H橋

H橋是一個典型的直流電機控制電路，因為它的電路形狀酷似字母H，故得名與“H橋”。4個三極體組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫槓（注意：圖中只是簡略示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極體的驅動電路沒有畫出來）。

基本介紹

• 中文名：H橋
• 外文名：H-Bridge
• 常用於：逆變器
• 類型：直流電機控制電路
• 控制方式：近似方波控制和脈衝寬度調製等

簡介

H橋是一種電子電路，可使其連線的負載或輸出端兩端電壓反相/電流反向。這類電路可用於機器人及其它實作場合中直流電動機的順反向控制及轉速控制、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），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，以及其它的功率電子裝置。

H橋是一個典型的直流電機控制電路，因為它的電路形狀酷似字母H，故得名與“H橋”。4個三極體組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫槓

H橋電路，既可以分立元器件形式搭建，也可以整合到積體電路上。“H橋”的名稱起源於其電路，兩個並聯支路和一個負載接入/電路輸出支路，看上去構成了形如“H”字母的電路結構。

基本概念

H橋（H-Bridge), ，因外形與H相似故得名，常用於逆變器（DC-AC轉換，即直流變交流）。通過開關的開合，將直流電（來自電池等）逆變為某個頻率或可變頻率的交流電，用於驅動交流電機（異步電機等）。

工作原理

如右圖所示單相橋式逆變電路工作原理開關T1、T4閉合，T2、T3斷開：u0=Ud； 開關T1、T4斷開，T2、T3閉合：u0=－ Ud; 當以頻率fS交替切換開關T1、T4和 T2 、T3 時 ， 則 在 負載電 阻 R上 獲 得交變電壓波形（正負交替的方波），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。

H橋逆變（單相）

主電路開關T1~T4，它實際是各種半導體開關器件的 一種理想模型。逆變電路中常用的開關器件有快速晶閘管、可關斷晶閘管（GTO）、功率電晶體（GTR）、功率場效應電晶體（MOSFET）、絕緣柵電晶體（IGBT）。

在實際運用中，開關器件存在損耗：導通損耗（conduction losses) 和換相損耗(commutation losses) 和門極損耗(gate losses)。其中門極損耗極小可忽略不計，而導通損耗和換相損耗隨著開關頻率的增加而增加。

控制方式

H橋的控制主要分為近似方波控制和脈衝寬度調製（PWM）和級聯多電平控制。

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。

優點是開關頻率較低，缺點是諧波成分高，需要濾波器的成本大。

脈衝寬度調製

即Pulse width modulation,分為單極性和雙極性pwm. 隨著開關頻率的升高，輸出電壓電流波形趨於正弦，諧波成分減小，但是高開關頻率帶來一系列問題：開關損耗大，電機絕緣壓力大，發熱等等。

多電平

即multi-level inverter，採用級聯H橋的方式，使得在同等開關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。

工作方式

H橋的控制主要分為近似方波控制和脈衝寬度調製（PWM）和級聯多電平控制。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。優點是開關頻率較低，缺點是諧波成分高，需要濾波器的成本大。

脈衝寬度調製

即Pulse width modulation,分為單極性和雙極性pwm. 隨著開關頻率的升高，輸出電壓電流波形趨於正弦，諧波成分減小，但是高開關頻率帶來一系列問題：開關損耗大，電機絕緣壓力大，發熱等等。

級聯多電平控制

即multi-level inverter，採用級聯H橋的方式，使得在同等開關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。