H 桥是一种结构相对简单却应用广泛的电路，在电子设备中发挥着重要作用。它主要由四个可独立控制的 MOSFET 构成，这些 MOSFET 作为开关元件，用于引导电流流经负载，通常该负载为电感负载，比如电机。

　　MOSFET 中的寄生二极管与外部续流二极管
　　在 N 沟道 MOSFET 里，源极和漏极属于 N 型区域，基区则是 P 型材料，这就形成了两个 PN 结。由于源极和基区通常短接，源极 - 基区的 PN 结不起作用，而漏极 - 基区的 PN 结便形成了寄生二极管，这种现象在多数功率 MOSFET 中都存在，所以在一些仿真软件中，MOSFET 的拓扑符号后会有反向并联的二极管标识。
　　电机作为典型的感性负载，当电流变化时会产生反电动势。在 H 桥中，MOSFET 切换状态时，电流变化会使电感负载产生高电压尖峰，该尖峰可能反向施加在 MOSFET 上，导致其损坏或使电路操作不稳定。
　　为保护 MOSFET 和其他电路元件，通常会在每个 MOSFET 的漏极和源极之间并联一个续流二极管。其作用主要体现在以下几个方面：
　　提供电流续流路径：当 MOSFET 关闭时，感性负载的电流无法立刻停止，续流二极管为电流提供通路，避免因电流中断产生高电压尖峰，保护电路元件。
　　保护 MOSFET：它可以限制感性负载产生的反电动势，防止电压尖峰直接加在 MOSFET 上，避免其因过压损坏。
　　稳定电路操作：在高频开关操作中，能减少电路中的电磁干扰（EMI）和噪声，提高电路稳定性和可靠性。
　　虽然 MOSFET 自带的寄生二极管在某些情况下能起到续流作用，比如开关断开瞬间为电感性负载提供电流续流路径，但由于其导通电压较高、反向恢复时间较长，特性不如专门设计的续流二极管（如肖特基二极管），所以在实际电路设计中通常不能完全替代续流二极管。若对续流二极管有严格要求，会在电路中另外并联性能更好的二极管。
　　　电流衰减模式
　　电机作为感性负载，电流不能突变。要使电机减速，断开电机两端电压时，电压瞬间衰减至零，根据电磁感应定律，电机会产生反向电动势，电压变化率大时可能损坏 MOSFET。因此，让电机停下除断开供电外，还需形成续流回路释放电机能量，这就是续流二极管的作用。
　　在减速时的电流再生过程中，H 桥通常有两种工作模式：
　　快速衰减（Fast Decay Mode）：此模式下四个 MOSFET 全部关断，反电动势带来的反向感应电流通过 Q2、Q3 的寄生二极管（续流二极管）流动，感应电流方向与电源电压方向相反，线圈电流迅速衰减。为避免同一侧上下臂 MOSFET 同时导通造成击穿，需添加死区时间，在此期间允许激励 FET 开关切换到关闭状态，电感负载的电流由寄生二极管或外部续流肖特基二极管承载。快速衰减模式下电流能迅速降为零，但电机速度因惯性逐渐减小，呈现 “滑动” 式减速。
　　慢速衰减（Slow Decay Mode）：该模式下 Q1、Q3 关断，Q2、Q4 导通，感应电流以循环方式流经 Q2 和 Q4 并降至零，电流在流经电感阻抗和两个 FET 的导通阻抗时以热量形式耗散。虽然通常描述为两个低侧 FET 开关打开、两个高侧 FET 开关关闭，但也可通过启用两个高侧 FET 开关、禁用两个低侧 FET 开关实现相同效果，即衰减回路可以是上臂或下臂，部分 IC 支持通过输入信号配置。在直流电机上，慢速衰减模式会使电机绕组短路，形成反电动势短路，让转子快速停止旋转。
　　此外，还有混合衰减（Mixed Decay Mode），其电流衰减至零的速度介于快速衰减和慢速衰减之间。实现方法是协调 FET 开关的开 / 关时间，在固定时间内处于快速衰减模式，剩余时间处于慢速衰减模式，系统保持在两种模式中的时间比例称为混合衰减百分比。混合衰减对步进电机驱动，尤其是微步进驱动很有意义，例如通常用正弦波（电流曲线）驱动步进电机绕组，也可使用三角形和菱形。
　　　MOSFET 高低端驱动与自举电路
　　在 H 桥电路中，MOSFET 分为高端（High - Side）和低端（Low - Side）两部分。高端 MOSFET 连接在电源和负载之间，低端 MOSFET 连接在负载和地之间。MOSFET 导通需满足 VGS > VGS (th)。
　　自举电路是常用解决方案，用于生成高端 MOSFET 所需的高电压驱动信号，通常包括一个二极管和一个电容器（自举电容），配合驱动芯片工作。以半桥为例，当 Q2 导通时，Q1 的源极被拉到地电位（低电平），自举电容 C1 通过二极管充电（所加电压 V 一般由 LDO 架构电源输出），此时自举电容电压接近电源电压 V。当 Q2 断开时，SW 位置电位不再为地电位，自举电容 C1 两端储存电压为 V，A 点电压变为 VSW + V，可轻松驱动高端 MOSFET，此时由 C1 提供上管驱动阶段所需的所有电流，自举二极管（一般为肖特基二极管）处于反向截止状态，将自举压降限制在自举回路内，防止其回流至上一级损坏电路。
　　自举电容持续放电会使高端 MOSFET 的栅极对地电压持续减小，直至等于 V。要让高端 MOSFET 持续导通，需让自举电容不断充放电，或增加自举电容容量、更换 IC，或在设计中避免持续导通需求。由于 MOSFET 的特性，自举电路在增加栅源电压的同时，还能减小 MOSFET 的导通电阻，减少发热损耗。
　　　H 桥驱动控制
　　对 MOSFET 栅极引入 PWM 控制，可调节电机转动方向和速度。PWM 的占空比对应电机转速，占空比越大，平均等效输出电压越大，转速越快。通常 PWM 频率在 10Khz 至 20KHz 之间，频率太低电机转速过低，易出现高噪声或高频机械振动；频率太高，MOSFET 开关损耗影响变大，降低系统效率。
