前言

公司开了一个和射频相关的项目，作为一个苦逼的码农实习生被分进去这个项目了。还好我本硕都是计科的，不然接不住这个项目了。然而项目的一部分要用到全桥驱动电路。于是周末稍微花了一下午研究，也写了原理性验证的代码，终于把全桥驱动电路的控制方法弄明白了。

全桥电路工作原理

全桥电路原理图

具体全桥电路的定义这里就不复读啦。因为4个MOS管和负载相连时看上去像H，它又叫做H桥电路。通过控制这四个MOS管的导通和关断，能够让负载获得正向电流和负向电流，从而实现各种各样的用途。

现在来分析这四个MOS管的不同导通/关断情况下对应的负载电流方向。显然，同一侧的MOS管（Q1&Q2、Q3&Q4）不能同时导通，不然会发生短路。只有对角的MOS管（Q1和Q4，或者Q2和Q3）导通和底下两个MOS管（Q2和Q4）导通才是有效状态。虽然理论上Q1和Q3也可以同时导通，但是实际上一般不会用到，因此不分析这种情况。

（1）负载通过正向电流

本文将原理图中电流从1进入，从4流出记为电流的正方向。聪明的读者不难发现，让Q1和Q4导通，Q2和Q3关断，就能实现让负载通过正向电流。

（2）负载通过反向电流

理所当然地，想让电流从4进入，从1流出的话MOS管的导通状态是和上述情况相反的。让Q2和Q3导通，Q1和Q4关断，即可实现让负载通过正向电流。

（3）负载无电流通过

其实四个MOS管全部关断也可以让负载无电流通过。考虑到某些负载是感性负载的情况，比如说负载是一个直流电机，笔者建议让Q2和Q4导通，Q1和Q3关断（负载两端接地）。

全桥电路MOS管的驱动

知道了MOS管不同的通断状态能起到不同的效果，那么怎么控制MOS管的通断呢？单凭单片机自身的输出电平不足以驱动MOS管，一般需要借助MOS管驱动芯片。本文以HIP4081A为例来简单聊几句。

应用HIP4081A驱动全桥MOS管的原理图

如上图所示，芯片的BHO、BLO、AHO和ALO分别和四个MOS管的门极（也可以叫栅极）相连。这和上一节给出的原理图的BH、BL、AH和AL是对应的。这四个引脚的输出受BHI、BLI、AHI和ALI控制，它们之间的关系可以看真值表（摘自芯片的数据手册）。

在这个原理图里，BHI和AHI都接了“1”电平。假设DIS=0，那么这张真值表只需要关心第二、第三行。当ALI为1时，ALO和AHO分别为1和0，此时Q3关断、Q4导通。当ALI为0时，ALO和AHO分别为0和1，此时Q3导通、Q4关断。BLI的情况与ALI类似，同理可得Q1、Q2的通断情况。

根据ALI、BLI的输入与负载通过电流方向的关系，可归纳出以下表格：

那么可能有人会问：如果Q1、Q4导通，Q1的门极和源极之间的电压就要达到MOS管的导通电压 V_{GS} 及以上。现在Q1的源极电压已经有VCC那么大了，Q1门极对地的电压要大于VCC，是怎么做到的？

不妨再倒回去看看带芯片的原理图，在左上角的MOS管左侧有一个电容。这个电容即为传说中的“自举电容”，能够为Q1的门极提供大于VCC的电压，从而维持MOS管的导通。自举电容的充放电原理此处不再展开了，有兴趣的可以自行百度。

全桥电路的应用

这个电路的应用场景有很多，根据不同的场景可以给出ALI和BLI不同的时序，从而负载获得不同的波形。

最常见的应用是小车电机的正反转控制以及调速。ALI和BLI的高低电平可以控制电机的正反转。而ALI或者BLI如果是一个PWM波，调整PWM波的占空比可以实现电机转速的控制。

如果负载是一个变压器的初级线圈，可以给变压器的初级线圈输出一个SPWM波，能够将直流电源变为交流输出，从而起到逆变器的作用。