H橋

　　H橋是一種電子電路，可使其連接的負載或輸出端兩端電壓反相/電流反向。這類電路可用于機器人及其它實作場合中直流電動機的順反向控制及轉(zhuǎn)速控制、步進電機控制（雙極型步進電機還必須要包含兩個H橋的電機控制器）[1]，電能變換中的大部分直流-交流變換器（如逆變器及變頻器）、部分直流-直流變換器（推挽式變換器）等[2]，以及其它的功率電子裝置。

　　H橋電路，既可以分立元器件形式搭建，也可以整合到集成電路上。[1]“H橋”的名稱起源于其電路的形狀：兩個并聯(lián)支路和一個負載接入/電路輸出支路，看上去構(gòu)成了形如“H”字母的電路結(jié)構(gòu)。

工作原理

作為直流電動機驅(qū)動器

　　在一個H橋中有四個開關(guān)（S1~S4）。如H橋電路圖（圖2）所示，當開關(guān)S1和S4閉合，S2和S3斷開時，中間橋接的直流電動機兩端加上正向電壓，{\displaystyle V_{M}=V_{\text{in}}}{\displaystyle V_{M}=V_{\text{in}}}，電動機M正轉(zhuǎn)工作；當開關(guān)S1和S4斷開，S2和S3閉合時，{\displaystyle V_{M}=-V_{\text{in}}}{\displaystyle V_{M}=-V_{\text{in}}}，電動機兩端電壓反相，電動機M反轉(zhuǎn)工作。H橋也可以使運轉(zhuǎn)中的電動機停轉(zhuǎn)：在電動機運轉(zhuǎn)時，將S1和S3閉合或?qū)2和S4閉合（即短接電動機兩端），則電動機被剎停；將H橋的全部開關(guān)斷開，則電動機自由停轉(zhuǎn)。

　　在這個電路的正常工作情況下，一個并聯(lián)支路側(cè)的開關(guān)S1和S2不可以同時閉合，同樣另一側(cè)支路的開關(guān)S3和S4也是如此。如果某一側(cè)支路的開關(guān)同時閉合，會將供電電源的正負兩極短路。這個狀態(tài)稱為短路直通。短路直通狀態(tài)通常會對電源與開關(guān)器件造成危險。

　　下表是H橋的工作狀態(tài)表，其中以"1"代表開關(guān)接通，"0"代表開關(guān)斷路：

• 　　注：以下的“電動機”均指直流電動機

• 　　注：短路直通狀態(tài)通常被視為不允許的狀態(tài)，要避免這些狀態(tài)發(fā)生。

　　S1 S2 S3 S4工作狀態(tài)

　　1 0 0 1電動機正向（反向）轉(zhuǎn)動

　　0 1 1 0電動機反向（正向）轉(zhuǎn)動

　　0 0 0 0電動機自由停止

　　0 1 0 1電動機剎停

　　1 0 1 0電動機剎停

　　1 1 0 0短路直通*危險*

　　0 0 1 1短路直通*危險*

　　1 1 1 1短路直通*危險*

作為逆變器驅(qū)動器

　　當以頻率{\displaystyle f_{s}}f_{s}交替切換開關(guān)S1、S4和S2、S3時，即可在負載M上獲得正負交替的方波波形，其周期{\displaystyle T_{s}={\frac{1}{f_{s}}}}{\displaystyle T_{s}={\frac{1}{f_{s}}}}。這樣，就將直流電壓E變成了交流電壓uo。uo含有各次諧波，如果想得到正弦波電壓，則可通過濾波器濾波獲得[不合邏輯]。

　　電路中的四個開關(guān)可以是機械式開關(guān)，也可以是各種半導(dǎo)體固態(tài)器件。逆變電路中常用的開關(guān)器件有快速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率晶體管（GTR）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵晶體管（IGBT）等。在實際運用中，開關(guān)器件存在損耗：導(dǎo)通損耗（conduction losses），換相損耗（commutation losses）和門極損耗（gate losses）。其中門極損耗極小可忽略不計，而導(dǎo)通損耗和換相損耗隨著開關(guān)頻率的增加而增加。

　　三相橋式（可控）整流電路/逆變電路的工作原理和H橋類似：兩者都是通過開關(guān)器件的通斷狀態(tài)的改變來實現(xiàn)電能變換。但嚴格來說它們并不完全屬于H橋的范圍。

工作方式

　　H橋的控制主要分為近似方波控制和脈沖寬度調(diào)制（PWM）和級聯(lián)多電平控制。

近似方波控制

　　近似方波控制即quasi-square-wave-control,輸出波形比正負交替方波多了一個零電平（3-level），諧波大為減少。優(yōu)點是開關(guān)頻率較低，缺點是諧波成分高，需要濾波器的成本大。

脈沖寬度調(diào)制

　　脈沖寬度調(diào)制即Pulse width modulation,分為單極性和雙極性pwm.隨著開關(guān)頻率的升高，輸出電壓電流波形趨于正弦，諧波成分減小，但是高開關(guān)頻率帶來一系列問題：開關(guān)損耗大，電機絕緣壓力大，發(fā)熱等等。

級聯(lián)多電平控制

　　級聯(lián)多電平控制即multi-level inverter，采用級聯(lián)H橋的方式，使得在同等開關(guān)頻率下諧波失真降到最小，甚至不需要用濾波器，獲得良好的近似正弦輸出波形。

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