　　根据不同桥臂的 PWM 控制方式，大致分为三种：
　　受限单极模式：电机电枢驱动电压极性单一，控制电路简单，但电机不能刹车、进行能耗制动，负载超过设定速度时不能提供向力矩，调速静差大，调速性能和稳定性差。PWM 高电平时，电机两端分别为 VM 和 GND，有电流流过产生扭矩转动；PWM 低电平时，电机两端未导通，无电流，电机转动难以控制。
　　单极模式：引入互补 PWM 波（PWMN），一般由 MCU 高级定时器生成，如 STM32F429 的 TIM1、TIM8。相比受限单极模式，Q1 信号为低电平时，由互补 PWM 对 Q2 施加高电平信号使其打开，Q2、电机、Q4 形成闭合回路，电机仍有电流，能产生磁场和力矩控制转动。该模式启动快，能加速、刹车、能耗制动、能量反馈，调速性能较好，负载超速时能提供反向力矩。
　　双极模式：电枢电压极性正负交替。PWM1、PWM2 由定时器输出，PW1N、PW2N 为其互补 PWM 通道，PWM1 和 PWM2 周期相同、占空比相同、极性相反，使对角线上的两个 MOSFET 同时导通和关断。电机转动方向由 PWM 和 PWM1 共同决定，若 A 的 PWM 占空比高于 50%，电流从左至右；低于 50%，则从右至左。该模式继承单极模式优点，速度接近 0 时也能提供一定力矩，加减速性能更好，正反转性能优于单极模式，但控制更复杂，功耗大。
　　死区时间
　　死区时间（Dead Time）是切换两个互补的 MOSFET 时，为避免同时导通导致短路或直通故障，在关断一个 MOSFET 和导通另一个 MOSFET 之间插入的延迟时间。它提供缓冲，确保一个 MOSFET 完全关闭后另一个才开始导通。
　　MOSFET 的导通和关断需要时间，包括栅极充电和放电时间，不同类型的 MOSFET 开关速度不同。死区时间设置太短，可能无法覆盖 MOSFET 的开关时间，导致直通故障；设置太长，会降低电路效率，因为死区时间内两对互补的 MOSFET 都关闭，无电流通过负载，造成功率损失和电机或负载性能下降。
　　MOSFET 的开关速度与栅极电荷（Qgs、Qgd）和栅极驱动电流有关，死区时间应与这些参数匹配。较低的栅极电荷通常意味着更快的开关速度，可使用更短的死区时间。高侧和低侧 MOSFET 的不同 Rds (on) 值也会影响开关速度，设计死区时间时需考虑。一些驱动 IC 会根据 MOSFET 的特性自动调整死区时间，以优化性能和保护 MOSFET。
　　程序代码（以 STM32 HAL 库为例）
　　以 IRS21867S 方案为例，MCU 为 STM32F1，PWM 由 TIM1 通道 3 生成，PWM - N 由 TIM1 通道 3 的互补通道生成；PWM1 由 TIM1 通道 2 生成，PWM1 - N 由 TIM1 通道 2 的互补通道生成。PWM 信号从对应的复用 GPIO 管脚连接至驱动 IC。
　　根据真值表，可通过修改对应的 TIM 通道的 PWM 极性来配置电机工作模式，还可自定义工作模式函数。需要注意的是，在受限单极模式和单极模式下，修改 Set_Motor_Mode () 函数后，要根据表格修改对应桥臂 MOSFET 的栅极信号，保证其处于恒导通状态，为电枢电流提供回路。
　　// 电机工作模式设置（定时器状态）
　　void Set_Motor_Mode(uint8_t mode)
　　{
　　switch (mode)
　　{
　　case 0: // 受限单极模式（正转）
　　HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　break;
　　case 1: // 受限单极模式（反转）
　　HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　break;
　　case 2: // 单极模式（正转）
　　HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　break;
　　case 3: // 单极模式（反转）
　　HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　break;
　　case 4: // 双极模式
　　HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　break;
　　case 5: // 关闭输出
　　HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
　　break;
　　default:
　　// 处理非法模式
　　break;
　　}
　　}
　　配置TIM1：
　　void MX_TIM1_Init(void)
　　{
　　TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig={0};
　　TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
　　TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig={0};
　　htim1.Instance= TIM1;
　　htim1.Init.Prescaler= (uint32_t)((SystemCoreClock / 2) / 20000) - 1;//预分频寄存器写入
　　htim1.Init.CounterMode= TIM_COUNTERMODE_UP;
