2 HIP4081内部结构及技术特点
HIP4081是intersil公司推出的一款专门用于控制H桥的高频全桥驱动芯片。采用闩锁抗干扰CMOS 制造工艺，具有的低端和高端输入通道，分别驱动4个N沟道MOS管；输出峰值电流为2 A；芯片内部具有电荷泵和死区时间设置；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达95 V，逻辑电源电压范围6～15 V，工作频率高，可达1 MHz；具有能控制所有输入的禁止端，可方便地与外接元件形成保护电路。图3给出HIP4081的引脚排列定义，图4显示了1/2 HIP4081（A边）的内部功能框图。主要组成部分有：逻辑输入、使能、电荷泵、电平平移及死区时间设置等。
在图4中，ALI，AHI分别是A边的低边输入和高边输入；ALO，AHO分别是A边的低边输出和高边输出，DIS是使能输入；在另一半（B边）的内部功能图中，BLI、BHI分别是B边的低边输入和高边输入；BLO，BHO分别是B边的低边输出和高边输出。他们之间的逻辑关系如表1所示。
3 电路实现基本原理
电路原理框如图5所示。
在图5中，Vcc?为内部逻辑电路和MOS管上臂和下臂驱动器的低压电源；Vs为H桥供电电源，MOS管从这个电源端获得输出电流，该脚电压范围为Vcc?～+80 V；?Vo1?为半桥的输出脚1，当PWM输入ALI为高，BLI为低时，该脚输出为Vs；Vo2?为半桥的输出脚2，当PWM输入ALI为低，BLI为高时，该脚输出为Vs；SENSE为2个半桥下臂的共同联接点，可连接一个到Vs地的检测电阻以检测电流，该脚也可以直接连到Vs的地。GND为输入逻辑和Vcc?的地；PWM输入为用于输入与TTL兼容的PWM信号，占空比在0%～100%之间；DIS为用于关断4个MOS管，该脚为1时为关断，为0时使能。
3.1 电路工作逻辑时序及电机运动状态分析
在图5中，当使能端DIS处于高电平“1”时，无论ALI，BLI是“1”还是“0”，ALO,BLO,AHO,BHO都为“0”，电路处于禁止状态，电机停转。 当使能端DIS处于低电平“0”时，ALI和BLI可通过反相器分别同时接收PWM信号的高电平“1”和低电平“0”。当ALI为1，BLI为0时，此时，ALO为1，AHO为0，BLO为0，BHO为1，H 桥中的MOS管M1与M4导通，H桥?处于图1状态，电机顺时针旋转。当ALI为0，
BLI为1时，此时，ALO为0，AHO为1，BLO为1，BHO为0，H桥中的MOS管M3与M2导通，H桥处于图2?状态，电机逆时针旋转。 当ALI，BLI同时为0时，ALO,BLO都为0，AHO,BHO都为1，电机中没有电流流过，处于制动状态。 当ALI，BLI同时为1时，ALO,BLO都为1，AHO,BHO都为0，电机中也没有电流流过，同样处于制动状态。其逻辑关系如表2所示。 3.2 死区时间的考虑 在图5中，保证H桥上2个同侧的MOS管（M1和M2,M3和M4）不会同时导通非常重要。如果MOS管M1和M2(或M3和M4)同时导通，那么电流就会从电源Vs正极穿过2个MOS管直接回到负极。此时，电路中除了MOS管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能），甚至烧坏MOS管。基于上述原因，在实际驱动电路中要使M1与M2或M3与M4在导通时间上有一个延迟，也称死区时间。
HIP4081留有HDEL和LDEL两个端口（见图4），?用户通过外接电阻，可根据实际电路工作情况，自行定制死区时间。死区时间与HDEL/LDEL电阻的关系如图6所示。
3.3 效率的考虑
在图5中，决定驱动电路效率的主要是以下3个因素：HIP4081的静态功耗；Vcc?电源的动态功耗；MOS管的I?2R损耗。
由于HIP4081是CMOS器件，第（1）项损耗很小,可忽略不计，第（2）项损耗虽然大一些，但远小于（3）项（尤其是满负荷输出时）。而MOS管的I?2R由其导通电阻决定，因此选择合适的MOS管组成H桥电路，可以减少（3）项损耗。该电路选用N沟道HEXFET Power MOSFET IRFP250N,其导通电阻为0.075 Ω,降低了导通损耗，提高了效率。
3.4 产品结构的考虑
（1） 该产品结构采用厚膜混合集成技术设计，如图7?所示，在具有高导热率的AlN陶瓷基板上通过厚膜印烧工艺制作厚膜基板，并通过基板金属化与焊接技术，将ALN基板与金属外壳进行焊接，大大提高了电路的导热能力和功率密度。
（2） 在图7中，产品内部全部有源器件采用裸芯片，通过混合集成电路的二次集成工艺技术，将元器件、ALN厚膜陶瓷基板以及金属外壳组装在一起。形成具有全密封金属外壳、外形尺寸为32 mm×32 mm×7 mm?的双列直插式厚膜混合集成产品，大大缩小了
体积，减少了产品内部级连和焊点，提高了可靠性。
4 结 语
这里设计的厚膜H桥电机驱动电路经过实际应用表明：该电路不仅安全可靠地实现了电机的双向转动和调速，提高了驱动电路和系统的可靠性，而且产品体积小，导热性能好，效率高，能在恶劣的使用环境下安全工作，适合军、民两用。
参 考 文 献
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［4］谭建成.电机控制专用集成电路\\.北京：机械工业出版社,1997.
［5］谭建成.新编电机控制专用集成电路与应用\\.北京：机械工业出版社，2005.
［6］吴红星.电机驱动与控制专用集成电路及应用\\.北京：中国电力出版社，2006.
［7］张崇巍,李汉强.运动控制系统\\.武汉：武汉理工大学出版社,2002.
［8］刘宝延,程树康.步进电动机及其驱动控制系统\\.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1997.
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