Introduktion

Vi kan driva en likströmsmotor med en transistor.. I en riktning. Men tänk om man vill kunna köra den i två olika riktningar – både framåt OCH bakåt – hur gör vi det? Låt mig presentera H-bron !

Så för framdrivning i båda riktningarna tar vi vår DC-motor och ansluter den till vår H-Bridge på ett sätt så att strömmen kan flyta genom modulen i båda riktningarna. Kanske lättare sagt än gjort, men det här är konceptet som gör att DC-motorn kan arbeta i båda riktningarna.

Den här bloggen kommer att försöka förklara funktionaliteten hos en H-brygga och sedan kommer vi att gå igenom en demonstration av kretsens uppsättning. Denna demonstration kommer att innehålla en kod och en referens kommer att göras till koden som används. Om du bara är intresserad av implementeringen och inte själva teorin om en H-bro , klicka här !

H-bryggan är därför ett mycket användbart verktyg och används i många tekniker. Men vad är en H-bro och hur fungerar den? En H-brygga kan faktiskt bestå av en uppsättning transistorer (eller MOSFET:er) som arbetar tillsammans i ett nätverk. Detta nätverk består vanligtvis av fyra transistorer. Strömmens riktning genom nätverket beror på de logiska värdena (HIGH/LOW eller 1 och 0) för de olika stiften i nätverket. Och dessa logiska värden dikteras av spänningen som finns över transistorernas baser. Vi pratade om de logiska värdena, HÖG/LÅG eller 1 och 0, i bloggen om Digitala kretsar .

H-Bridge teori - BJT

Låt oss nu fortsätta att titta på ett exempel på en H-bryggkrets konstruerad med två PNP-transistorer och två NPN-transistorer, se figur 1.

Figur 1: Illustration av en krets för en H-brygga. H-Bridge är konstruerad med 4 BJT-transistorer - två PNP-transistorer (blå) och två NPN-transistorer (lila) och en DC-motor är placerad i mitten.

I figur 1 ser vi att H-bryggan är uppbyggd av två PNP-transistorer (blå) och två NPN-transistorer (lila). Här används BJT-transistorer, då vi redan har en blogg om Analog Circuits som förklarar lite om hur BJT-transistorer fungerar. Som vi också nämner i bloggen om analoga kretsar utför BJT- och MOSFET-transistorer liknande funktioner. Så både MOSFET och BJT kan användas i H-bryggor och valet av vilka som ska användas beror på de specifika applikationskraven.

I allmänhet föredras MOSFET framför BJT i H-bryggor eftersom de har lägre resistans i tillståndet, vilket resulterar i lägre effektförlust och högre effektivitet. De har också snabbare växlingshastigheter och därmed lägre växlingsförluster (Se bloggen om Power Electronics! för att lära dig mer om svängningsförluster). MOSFET:er kan också arbeta vid högre frekvenser än BJT.
BJT är dock några tuffa killar och är vanligtvis mer robusta och toleranta mot överspänningsförhållanden, vilket kan vara viktigt i vissa applikationer. Dessutom används BJT i lågspännings-h-bryggkretsar, där svängningsförlusterna vanligtvis är mindre. BJT:er har också relativt lågt på-motstånd och hög strömförstärkning, vilket gör dem lämpliga för att styra små till medelstora belastningar. Vad som är viktigt att notera här är att när man designar en H-brygga är det viktigt att överväga avvägningen mellan olika transistortyper. I vårt fall här, som är för att lära oss om H-bryggan, fungerar BJT-transistorn alldeles utmärkt.

I figur 1 ser vi att basen av de två transistorerna på motorns vänstra sida är ansluten till punkt A och att baserna för de återstående två transistorerna är anslutna till punkt B. Längst ner i figur 1 har vi emittern av våra NPN-transistorer anslutna till jord. Överst i figuren har vi vår PNP kopplad till V _in , vilket är vår positiva spänning. Tricket här är att genom att ändra spänningen över punkterna A och B till HÖG /LÅG eller 1 och 0, kan vi ändra riktningen på strömmen genom motorn. Det finns fyra olika kombinationer av spänningar över punkterna A och B, se figur 2.

Figur 2 : Illustration av de fyra kombinationerna av spänningar.

