电刺激 H 桥自举电路：原设计缺陷与优化方案揭秘

出处：网络整理发布于：2025-07-11 15:06:38 | 282 次阅读

　　在电刺激相关的电路设计中，H 桥的自举电路设计至关重要。本文详细剖析了自举电路的工作原理，阐述了如何借助电容来保持管的 VGS 电压稳定，以及该电路在 H 桥应用中的具体实现方式。同时，着重指出了原设计存在的不足，并提出了切实可行的优化方案 —— 采用单独为电容充电。

　　自举电路在用于 MOS 管的高端驱动时，其基本原理是基于电容两端的电压差值不能突变这一特性。这里需要明确的是，是两端的差值，而非一端的电压值不发生突变。在 H 桥的自举电路中（完整电路未画出，还有另一半电路），采用了两个 NMOS 管，分别为 U9 和 U10。其中，NET4 连接负载，NET3 与 NET5 分别为的控制引脚，VCC 为负载驱动电压。

　　NMOS 管的驱动条件是 VGS > V1（V1 为 MOS 管的导通电压）。若要导通 U9，需要 NET5 引脚的电压大于 NET4 处的电压。在初始状态下，NET4 没有电压值。当导通后，负载的供电电压 VCC 作用于 NET4 处。若 VCC 小于 NET5，电路还可以继续工作；但如果 VCC 为高电压，NMOS 管就会返回截止状态。

　　为了解决这一问题，利用电容两端电压不能突变的特性，在 MOS 管的 GS 两端并联一个电容（图中电容仅为示意，不能作为实际参考）。NET5 引脚接到电容为其充电，此时 C32 两端的电压值为 3.3V。当 MOS 管导通之后，负载电压使 NET4 = VCC。由于电容电压不突变，即电容两端的相对电压值为 3.3V，电容开始放电。此时，电容连接 MOS 管源极的电压值变为 3.3V + VCC，则 Vgs = Vg - Vs = 3.3 + VCC - NET4 = 3.3 + VCC - VCC = 3.3，仍然可以保证 MOS 管导通。

　　同时，为了防止导通之后电容上端的高电压（3.3 + VCC）对单片机造成损坏，在电容与单片机引脚之间加一个。当二极管下端的电压大于上端的电压值时，二极管无法导通，从而起到保护单片机的作用。
　　到这里，一个简单的自举电路就基本完成了。简单来说，自举电路就是利用电容电压不突变的特性，通过电容的充放电过程，在导通之前让控制引脚为电容充电，负载导通之后，电容放电使 VGS 电压拉高。因此，在实际应用中，需要不断地让电容进行充放电，以此来维持 VGS 两端的电压。

　　然而，本文中给自举电容的充电设计存在不合理之处。经过分析和改进，提出了新的方案，即采用单独的电源 vcc 为电容充电，这样可以更好地保证自举电路的稳定性和可靠性。

　　自举电路的存在是因为 MOS 管在某些情况下无法满足导通条件，特别是当 MOS 管应用在负载电路（如桥式电路）时。例如，U9 的 MOS 管的 S 极由于接负载，当 U9 导通时，NET2 处的电压被拉至 VCC。当 Vnet3 - Vnet2 不满足导通条件时，MOS 管就会截止。此时，如果在高侧的 MOS 管的 S 极（net2）与 VCC 之间串联一个电容，并在 MOS 管的 GS 之间并联，利用电容两端电压不会突变的特性，电容两端电压保持为 VCC。当高侧的 U9 导通时，电容右侧的电压为负载电压，由电容特性可知，电容左端电压为 VCC + 负载电压，这样二极管 D6 就不会导通，电容执行放电过程，MOS 管的 G 极又重新满足导通条件，相当于电容举了负载的电压在 MOS 的 G 极上，通过自举电容和二极管完成导通。