　　htim1.Init.Period=1000 - 1;// 自动重载寄存器写入
　　htim1.Init.ClockDivision= TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
　　htim1.Init.RepetitionCounter=0;
　　htim1.Init.AutoReloadPreload= TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
　　HAL_TIM_Base_Init(&htim1);
　　sClockSourceConfig.ClockSource= TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
　　HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig);
　　HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);
　　sConfigOC.OCMode= TIM_OCMODE_PWM1;
　　sConfigOC.Pulse=500;// 初始占空比50%
　　sConfigOC.OCPolarity= TIM_OCPOLARITY_HIGH;
　　sConfigOC.OCNPolarity= TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
　　sConfigOC.OCFastMode= TIM_OCFAST_DISABLE;
　　sConfigOC.OCIdleState= TIM_OCIDLESTATE_RESET;
　　sConfigOC.OCNIdleState= TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
　　HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2);
　　HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_3);
　　//死区设置
　　sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode= TIM_OSSR_DISABLE;
　　sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode= TIM_OSSI_DISABLE;
　　sBreakDeadTimeConfig.LockLevel= TIM_LOCKLEVEL_OFF;
　　sBreakDeadTimeConfig.DeadTime=100;
　　sBreakDeadTimeConfig.BreakState= TIM_BREAK_DISABLE;
　　sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity= TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;
　　sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput= TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE;
　　HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig);
　　}
　　void set_pwm(int speed)
　　{
　　// 处理速度的正负，正值表示正转，负值表示反转
　　if (speed > 0)
　　{
　　Set_Motor_Mode(2);  // 正转
　　// *******此处要记得将Q4栅极信号拉高*******
　　}
　　else if (speed < 0)
　　{
　　Set_Motor_Mode(3);  // 反转
　　// *******此处要记得将Q3栅极信号拉高*******
　　speed = -speed; // 将速度值取绝对值
　　}
　　else
　　{
　　Set_Motor_Mode(5);  // 停止
　　return;
　　}
　　// 限制最低速度，确保电机能够启动
　　int min_speed = 10; // 定义最低速度
　　if (speed < min_speed)
　　{
　　speed = min_speed;
　　}
　　// 将速度值映射到PWM占空比范围
　　speed = 700 - speed; // 这里700是基准值，越接近700，PWM占空比越小
　　TIM1->CCR2 = speed; // 设置TIM1通道2的PWM占空比
　　TIM1->CCR3 = speed; // 设置TIM1通道3的PWM占空比
　　}
　　主函数：
　　int main(void)
　　{
　　HAL_Init();
　　SystemClock_Config();
　　// 初始化TIM1
　　MX_TIM1_Init();
　　// 选择电机的工作模式
　　Set_Motor_Mode();
　　// 主循环
　　while (1)
　　{
　　// 在这里可以通过修改占空比来控制电机速度
　　set_pwm();
　　}
　　}
　　以上是一个最简单的能让电机在开环下转起来的代码。如果要实现动态控制、动态调速，需要加入控制环节。