用PMOS跟NMOS做H桥控制直流电机的正反转

CHANBAEK 2022-11-11 5993

描述

大家好，今天讲解用PMOS跟NMOS做H桥控制直流电机的正反转。

我们先来看一个简单的由机械开关组成的电路，如下图：

NMOS

四个开关ABCD这样子接，一个直流电机横接在中间，上边AB开关一端接电源正极，下边CD开关一端接电源负极。

这样的一个电路就可以控制直流电机的正反转。如果AD开关同时闭合，BC开关同时断开，那么电源正极的电流就会流过A开关，流过电机，再流过D开关，然后回到电源负极，这就产生了一条电流回路，电机就会旋转，我们姑且记为正转，电流回路如下图：

NMOS

如果AD开关同时断开，BC开关同时闭合，那么电源正极的电流就会流过B开关，流过电机，再流过C开关，然后回到电源负极，这就又产生了一条电流回路，电机也会旋转，这时候的转动方向就跟刚才相反了，这就实现了对电机的正反转控制。电机反转的电流回路如下图：

NMOS

这样的电路看起来像不像一个大写的英文字母H，中间的直流电机像一座桥一样架在桥臂的两边，所以我们就把这样的驱动电路叫作H桥。

我们知道三极管和MOS管都可以当作开关来用，所以我们就可以用三极管或者MOS管来代替这些机械开关，做成一个由电子开关组成的H桥。

NMOS

MOS管都可以当作开关来用，所以我们就可以用三极管或者MOS管来代替这些机械开关，做成一个由电子开关组成的H桥。

讲一下由MOS管组成的H桥，看到电路图：

NMOS

两个PMOS接在上边作为上桥臂，两个NMOS接在下边作为下桥臂，经过上一期教程的学习我们知道，要想让PMOS导通，那么PMOS栅极的电压就要低于源极的电压，而且栅源之间的电压要低于开启电压。由于这个PMOS的源极接了电源正极，所以我们只要将它的栅极接地，拉低到0V或者接近于0V，那么就足以让它完全导通了。下桥臂的NMOS源极接地，要让它导通，那么栅极给的电压就要大于源极的电压，而且要大于开启电压，用一般常见的MOS管，给到10V左右就能完全导通了。

所以，这个由MOS管组成的H桥它的控制逻辑是这样的：

NMOS

左上角这个PMOS给0V，右下角这个NMOS给10V，这样形成电流通路电机就能转动起来了，假设现在电机是正转。

NMOS

右上角的PMOS给0V，左下角的NMOS给10V，同样形成电流通路，电机的转动方向就与刚才相反了。

如果是这样控制的话就得占用单片机或者遥控模块4个端口，有点浪费IO口，而且单片机IO口的电平一般是3.3V或者5V，不足以使NMOS完全导通，那么我们把电路改成下图这样：

NMOS

将PMOS和NMOS的栅极接到一起，然后接个100K的电阻上拉到电源，再用一个NPN三极管来控制它们的栅极，这样就可以将这个H桥控制引脚简化为两个，而且可以用3.3V或者5V的单片机来控制。

NMOS

它的原理是这样的：左边的三极管给高电平，右边的三极管给低电平，那么左边的三极管导通，两个MOS管的栅极就会被拉低接地，接近于0V，此时PMOS导通，NMOS关闭。右边的三极管给低电平截止不通，此时两个MOS管的栅极得到的是接近于电源的电压，这时PMOS关闭，NMOS导通，对角的两个MOS导通了，那么就有电流流过电机，电机就转动起来了。

同样的道理，当左边的三极管给低电平，右边的三极管给高电平，那么电机就会反转了。

NMOS

如果左右两边的三极管都给低电平，那么是底下的两个NMOS导通。

如果左右两边的三极管都给高电平，那么是上边的两个PMOS导通。

用MOS管或者三极管搭H桥驱动电路一定要注意，千万不要让同侧的管子同时导通，同侧的管子同时导通相当于直接将电源的正负短接，轻则烧MOS，重则烧电源，很危险的。

NMOS

最后来讲讲这个H桥为什么上桥臂要用PMOS，下臂要用NMOS，简单来说就是这样做好控制。如果上下臂全都用NMOS的话，由于漏极接电源正极，而源极的电压是不固定的，这就无法确定控制NMOS导通的栅极电压，因为源极对地的电压有两种状态，当这个NMOS截止时为低电平，而导通时又接近于电源电压，这样上桥臂的NMOS就没办法正常工作了。

NMOS