很多用電器對電源極性要求不高,如點(diǎn)燈,正反接都可以工作,而且現(xiàn)象都差不多,也有的用電器對電源極性敏感,而且接反了就不工作,例如多數(shù)半導(dǎo)體器件,LED等;但也有的用電器對電源極性敏感,但正反接都可以工作,區(qū)別是正反接變現(xiàn)出來的現(xiàn)象不同,如普通直流電磁電機(jī),因為電流方向不同,線圈產(chǎn)生的磁極方向會不同,從而旋轉(zhuǎn)方向不同。這樣的特性使得電動車,遙控玩具車可以實現(xiàn)前進(jìn),倒退。
要實現(xiàn)電源極性的改變比普通情況下實現(xiàn)開關(guān)閉合/打開要復(fù)雜,因為普通開關(guān)通斷只要實現(xiàn)一根線上的通斷,就可以實現(xiàn)整個電路電流的通斷,而改變極性則需要同時實現(xiàn)兩條線上供電的改變(原正極變負(fù)極,負(fù)極變正極),要實現(xiàn)這一功能,普通的單刀雙擲開關(guān)也無法實現(xiàn),需要使用雙刀雙擲開關(guān)。
如圖撥一下開關(guān)就可以改變直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向。
但是,如果我只有單刀雙擲開關(guān),但是我也想控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),這樣可以么,實際上是可以的,但是復(fù)雜度就增加了,因為單刀雙擲開關(guān)一次只能打開一條線,例如:我用單刀雙擲開關(guān)把正極連接電機(jī)的電路打開,還需要通過一些部件間接地把電機(jī)另一個接線柱與負(fù)極的線路打開,完成這個功能的是三極管:
不過這樣,效率沒有用雙刀雙擲開關(guān)高,因為電路需要用一小部分電流去使電機(jī)與負(fù)極導(dǎo)通,三極管還會有一定的壓降,但是為了方便,這點(diǎn)效率損失是可以容忍的。
一個單刀雙擲開關(guān)在某些意義上也可以用兩個單刀單擲開關(guān)代替,于是電路就變成了:
這個電路貌似與單刀雙擲開關(guān)那個是一樣的,但實際上有點(diǎn)區(qū)別:單刀雙擲開關(guān)同一時刻只能聯(lián)通一個觸點(diǎn),所以電機(jī)要么正傳,要么翻轉(zhuǎn),而這個電路中可能兩個開關(guān)同時閉合,其實,這時也就引入了危險:兩個開關(guān)同時閉合,兩個三極管基極都加上了正電壓,兩個三極管都導(dǎo)通,電機(jī)兩端短路不會工作,三極管把電源短路,最終可能導(dǎo)致電源或三極管燒毀。
這個電路雖然帶來了短路的危險,但是相比單刀雙擲開關(guān),他可以完全關(guān)斷電路,而且只要使用時注意不要同時打開兩個開關(guān),其實還是可行的。
在很多場合,我們并不適用開關(guān)來實現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式的調(diào)整,而是通過數(shù)字電路來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向,甚至實現(xiàn)PWM調(diào)速,用MCU的IO通過編程可以很容易實現(xiàn)與正極之間的可控單刀單擲開關(guān)的功能,也就是給MCU對應(yīng)IO輸出1;
然而MCU驅(qū)動能力一般很弱,因此還需要一個三極管來提高MCU的驅(qū)動能力,因此電路就變成了:
這個時候的電路已經(jīng)是一個完整的H橋了,如果我們不看三極管的基極部分電路,H橋其實就是四個三極管加一個直流電機(jī),至于要用PNP還是NPN三極管,完全取決于應(yīng)用,所以拓廣一下,H橋一般有以下四種:
用兩種三極管:
只用一種三極管:
電路中省掉了電阻,實際應(yīng)用中基極一般要接電阻限流。
由于MCU驅(qū)動能力各不相同,三極管放大后電流會有所差異,為了減小差異,往往采用達(dá)林頓管,即兩個三極管連接來提高驅(qū)動能力:
很多MCU功率驅(qū)動芯片已經(jīng)集成了達(dá)林頓管,如ULN2003,ULN2308等,可以提供500ma驅(qū)動電流,用來驅(qū)動普通5VTT電機(jī)還是可以的。這時外圍電路就很簡單了:
但是,不管怎樣,短路的問題還是沒有解決,一旦程序錯誤,電路將面臨短路問題,解決辦法是使用一些邏輯門電路,使兩個IO同時輸出1時三極管不工作:
理論上來說,用兩個非門就解決問題了:
由于有了反相器,不管IO輸入是什么,H的豎線上兩個三極管永遠(yuǎn)不可能同時工作。
我們?yōu)榱朔乐雇\嚭箅姍C(jī)由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生反向電動勢燒橋,往往要用四個三極管來把反向電動勢用個橋式整流電路整流后灌進(jìn)電源里去。
但是如果電源上有輸出二極管,這種電路是沒有作用的。
常用的L298N就是個集成了H橋的集成電路:
可以用來驅(qū)動兩個直流電機(jī),可以防止短路;
內(nèi)部等效電路:
X寶上有用L298n做成的模塊,到手即用,加入了二極管防反向電動勢:
l298n功率大但不便宜,如果電機(jī)功率很小,就沒有必要用它,自己搭一個H橋就行了。
此外,小功率H橋八腳芯片LG9110H也是很常用的,它可以提供750ma驅(qū)動電流,可以防雙高電平短路,一般小電機(jī)完全可以驅(qū)動,但缺點(diǎn)是一塊芯片只能驅(qū)動一個電機(jī),而且MCU需要輸出200uA以上電流才能驅(qū)動該芯片,如果MCU驅(qū)動能力不足需要用上拉電阻。
應(yīng)用電路
原文標(biāo)題:【精辟】關(guān)于H橋的理解和應(yīng)用
文章出處:【微信號:fcsde-sh,微信公眾號:fcsde-sh】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論