H 桥是一个典型的直流电机控制电路，因电路形状酷似字母 H 而得名：4 个三极管组成 H 的 4 条垂直腿，电机则是 H 中间的横杠。长期以来，直流电机以其良好的线性特性和优异的控制性能，成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。直流电机驱动控制电路一般分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路和 H 桥功率驱动电路五部分。

一、H 桥驱动电路的原理

直流电机驱动中使用最广泛的是 H 型电路，它可以方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转和反转制动四种状态。

全桥式驱动电路的 4 只开关管都工作在斩波状态。Q1、Q4 构成一组，Q2、Q3 构成另一组，两组状态互补：Q1、Q4 导通时 Q2、Q3 必须关断，电机两端加正向电压，实现电机的正转或反转制动；Q2、Q3 导通时 Q1、Q4 关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。

实际控制中需要不断地让电机在四个象限之间切换，即在正转与反转之间切换，也就是在“Q1、Q4 导通且 Q2、Q3 关断”与“Q2、Q3 导通且 Q1、Q4 关断”两种状态之间转换。这种情况理论上要求两组控制信号完全互补，但实际开关器件都存在导通和关断时间，绝对的互补控制逻辑会导致上下桥臂直通短路。为了避免直通短路并保证各开关管动作的协同性和同步性，两组控制信号理论上要求互为倒相，而实际必须相差一个足够长的死区时间：这一校正过程既可通过硬件实现（在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时），也可通过软件实现。

二、H 桥式电机驱动电路

图 1 所示为一个典型的直流电机控制电路，其中 4 个三极管组成 H 的 4 条垂直腿，电机是 H 中间的横杠。需要说明的是，图 1 及随后的两个图都只是示意图，而非完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出。

图 1　H 桥式电机驱动电路

要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同的三极管对导通情况，电流可能从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。例如，当 Q1 管和 Q4 管导通时，电流从电源正极经 Q1 从左至右穿过电机，再经 Q4 回到电源负极；按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。

图 2　H 桥电路驱动电机顺时针转动

图 3 所示为另一对三极管 Q2 和 Q3 导通的情况，此时电流从右至左流过电机，驱动电机沿相反方向（逆时针）转动。

图 3　H 桥电路驱动电机逆时针转动

三、使能控制与方向逻辑

驱动电机时，保证 H 桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管 Q1 和 Q2（同一侧桥臂的上下两只）同时导通，电流就会从电源正极穿过这两个三极管直接回到负极；此时电路中除了三极管外没有其他负载，电流可能达到最大值（仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。

基于上述原因，实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。图 4 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本 H 桥电路的基础上增加了 4 个与门和 2 个非门：4 个与门同一个“使能”导通信号相接，用这一个信号就能控制整个电路的开关；2 个非门通过提供一种方向输入，可以保证任何时候在 H 桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。与本节前面的示意图一样，图 4 也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。

图 4　具有使能控制和方向逻辑的 H 桥电路

采用以上方法，电机的运转只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果 DIR-L 信号为 0、DIR-R 信号为 1，并且使能信号为 1，那么三极管 Q1 和 Q4 导通，电流从左至右流经电机（如图 5 所示）；如果 DIR-L 信号变为 1、DIR-R 信号变为 0，那么 Q2 和 Q3 导通，电流则反向流过电机。

图 5　使能信号与方向信号的使用

实际使用中用分立元件制作 H 桥比较麻烦，好在市面上有许多封装好的 H 桥集成电路，接上电源、电机和控制信号即可使用，在额定的电压和电流范围内非常方便可靠，常用的有 L293D、L298N、TA7257P、SN754410 等。