什么是H橋?H橋是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的電路,通常它會(huì)包含四個(gè)獨(dú)立控制的開(kāi)關(guān)元器件(例如MOS-FET),它們通常用于驅(qū)動(dòng)電流較大的負(fù)載,比如電機(jī),至于為什么要叫H橋(H-Bridge),因?yàn)殚L(zhǎng)得比較像字母H,具體如下圖所示;
這里有四個(gè)開(kāi)關(guān)元器件Q1,Q2,Q3,Q4,另外還有一個(gè)直流電機(jī)M,D1,D2,D3,D4是MOS-FET的續(xù)流二極管;
開(kāi)關(guān)狀態(tài)下面以控制一個(gè)直流電機(jī)為例,對(duì)H橋的幾種開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹,其中正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是人為規(guī)定的方向,實(shí)際工程中按照實(shí)際情況進(jìn)行劃分即可;
正轉(zhuǎn)通常H橋用來(lái)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載,這里我們來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī);
打開(kāi)Q1和Q4;
關(guān)閉Q2和Q3;
此時(shí)假設(shè)電機(jī)正轉(zhuǎn),這電流依次經(jīng)過(guò)Q1,M,Q4,在圖中使用黃色線段進(jìn)行標(biāo)注,具體如下圖所示;
正轉(zhuǎn)
反轉(zhuǎn)另外一種狀態(tài)則是電機(jī)反轉(zhuǎn);此時(shí)四個(gè)開(kāi)關(guān)元器件的狀態(tài)如下;
關(guān)閉Q1和Q4;
打開(kāi)Q2和Q3;
此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)(與前面介紹的情況相反),這電流依次經(jīng)過(guò)Q2,M,Q3,在圖中使用黃色線段進(jìn)行標(biāo)注,具體如下圖所示;
反轉(zhuǎn)
調(diào)速如果要對(duì)直流電機(jī)調(diào)速,其中的一種方案就是;
關(guān)閉Q2,Q3;
打開(kāi)Q1,Q4上給它輸入50%占空比的PWM波形,這樣就達(dá)到了降低轉(zhuǎn)速的效果,如果需要增加轉(zhuǎn)速,則將輸入PWM的占空比設(shè)置為100%;
具體如下所示;
停止?fàn)顟B(tài)這里以電機(jī)從正轉(zhuǎn)切換到停止?fàn)顟B(tài)為例;
正轉(zhuǎn)情況下;Q1和Q4是打開(kāi)狀態(tài);
這時(shí)候如果關(guān)閉Q1和Q4,直流電機(jī)內(nèi)部可以等效成電感,也就是感性負(fù)載,電流不會(huì)突變,那么電流將繼續(xù)保持原來(lái)的方向進(jìn)行流動(dòng),這時(shí)候我們希望電機(jī)里的電流可以快速衰減;
這里有兩種辦法:
第一種:關(guān)閉Q1和Q4,這時(shí)候電流仍然會(huì)通過(guò)反向續(xù)流二極管進(jìn)行流動(dòng),此時(shí)短暫打開(kāi)Q1和Q3從而達(dá)到快速衰減電流的目的;
第二種:準(zhǔn)備停止的時(shí)候,關(guān)閉Q1,打開(kāi)Q2,這時(shí)候電流并不會(huì)衰減地很快,電流循環(huán)在Q2,M,Q4之間流動(dòng),通過(guò)MOS-FET的內(nèi)阻將電能消耗掉;
應(yīng)用實(shí)際使用的時(shí)候,用分立元件制作H橋是很麻煩的,市面上已經(jīng)有很多比較常用的IC方案,比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。接上電源、電機(jī),通過(guò)輸入控制信號(hào)就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)了;
這個(gè)模塊有一個(gè)板載5V穩(wěn)壓器,該穩(wěn)壓器可使用跳線的方式進(jìn)行使能。
如果電機(jī)電源電壓高達(dá)12V,我們可以啟用5V穩(wěn)壓器,并且5V引腳可以用作輸出,例如給Arduino板供電。
但是,如果電動(dòng)機(jī)電壓大于12V,則必須斷開(kāi)跳線,因?yàn)檫@些電壓會(huì)損壞板載5V穩(wěn)壓器。
在這種情況下,5V引腳將用作輸入,因?yàn)槲覀冃枰獙⑵溥B接到5V電源,以使IC正常工作。
我們?cè)谶@里可以注意到,該IC的電壓降約為2V。因此,如果使用12V電源,則電動(dòng)機(jī)端子上的電壓約為10V,這意味著我們將無(wú)法從12V直流電動(dòng)機(jī)中獲得最大速度。
#defineenA9
#definein16
#definein27
#definebutton4
introtDirection=0;
