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深入浅出剖析H桥驱动电路

什么是H桥?H桥是一个比较简单的电路,通常它会包含四个独立控制的开关元器件(例如MOS-FET),它们通常用于驱动电流较大的负载,比如电机,至于为什么要叫H桥(H-Bridge),因为长得比较像字母H,具体如下图所示;

深入浅出剖析H桥驱动电路

这里有四个开关元器件Q1,Q2,Q3,Q4,另外还有一个直流电机M,D1,D2,D3,D4是MOS-FET的续流二极管

开关状态下面以控制一个直流电机为例,对H桥的几种开关状态进行简单的介绍,其中正转和反转是人为规定的方向,实际工程中按照实际情况进行划分即可;

正转通常H桥用来驱动感性负载,这里我们来驱动一个直流电机;

打开Q1和Q4;

关闭Q2和Q3;

此时假设电机正转,这电流依次经过Q1,M,Q4,在图中使用黄色线段进行标注,具体如下图所示;

深入浅出剖析H桥驱动电路

正转

反转另外一种状态则是电机反转;此时四个开关元器件的状态如下;

关闭Q1和Q4;

打开Q2和Q3;

此时电机反转(与前面介绍的情况相反),这电流依次经过Q2,M,Q3,在图中使用黄色线段进行标注,具体如下图所示;

深入浅出剖析H桥驱动电路

反转

调速如果要对直流电机调速,其中的一种方案就是;

关闭Q2,Q3;

打开Q1,Q4上给它输入50%占空比的PWM波形,这样就达到了降低转速的效果,如果需要增加转速,则将输入PWM的占空比设置为100%;

具体如下所示;

深入浅出剖析H桥驱动电路

停止状态这里以电机从正转切换到停止状态为例;

正转情况下;Q1和Q4是打开状态;

这时候如果关闭Q1和Q4,直流电机内部可以等效成电感,也就是感性负载,电流不会突变,那么电流将继续保持原来的方向进行流动,这时候我们希望电机里的电流可以快速衰减;

这里有两种办法:

第一种:关闭Q1和Q4,这时候电流仍然会通过反向续流二极管进行流动,此时短暂打开Q1和Q3从而达到快速衰减电流的目的;

深入浅出剖析H桥驱动电路

第二种:准备停止的时候,关闭Q1,打开Q2,这时候电流并不会衰减地很快,电流循环在Q2,M,Q4之间流动,通过MOS-FET的内阻将电能消耗掉;

深入浅出剖析H桥驱动电路

应用实际使用的时候,用分立元件制作H桥是很麻烦的,市面上已经有很多比较常用的IC方案,比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。接上电源、电机,通过输入控制信号就可以驱动电机了;

这个模块有一个板载5V稳压器,该稳压器可使用跳线的方式进行使能。

如果电机电源电压高达12V,我们可以启用5V稳压器,并且5V引脚可以用作输出,例如给Arduino板供电。

但是,如果电动机电压大于12V,则必须断开跳线,因为这些电压会损坏板载5V稳压器。

在这种情况下,5V引脚将用作输入,因为我们需要将其连接到5V电源,以使IC正常工作。

我们在这里可以注意到,该IC的电压降约为2V。因此,如果使用12V电源,则电动机端子上的电压约为10V,这意味着我们将无法从12V直流电动机中获得最大速度。

 #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); } } 

简单描述一下:首先我们需要定义程序所需的引脚和变量。

在setup()中,我们需要设置引脚模式和电机的初始旋转方向。

在loop()中,我们先读取电位器值,然后将从中获得的值从0到1023变化,线性映射到PWM信号的0到255的值,将其从0到100%的占空比。

然后使用analogWrite()函数将PWM信号发送到L298N板的Enable引脚,该引脚实际上驱动电动机。

接下来,我们检查是否按下了按钮,如果是的话,我们将输入1和输入2的状态反置,从而改变电动机的旋转方向。该按钮将用作切换按钮,每次按下该按钮都会改变电动机的旋转方向。

总结本文简单介绍了H桥的原理,并以直流电机为例简单介绍了驱动的状态,整体比较简单,适合新手玩家,最后给出了基于Arduino和L298N的驱动示例,仅供参考。

简单描述一下:首先我们需要定义程序所需的引脚和变量。

在setup()中,我们需要设置引脚模式和电机的初始旋转方向。

在loop()中,我们先读取电位器值,然后将从中获得的值从0到1023变化,线性映射到PWM信号的0到255的值,将其从0到100%的占空比。

然后使用analogWrite()函数将PWM信号发送到L298N板的Enable引脚,该引脚实际上驱动电动机。

接下来,我们检查是否按下了按钮,如果是的话,我们将输入1和输入2的状态反置,从而改变电动机的旋转方向。该按钮将用作切换按钮,每次按下该按钮都会改变电动机的旋转方向。

总结本文简单介绍了H桥的原理,并以直流电机为例简单介绍了驱动的状态,整体比较简单,适合新手玩家,最后给出了基于Arduino和L298N的驱动示例,仅供参考。

编辑:jq

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