CN108599558A - 基于低压h桥的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于低压H桥的控制电路，包括负载、第一P型场效应管Q1、第二P型场效应管Q2、第一N型场效应管Q3、第二N型场效应管Q4、第一PNP型三极管Q5以及第二PNP型三极管Q6，其中四个场效应管组成一个H桥电路，两个PNP型三极管分别与两个P型场效应管相连。本发明通过在两个P型场效应管上加入两个PNP，控制场效应管栅极与源极之间的电压维持在较高的数值，使得电源端电压Vout的数值具有较大的范围，允许小电压的导通，从而给负载端一个较小的电压。

Description

基于低压H桥的控制电路
技术领域
本发明涉及控制电路技术领域，具体涉及一种基于低压H桥的控制电路。
背景技术
H桥是一个典型的直流电机控制电路，因为它的电路形状酷似字母H，故得名与“H桥”，其4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠。
现有技术中具有多种H桥电路，如图1所示方案一的H桥电路，它由2个P型场效应管Q1、Q2与2个N型场效应管Q3、Q3组成，所以它叫P-NMOS管H桥。桥臂上的4个场效应管相当于四个开关，P型管在栅极为低电平时导通，高电平时关闭； N型管在栅极为高电平时导通，低电平时关闭。场效应管是电压控制型元件，栅极通过的电流几乎为“零”。正因为这个特点，在连接好电路后，控制臂1置高电平 (U＝Vcc)、控制臂2置低电平(U＝0)时，Q1、Q4关闭，Q2、Q3导通，负载左端低电平，右端高电平；控制臂1置低电平、控制臂2置高电平时，Q2、Q3关闭，Q1、 Q4导通，负载左端高电平，右端低电平；控制臂1、2均为低电平时，Q1、Q2导通， Q3、Q4关闭，负载两端均为高电平；控制臂1、2均为高电平时，Q1、Q2关闭，Q3、 Q4导通，负载两端均为低电平。
如图2所示方案二的另一种用继电器搭建的H桥电路，它由2个NPN与2个继电器(双刀双掷)组成，当控制臂1为高电平、控制臂2为低电平时，继电器LS1 吸合，Vout加到负载上(2为正，1为负)；当控制臂2为高电平、控制臂1为低电平时，继电器LS2吸合，Vout加到负载上(1为正，2为负)；当控制臂1为低电平、控制臂2为低电平时，负载悬空；当控制臂1为高电平、控制臂2为低电平时，继电器LS1和LS2都吸合，短路(禁止这样操作)。
图1的技术方案中控制臂1和控制臂2的各有2种状态：高电平(一般为5v) 和低电平(GND)；对于一般应用场景来说，当Vout为5v、控制臂1为低电平时，对于Q1来说：Vgs＝-5v，一般的mos管都可以打开了，当Vout降低到0.1v左右时， Vgs＝-0.1v，此时Q1一定无法打开，该方案控制电压Vout的范围较为局限，对于小电压将无法导通。比如在变色控制器用于变色玻璃的变色控制中，在变色控制器中有用到H桥电路，因变色玻璃的特性需求，H桥的电源端电压范围：0-3v，如果H 桥的电源端电压比较小(比如0.1v)，则用图1所示的常规H桥将无法给负载端一个0.1v的电压。
图2的技术方案中继电器寿命比较短，切换过程中有噪音。
发明内容
为解决电源端电压过低造成的H桥无法导通，以及继电器寿命和噪音的问题技术问题，本发明提供一种基于低压H桥的控制电路，具体技术方案如下：
一种基于低压H桥的控制电路，包括负载、第一P型场效应管Q1、第二P型场效应管Q2、第一N型场效应管Q3、第二N型场效应管Q4、第一PNP型三极管Q5以及第二PNP型三极管Q6；
负载的第一端与第一P型场效应管Q1的漏极以及第一N型场效应管Q3的漏极相连，负载的第二端与第二P型场效应管Q2的漏极以及第二N型场效应管Q4的漏极相连；
第一P型场效应管Q1的栅极与第一PNP型三极管Q5的集电极以及第三电阻R3 的第一端相连，第三电阻R3的第二端与第一直流电源VCC的负端相连，第一P型场效应管Q1的源极与第二P型场效应管Q2的源极相连，连接点为电源端电压Vout的输出端；
第二P型场效应管Q2的栅极与第二PNP型三极管Q6的集电极以及第四电阻R4 的第一端相连，第四电阻R4的第二端与第二直流电源VCC的负端相连；
第一PNP型三极管Q5的发射极与第一直流电源VCC的正端相连，第一PNP型三极管Q5的基极为控制电路的第一控制输入端；
第二PNP型三极管Q6的发射极与第二直流电源VCC的正端相连，第二PNP型三极管Q6的基极为控制电路的第二控制输入端；
第一N型场效应管Q3的栅极为控制电路的第二控制输入端，第一N型场效应管 Q3的源极与第二N型场效应管Q4的源极相连，连接点接地；第二N型场效应管Q4 的栅极为控制电路的第一控制输入端。
优选地，所述电源端电压Vout的范围为0.1-5v。
优选地，所述第一直流电源VCC和第二直流电源VCC的数值为5v。
