步进机电H桥驱动电路设想阐发-KIA MOS管

H桥功率驱动电路可利用于步进机电、交换机电及直流机电等的驱动。

永磁步进机电或夹杂式步进机电的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也便是说绕组偶然需正向电流，偶然需反向电流，如许绕组电源需用H桥驱动。本文以两相夹杂式步进机电驱动器为例来设想H桥驱动电路。

电路事理

图1给出了H桥驱动电路与步进机电AB相绕组毗连的电路框图。

4个开关K1和K4，K2和K3分别受节制旌旗灯号a，b的节制，当节制旌旗灯号使开关K1，K4合上，K2，K3断开时，电流在线圈中的流向如图1(a)，当节制旌旗灯号使开关K2，K3合上，K1，K4断开时，电流在线圈中的流向如图1(b)所示。

4个二极管VD1，VD2，VD3，VD4为续流二极管，它们所起的感化是：

以图1(a)为例，当K1，K4开关受节制由闭合转向断开时，因为此时线圈绕组AB上的电流不能渐变，仍需按原电流标的目的活动(即A→B)，此时由VD3，VD2来供给回路。

是以，电流在K1，K4关断的刹时由地→VD3→线圈绕组AB→VD2→电源+Vs构成续流回路。

同理，在图1(b)中，当开关K2，K3关断的刹时，由二极管VD4，VD1供给线圈绕组的续流，电流回路为地→VD4→线圈绕组BA→VD1→电源+Vs。

步进机电驱动器中，完成上述开关功效的元件在现实电路中常接纳功率MOSFET管。

由步进机电H桥驱动电路事理可知，电流在绕组中活动是两个完整相反的标的目的。鞭策级的旌旗灯号逻辑应使对角线晶体管不能同时导通，以避免形成凹凸压管的纵贯。

别的，步进机电的绕组是理性负载，在通电时，跟着机电运转频次的降落，而过渡的时辰常稳定，使得绕组电流还没来得及到达稳态值又被堵截，均匀电流变小，输入力矩降落，当驱动频次高到必然的时辰将发生堵转或失步景象。

是以，步进机电的驱动除机电的设想尽可能地削减绕组电感量外，还要对驱动电源接纳办法，也便是进步导通相电流的前后沿陡度以进步机电运转的机能。

步进机电的缺点是高频着力缺乏，低频振荡，步进机电的机能除机电本身固有的机能外，驱动器的驱动电源也间接影响机电的特征。要想改良步进机电的频次特征，就必须进步电源电压。

电路设想

图2给出了驱动器AB相线圈功率驱动局部事理图。

选用的功率MOSFET元件是IRFP460，其，ID=20A，VDss= 500 V，RDS(ON)=0.27Ω。

在图2中，功率MOSFET管VT1，VT2，VT3，VT4和续流二极管 VD11，VD19，VD14，VD22相称于图1中的K1，K2，K3，K4和VD1，VD2，VD3，VD4。

功率MOSFET管的节制旌旗灯号是由TTL逻辑电平a，a，b，b来供给的，此中a与a，b与b在逻辑上互反。

a.驱动电流前后沿的改良

从步进机电的运转特征阐发中晓得，机能较高的驱动器都请求供给的电流前后沿要陡，以便改良机电的高频呼应。

本驱动器中因为功率MOSFET管栅极电容的存在，对该管的驱动电流现实表现为对栅极电容的充、放电。

极间电容越大，在开关驱动中所需的驱动电流也越大，为使开关波形具备充足的回升和降落陡度，驱动电流要具备较大的数值。

若是间接用集电极开路的器件如SN7407驱动功率MOSFET管，则电路在MOSFET管带理性负载时，回升时辰太长，会形成静态消耗增大。

为改良功率MOSFET管的疾速守旧时辰，同时也削减在前级门电路上的功耗，接纳图2虚线框内的左下臂驱动电路。

集电极开路器件U14是将TTL电平转换成CMOS电平的缓冲/驱动器，当U14输入低电日常平凡，功率MOSFET管VT2的栅极电容经由进程1N4148被短路至地，这时候U14接收电流的才能受U14外部导通管所许可经由进程的电流限定。

而当U14输入为高电日常平凡，VT2管的栅极经由进程晶体管V3取得电压和电流，充电才能进步，因此守旧速率加速。

b.掩护功效

图2虚线框中，1N4744是栅源间的过压掩护齐纳二极管，其稳压值为15 V。因为，功率MOSFET管栅源间的阻抗很高，故任务于开关状况下的漏源间电压的渐变会经由进程极间电容耦合到栅极而发生相称幅度的VCS脉冲电压。

这一电压会引发栅源击穿形成管子的永远破坏，若是是正标的目的的VCS脉冲电压，固然达不到破坏器件的水平，但会致使器件的误导通。

为此，要恰当降落栅极驱动电路的阻抗，在栅源之间并接阻尼电阻或接一个稳压值小于20 V而又靠近20V的齐纳二极管1N4744，避免栅源开路任务。

功率MOSFET管有内接的快规复二极管。当不接VD11，VD12，VD13，VD14时，假设此时机电AB相绕组由VT1管(和VT4管)驱动，即VT2管(和VB)停止，VT1管(和VT4管)导通，电流经VT1管流过绕组。

当下一个节制旌旗灯号使VT1管关断时，负载绕组的续流电流经VT2的内接快规复二极管从地获得。此时，VT2管的漏源电压便是该快规复二极管的通态压降，为一很小的负值。

当VT1再次导通时，该快规复二极管关断，VT2的漏源电压敏捷回升，直至靠近于正电源的电压+VS，这象征着VT2漏源间要蒙受很高且边沿很陡的回升电压，该回升电压反向加在VT2管内的快规复二极管两头，会使快规复二极管呈现规复效应，即有一个很大的电流流过加有反向电压的快规复二极管。

为了按捺VT2管内的快规复二极管呈现这类反向规复效应，在图2电路中接入了VD11，VD12，VD13，VD14。

此中，反并联快规复二极管VD11，VD14的感化是为机电AB相绕组供给续畅通路，VD12，VD13是为了使功率MOSFET管VT1，VT2外部的快规复二极管不流过反向电流，以保障VT1，VT2在静态任务时能起一般的开关感化。VD19，VD20，VD21，VD22的感化亦是一样的事理。

对图2电路的阐发可知，旌旗灯号a=1，b=1的环境是不许可存在的，不然将因同时导通从而使电源间连续到地形胜利率管的破坏;

别的，按照步进机电运转脉冲分派的请求，VT1，VT2，VT3，VT4常常处于瓜代任务状况，因为晶体管的关断进程中有一段存储时辰和电流降落时辰，总称关断时辰，在这段时辰内，晶体管并没完整关断。

若在此时代，另外一个晶体管导通，则形成上、下两管纵贯而使电源短路，烧坏晶体管或其余元器件。

为了避免这类环境，可接纳另加逻辑延时电路，以使H桥电路上、下两管瓜代导通时可发生一个“死区时辰”，先关后开，避免上、下两管纵贯景象。

本驱动器电源驱动局部线路简略，经由进程对电流前后沿的公道设想，降落了开关消耗，改良了机电的高频特征，并具备多种掩护功效，现实利用中结果杰出。

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