H橋(H-Bridge),因外形與H相似故得名,常用于逆變器(DC-AC轉(zhuǎn)換,即直流變交流)。通過開關(guān)的開合,將直流電(來自電池等)逆變?yōu)槟硞€(gè)頻率或可變頻率的交流電,用于驅(qū)動交流電機(jī)(異步電機(jī)等)。
h橋用于直流電機(jī)工作原理
上圖中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿,而電機(jī)就是H中的橫杠(注意:圖只是示意圖,而不是完整的電路圖,其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來)。
H橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況,電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī),從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如,如下圖所示,當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí),電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī),然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示,該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí),電流將從左至右流過電機(jī),從而驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向)。
上圖所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況,電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí),電流將從右至左流過電機(jī),從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向)。
h橋用于逆變器工作原理
如上圖所示單相橋式逆變電路工作原理開關(guān)T1、T4閉合,T2、T3斷開:u0=Ud;開關(guān)T1、T4斷開,T2、T3閉合:u0=-Ud;當(dāng)以頻率fS交替切換開關(guān)T1、T4和T2、T3時(shí),則在負(fù)載電阻R上獲得交變電壓波形(正負(fù)交替的方波),其周期Ts=1/fS,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。
主電路開關(guān)T1~T4,它實(shí)際是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的一種理想模型。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)。
在實(shí)際運(yùn)用中,開關(guān)器件存在損耗:導(dǎo)通損耗(conductionlosses)和換相損耗(commutationlosses)和門極損耗(gatelosses)。其中門極損耗極小可忽略不計(jì),而導(dǎo)通損耗和換相損耗隨著開關(guān)頻率的增加而增加。
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