由以上技术方案可知，本发明通过在两个P型场效应管上加入两个PNP，控制场效应管栅极与源极之间的电压维持在较高的数值，使得电源端电压Vout的数值具有较大的范围，允许小电压的导通，从而给负载端一个较小的电压。
附图说明
图1为现有技术方案一的电路拓扑图；
图2为现有技术方案二的电路拓扑图；
图3为本发明的电路拓扑结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，在详细说明本发明各实施例的技术方案前，对所涉及的名词和术语进行解释说明，在本说明书中，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。
如图3所示，所述电路包括负载、第一P型场效应管Q1、第二P型场效应管Q2、第一N型场效应管Q3、第二N型场效应管Q4、第一PNP型三极管Q5以及第二PNP 型三极管Q6，其中Q1、Q2、Q3和Q4组成一个H桥电路，所述第一PNP型三极管Q5 和第二PNP型三极管Q6分别与两个P型场效应管相连。
所述负载的第一端与第一P型场效应管Q1的漏极以及第一N型场效应管Q3的漏极相连，负载的第二端与第二P型场效应管Q2的漏极以及第二N型场效应管Q4 的漏极相连。
第一P型场效应管Q1的栅极与第一PNP型三极管Q5的集电极以及第三电阻R3 的第一端相连，第三电阻R3的第二端与第一直流电源VCC的负端相连，第一P型场效应管Q1的源极与第二P型场效应管Q2的源极相连，连接点为电源端电压Vout的输出端。第二P型场效应管Q2的栅极与第二PNP型三极管Q6的集电极以及第四电阻R4的第一端相连，第四电阻R4的第二端与第二直流电源VCC的负端相连。
第一PNP型三极管Q5的发射极与第一直流电源VCC的正端相连，第一PNP型三极管Q5的基极为控制电路的第一控制输入端，本实施例中采用控制臂1，并连接有第一电阻R1。第二PNP型三极管Q6的发射极与第二直流电源VCC的正端相连，第二PNP型三极管Q6的基极为所述控制电路的第二控制输入端，本实施例中采用控制臂2，并连接有第二电阻R2。
第一N型场效应管Q3的栅极为所述直流电机控制电路的第二控制输入端，本实施例中采用控制臂2，并连接有第五电阻R5。第一N型场效应管Q3的源极与第二N 型场效应管Q4的源极相连，连接点接地；第二N型场效应管Q4的栅极为所述控制电路的第一控制输入端，本实施例中采用控制臂1，并连接有第六电阻R6。
所述第一直流电源VCC和第二直流电源VCC的数值为5v。
本发明可以用于变色控制器中，对变色玻璃进行变色控制，因变色玻璃的特性需求，H桥的电源端电压范围为0-3v，本实施例中，所述电源端电压Vout的范围为 0.1-5v，满足要求，解决了H桥电路无法导通小电压的问题。当第一控制输入端输入为高电平(5v)时，Q4导通，Q1的Vgs＝-5v-Vout＝-(5v+Vout)，所以即使Vout 为0时，Vgs也能使得Q1导通，Vout通过Q1和Q4给负载供电。同样当第二控制输入端为高电平时Q2和Q3同时导通，Vout通过Q2和Q3给负载供电。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于低压H桥的控制电路，其特征在于，包括负载、第一P型场效应管Q1、第二P型场效应管Q2、第一N型场效应管Q3、第二N型场效应管Q4、第一PNP型三极管Q5以及第二PNP型三极管Q6；
负载的第一端与第一P型场效应管Q1的漏极以及第一N型场效应管Q3的漏极相连，负载的第二端与第二P型场效应管Q2的漏极以及第二N型场效应管Q4的漏极相连；
第一P型场效应管Q1的栅极与第一PNP型三极管Q5的集电极以及第三电阻R3的第一端相连，第三电阻R3的第二端与第一直流电源VCC的负端相连，第一P型场效应管Q1的源极与第二P型场效应管Q2的源极相连，连接点为电源端电压Vout的输出端；
第二P型场效应管Q2的栅极与第二PNP型三极管Q6的集电极以及第四电阻R4的第一端相连，第四电阻R4的第二端与第二直流电源VCC的负端相连；
第一PNP型三极管Q5的发射极与第一直流电源VCC的正端相连，第一PNP型三极管Q5的基极为控制电路的第一控制输入端；
第二PNP型三极管Q6的发射极与第二直流电源VCC的正端相连，第二PNP型三极管Q6的基极为控制电路的第二控制输入端；
第一N型场效应管Q3的栅极为控制电路的第二控制输入端，第一N型场效应管Q3的源极与第二N型场效应管Q4的源极相连，连接点接地；第二N型场效应管Q4的栅极为控制电路的第一控制输入端。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电源端电压Vout的范围为0.1-5v。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一直流电源VCC和第二直流电源VCC的数值为5v。
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