intpressed=false;
voidsetup(){
pinMode(enA,OUTPUT);
pinMode(in1,OUTPUT);
pinMode(in2,OUTPUT);
pinMode(button,INPUT);
//Setinitialrotationdirection
digitalWrite(in1,LOW);
digitalWrite(in2,HIGH);
}
voidloop(){
//Readpotentiometervalue
intpotValue=analogRead(A0);
//Mapthepotentiometervaluefrom0to255
intpwmOutput=map(potValue,0,1023,0,255);
//SendPWMsignaltoL298NEnablepin
analogWrite(enA,pwmOutput);
//Readbutton-Debounce
if(digitalRead(button)==true){
pressed=!pressed;
}
while(digitalRead(button)==true);
delay(20);
//Ifbuttonispressed-changerotationdirection
if(pressed==true&rotDirection==0){
digitalWrite(in1,HIGH);
digitalWrite(in2,LOW);
rotDirection=1;
delay(20);
}
//Ifbuttonispressed-changerotationdirection
if(pressed==false&rotDirection==1){
digitalWrite(in1,LOW);
digitalWrite(in2,HIGH);
rotDirection=0;
delay(20);
}
}
簡(jiǎn)單描述一下:首先我們需要定義程序所需的引腳和變量。
在setup()中,我們需要設(shè)置引腳模式和電機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)方向。
在loop()中,我們先讀取電位器值,然后將從中獲得的值從0到1023變化,線性映射到PWM信號(hào)的0到255的值,將其從0到100%的占空比。
然后使用analogWrite()函數(shù)將PWM信號(hào)發(fā)送到L298N板的Enable引腳,該引腳實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
接下來(lái),我們檢查是否按下了按鈕,如果是的話,我們將輸入1和輸入2的狀態(tài)反置,從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。該按鈕將用作切換按鈕,每次按下該按鈕都會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
總結(jié)本文簡(jiǎn)單介紹了H橋的原理,并以直流電機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹了驅(qū)動(dòng)的狀態(tài),整體比較簡(jiǎn)單,適合新手玩家,最后給出了基于Arduino和L298N的驅(qū)動(dòng)示例,僅供參考。
簡(jiǎn)單描述一下:首先我們需要定義程序所需的引腳和變量。
在setup()中,我們需要設(shè)置引腳模式和電機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)方向。
在loop()中,我們先讀取電位器值,然后將從中獲得的值從0到1023變化,線性映射到PWM信號(hào)的0到255的值,將其從0到100%的占空比。
然后使用analogWrite()函數(shù)將PWM信號(hào)發(fā)送到L298N板的Enable引腳,該引腳實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
接下來(lái),我們檢查是否按下了按鈕,如果是的話,我們將輸入1和輸入2的狀態(tài)反置,從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。該按鈕將用作切換按鈕,每次按下該按鈕都會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
總結(jié)本文簡(jiǎn)單介紹了H橋的原理,并以直流電機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹了驅(qū)動(dòng)的狀態(tài),整體比較簡(jiǎn)單,適合新手玩家,最后給出了基于Arduino和L298N的驅(qū)動(dòng)示例,僅供參考。
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原文標(biāo)題:干貨 | 深入淺出講解H橋驅(qū)動(dòng)電路
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