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HIP4082 直流电机 H 桥驱动电路工作原理分析

2026-11-11 09:23:17

电路以H桥驱动芯片 HIP4082 为驱动核心,四只 N 沟道 MOSFET 构成全桥,驱动直流电机正反转与调速。HIP4082 完成逻辑防直通、R51 死区设置、高边自举驱动;全桥完成功率换向;R44 完成母线总电流采样。现逐一分析其工作原理:
一、逻辑输入与直通封锁
核心:低边输入覆盖同桥高边输入,DIS 优先级最高
A 桥由 ALI、AHI 控制 Q14、Q12,B 桥由 BLI、BHI 控制 Q13、Q11。同一桥臂低边输入为高时,芯片内部强制对应高边输出为低:ALI 为高时 AHO 被封锁,BLI 为高时 BHO 被封锁,避免同桥上下管同时收到导通指令。


DIS 为高时,AHO、ALO、BHO、BLO 全部强制为低,四个 MOSFET 均关断。该封锁作用于输入逻辑层,功率管关断拖尾造成的瞬态直通由死区处理。
DlS为低时使能,解除四路输出封锁,恢复由逻辑输入控制;同时刷新高边自举电容,补充 Q11、Q12 驱动电荷。
二、R51 死区设置
核心:R51 设定导通延迟,关断无延迟
R51 接在 DEL 引脚(5 脚)与 VSS(6 脚)之间。如图示

DEL 引脚内部电压约为 V_{DD}-2\text{V},R51 将该电压转换为设定电流,芯片按该电流确定各驱动通道的导通延迟时间,死区调节范围为 0.1\,\mu\text{s} 至 4.5\,\mu\text{s}。芯片对四个输出通道均不施加关断延迟,只延迟导通。同一桥臂切换时,先关断的管子立即开始关断,后导通的管子延后开通,二者时间差由 R51 设定,防止 Q12/Q14、Q11/Q13 瞬时同时导通。R51 取值对应所需死区,死区不足则关断拖尾与对管开通重叠,死区过长则输出畸变和电流纹波增大。
三、自举供电与高边驱动
核心:低边导通时充电,高边导通时电容负端悬浮抬升
A 桥高边自举元件为 VD4、C46,B 桥为 VD3、C43。C46 负端接 AHS,正端接 AHB;C43 负端接 BHS,正端接 BHB。如图示


A 桥低边管 Q14 导通时,AHS 接近地电位,V_{DD} 经 VD4 向 C46 充电;Q14 关断、Q12 需要导通时,AHO 输出高电平,Q12 源极随 AHS 升至母线电压,C46 负端被抬至母线电位,正端高于母线约一个电容电压,维持 Q12 的 V_{GS} 充分导通。B 桥由 Q13 导通时经 VD3 向 C43 充电,Q11 导通时 C43 负端随 BHS 抬升,驱动 Q11。HIP4082 无内部电荷泵,高边驱动能量只来自低边导通期间的自举充电,因此高边管不能持续导通,PWM 占空比不能达到 100%。
四、全桥转向与 PWM 调速
核心:对角管导通决定电流方向,PWM 中断导通路径实现调速
正转时 Q12 与 Q13 导通,电流路径为 PWR(+12V) → R44 → Q12 → 电机 → Q13 → 地。反转时 Q11 与 Q14 导通,电流路径为 PWR(+12V) → R44 → Q11 → 电机 → Q14 → 地。两种组合使电机电流方向相反。调速时对导通对角管中的高边管施加 PWM:正转时 Q12 PWM、Q13 常通,Q12 关断期间 Q14 在死区后导通,电机电感电流经 Q14、Q13 续流,同时 AHS 被拉低,C46 经 VD4 充电;反转时 Q11 PWM、Q14 常通,Q11 关断期间 Q13 在死区后导通,电机电感电流经 Q13、Q14 续流,同时 BHS 被拉低,C43 经 VD3 充电。高边 PWM 的关断间隔同时承担自举电容充电窗口。
五、母线电流采样与过流保护
核心:高端采样检测全桥从电源汲取的总电流
R44 串接在 Q12、Q11 公共漏极与 PWR(+12V) 之间,阻值 30 mΩ。


无论正转还是反转,从电源流入 H 桥的电流均经 R44,因此 M2 CURRENT+ 与 M2 CURRENT− 之间的差分电压反映母线总电流。
PWM 关断期间电机电流经低边管续流,不流经 R44,采样信号呈脉冲状。该差分信号经放大后用于电流反馈;当过流或堵转使压差超过阈值时,检测电路可拉高 DIS,强制关断四个输出。采样走线应从 R44 焊盘内侧对称引出,避免大电流铜箔压降叠加到差分信号。

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作者: 深圳市亿伟世科技有限公司
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