H桥

H桥可以作为集成电路使用，也可以由分立元件构成。^[1]

术语“H桥”源自这种电路的典型图形表示。H桥由四个开关(固态或机械式)组成。当开关S1和S4(根据第一个图)闭合(S2和S3断开)时，电机两端将被施加正电压。通过打开S1和S4开关，关闭S2和S3开关，该电压方向变为反向，从而使电机反向运行。

保持上述术语表示，开关S1和S2决不能同时闭合，因为这会导致输入电压源短路。这同样适用于开关S3和S4。这种情况被称为击穿。

H桥装置通常用于反转电机的极性/方向，但也可用于“制动”电机，当电机端子短路时电机突然停止运行，或者当电机与电路有效断开时让电机“自由运行”至停止。下表总结了操作，S1-S4对应于上图。

L298双H桥电机驱动器

3.1 继电器

构建H桥的一种方法是使用继电器板上的继电器阵列。^[1]

“双极双掷”(DPDT)继电器通常可以实现与H桥相同的电气功能(考虑到设备的通常功能)。然而，在需要较小的物理尺寸、高速开关或低驱动电压(或低驱动功率)或不希望机械部件磨损的情况下，基于半导体的H桥将优于继电器。

另一种选择是用一个DPDT继电器来设定电流方向，用一个晶体管来启动电流。这可以延长继电器的寿命，因为当晶体管关闭时继电器将被切换，因此没有电流流动。它还允许使用脉宽调制开关来控制电流水平。

3.2 N和P沟道半导体

固态H桥通常使用相反极性的器件构建，例如连接到高压总线的PNP双极结型晶体管(BJT)或P沟道MOSFET以及连接到低压总线的NPN BJTs或N沟道MOSFET。

3.3 纯沟道半导体

最有效的金属氧化物半导体场效应晶体管设计在高边和低边都使用了N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，因为它们的导通电阻通常是P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的三分之一。这需要更复杂的设计，因为高端MOSFETs的栅极必须相对于DC供电轨被正向驱动。许多集成电路场效应晶体管栅极驱动器在器件中包含了电荷泵来实现这一点。

或者，开关模式电源DC-DC转换器可用于向栅极驱动电路提供隔离(“浮动”)电源。多输出反激式转换器非常适合这种应用。

驱动场效应晶体管电桥的另一种方法是使用一种被称为GDT(栅极驱动变压器)的专用变压器，它提供隔离输出来驱动上部场效应晶体管栅极。变压器铁芯通常为铁氧体环形，匝数比为1:1或4:9。然而，这种方法只能用于高频信号。变压器的设计也非常重要，因为漏电感应该最小化，否则可能会发生交叉传导。变压器的输出通常由齐纳二极管钳位，因为高电压尖峰会破坏场效应晶体管栅极。

3.4 变体

H桥电路的一个常见变化是仅在负载一侧使用两个晶体管，类似于AB类放大器。这种配置被称为“半桥”。^[2] 半桥用于一些使用同步整流器的开关电源和开关放大器。半桥类型通常缩写为“半H”，以区别于全H桥。另一种常见的变化是，在桥上增加第三个“支路”，形成一个三相逆变器。三相逆变器是任何交流电机驱动的核心。

另一种变体是半控电桥，其中电桥一侧的低边开关器件和电桥另一侧的高边开关器件均由二极管代替。这消除了直通故障模式，通常用于驱动不需要双向电流的可变或开关磁阻电机和执行器。

3.5 商业可用性

市面上有许多廉价的单桥和双桥封装，其中L293x系列是最常见的。很少有像L9110，^[3] 这样的封装内置反激式二极管来进行反电动势保护。

电桥的一个常见用途是逆变器。这种布置有时被称为单相桥式逆变器。

带有DC电源的电桥会在负载上产生方波电压波形。对于纯电感负载，电流波形将是三角波，其峰值取决于电感、开关频率和输入电压。