图后来在11楼改正过，不知道你用的是哪个版本。1楼的555参数计算是有错误的。
电荷泵输出电流不高，可以在输出段接电容储能解决。

firs_avr · 发表于 2009-8-6 11:10:29

支持

blueness · 发表于 2009-8-6 16:38:02

经典好文，不顶对不起楼主啊

master5888 · 发表于 2009-8-6 18:51:02

记号

ggyyll8683 · 发表于 2009-8-6 20:16:18

mark!!!

davidfang23 · 发表于 2009-8-6 20:17:40

已经实验成功,没有采用11楼增强电路,那个用555做施密特触发器构成的电路产生的方波占空比是67%,非常奇怪.还是采用了1楼电路,不过555电路中的元件参数有变,R19=470R,R20=4.7K,C6=1nF,产生110KHZ左右50%占空比的方波,同时,自举电容C7和滤波电容C8改为1uF就可以带10MA左右的负载,输出电压可以达到10V以上.
这两天查了很多电荷泵的资料,对其负载能力影响最大的就是振荡频率和自举电容,可以合理搭配两者以取得自己需要的负载能力.

yzzb2006 · 发表于 2009-8-6 22:49:45

mark

beilei19861127 · 发表于 2009-8-7 09:41:10

顶好贴！！！

totoko163 · 发表于 2009-8-11 10:54:40

af00 · 发表于 2009-8-11 12:19:56

再顶

weifeng99 · 发表于 2009-8-16 12:19:28

MARK!

haoning212 · 发表于 2009-8-27 15:12:02

mark

shao1jun · 发表于 2009-9-17 18:16:08

采用了楼主的电路，很是感谢，我们产品的电机是DC100V，所以主回路换了几个三极管。工作情况良好，Vgs电压用万用表测是8.6V，NMOS用的是IRF840，示波器看下来电机电流电压都很好，所以特来感谢。主要还想问下楼主说的布线参考IR的资料，我没看到什么布线规格啊，请指教，有资料的话请发我 shao1jun@qq.com

shao1jun · 发表于 2009-9-17 19:11:35

顺变说下我用的是1楼的电路，所以电压Vgs=8.6V，可以用11楼电路或者提高R16及R18来提高驱动电压，但也提高不了多少。八点几伏应该可以了吧。

高性能分立元件H桥驱动（非自举电容升压，没有IR21XX的缺点PWM可维持在100%）

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