Om vi tar ett djupt andetag och tar en klunk kaffe kanske vi märker att om A och B är 0 så kommer deras tillhörande PNP-transistorer att öppnas och låta en ström flyta genom dem, se figur 3.

Figur 3 : Illustration av kretsen när spänningarna över A och B är 0.

När A och B är 1 kommer NPN-transistorerna att öppnas, se figur 4.

Figur 4 : Illustration av kretsen när spänningarna över A och B är 1.

Men varför är det så bra att veta? Tja, det här konceptet är faktiskt superviktigt eftersom det med denna inställning inte är möjligt för någon ström att gå direkt genom nätverket som visas nedan i figur 5.

Figur 5 : Illustration av en omöjlig riktning för strömmen i nätverket.

Detta är bra eftersom om strömmen kunde flyta i den riktningen skulle vi ha att göra med en kortslutning och transistorerna skulle med största sannolikhet gå sönder och DC-motorn skulle inte kunna arbeta i någon av riktningarna alls.
Så det här är en riktning vi inte vill ha för strömmen. Men vilka riktningar är vi intresserade av? Som sagt, om både A och B är 0 kommer ingen ström att flyta eftersom båda våra NPN är stängda och bara våra PNP är öppna. Och som du kanske har gissat, när både A och B är 1 har vi samma princip - ingen ström - men nu för att våra NPN öppnas och våra PNP stänger.
Detta innebär att dessa fall kommer att utgöra att DC-motorn är i ett inaktivt tillstånd. Det betyder att det bara finns två fall i vår tabell i figur 2 som utgör drivningen av DC-motorn , se figur 6.

Figur 6 : Driftfall för motorn som ses i nätverket i figur 1.

Det är alltså dessa två fall i den gröna cirkeln som vi är intresserade av och varje fall kommer att driva motorn i motsatt riktning i förhållande till den andra.

För det första av de två fallen i den gröna cirkeln har vi att A är 1 och B är 0. Strömmen kommer då att flyta från V _in genom PNP-transistorn till höger i punkt B, genom motorn och vidare till utgången genom NPN-transistorn vid punkt A, som visas i figur 7.

Figur 7 : Illustrera strömbanan när A är 1 och B är 0.

För det andra fallet i den gröna cirkeln har vi att A är 0 och B är 1. Detta kommer därför att tillåta strömmen att flyta genom motorn i motsatt riktning än i det tidigare fallet som illustreras i figur 7. Strömmen kommer då att flyta från V _in genom PNP-transistorn på vänster sida vid punkt A, genom motorn och vidare mot utgången genom NPN-transistorn vid punkt B, som visas i figur 8.

Figur 8 : Illustrera strömbanan när A är 0 och B är 1.

Detta är metoden med vilken H-bryggor kan ändra riktningen och mängden ström som avsätts i motorn.

En av de vanligaste tillämpningarna av H-bryggor är styrning av robotar och andra automatiserade system där det finns ett behov av att styra motorernas rörelse i olika riktningar och hastigheter. H-bryggor kan även användas i andra applikationer, till exempel i solcellssystem, där de används för att reglera ström och spänning från solpanelerna.

Dessutom har H-bryggor också blivit populära i gör-det-själv-elektronik och hobbyprojekt, där de kan användas för att styra olika elektroniska enheter och motorer!

Nu har vi en förståelse för hur en H-bridge fungerar, så låt oss nu gå igenom en demonstration av hur vi kan använda H-bridge MX1508 i praktiken med en mikrokontroller .

Demonstration - MX1508

Följande krets visar hur man ansluter en Arduino UNO till H-bridge MX1508. Anslut kablarna enligt bild 9.

Figur 9 : Krets för H-bryggan, MX1508 och en DC-motor.

Ladda upp följande kod som visas i figur 10 till din Arduino IDE-plattform. Du kan ladda ner Arduino IDE-plattformen här: Länk .

Figur 10 : Arduino IDE-kod för DC-motordrift i båda riktningarna. Koden kan hittas och kopieras från denna GitHub-länk .

Som du kan se i koden rör sig motorn först framåt i 3 sekunder och bakåt i 3 sekunder. Sedan stannar motorn och dess hastighet ökar från 0 till 100 % framåt med konstant acceleration, och sedan utförs samma rörelse bakåt.