H桥电机驱动原理与应用
本文的內(nèi)容是要告訴大家什么是H橋以及它如何是工作的。
H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理與應(yīng)用
原著：吉姆布朗 1998年4月
整理上傳：鮑勃喬丹 2002年9月
翻譯：韋文潮 2007年12月
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我們首先來看馬達(dá)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)的呢？舉個(gè)例子：你手里拿著一節(jié)電池，用導(dǎo)線將馬達(dá)和電池兩端對(duì)接，馬達(dá)就轉(zhuǎn)動(dòng)了；然后如果你把電池極性反過來會(huì)怎么樣呢？沒有錯(cuò)，馬達(dá)也反著轉(zhuǎn)了。
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OK，這個(gè)是最基本的了。現(xiàn)在假設(shè)你想用一塊指甲蓋大小的微控制芯片(MCU)。你又如何控制馬達(dá)的呢？首先，你手上有一個(gè)固態(tài)的狀態(tài)開關(guān)——一個(gè)晶體管——來控制馬達(dá)的開關(guān)。
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提示：如果你用繼電器連接這些電路的時(shí)候，要在繼電器線圈兩端并一個(gè)二極管。這是為了保護(hù)電路不被電感的反向電動(dòng)勢(shì)損壞。二極管的正極（箭頭）要接地，負(fù)極要接在MCU連接繼電器線圈的輸出端上。
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電路連接好后，你可以用一個(gè)邏輯輸出的信號(hào)來控制馬達(dá)了。高電平（邏輯1）讓繼電器導(dǎo)通，馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)；低電平（邏輯0）讓繼電器斷開，馬達(dá)停止。
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在電路相同的情況下，把馬達(dá)的“極性”反過來接，我們可以控制馬達(dá)的翻轉(zhuǎn)和停止。
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問題來了：如果我們要同時(shí)需要馬達(dá)能夠正轉(zhuǎn)好反轉(zhuǎn)，怎么辦？難道每次都要把馬達(dá)的連線反過來接？
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我們先來看另一個(gè)概念：馬達(dá)速度。當(dāng)我們?cè)谄渲幸环N狀態(tài)下，頻繁的切換開關(guān)狀態(tài)的時(shí)候，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速就不再是勻速，而是變化的了，相應(yīng)的扭矩也會(huì)改變。通常反應(yīng)出來的是馬達(dá)速度的變化。
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我們想要同時(shí)控制正反向的話，就需要更多的電路——沒錯(cuò)，就是H橋電路。H橋電路的“H”的意思是它實(shí)際電路在電路圖上是一個(gè)字幕H的樣式。下圖就是一個(gè)用繼電器連接成的H橋電路。
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處于“高”位置的繼電器是控制電源流入的方向，稱之為“源”電路；處于“低”位置的繼電器是控制電源流入地的方向，稱之為“漏”電路。
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現(xiàn)在，你將左上電路（A）和右下電路（D）接通，馬達(dá)就正轉(zhuǎn)了（如下圖）。此時(shí)各個(gè)端口的邏輯值為A-1、B-0、C-0、D-1.
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將邏輯值反過來，電路的方向就調(diào)轉(zhuǎn)了，馬達(dá)反轉(zhuǎn)（如下圖）。此時(shí)邏輯值為A-0、B-1、C-1、D-0。
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注意：千萬不能將同一側(cè)的兩個(gè)電路同時(shí)接通，否則會(huì)在電源和地之間形成短路。比如A和C或者B和D同時(shí)為1.
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半導(dǎo)體H橋：現(xiàn)在我們來討論使用場(chǎng)效應(yīng)管連接的H橋。
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這是我們實(shí)際使用的H橋電路的真正形式。我們現(xiàn)在不需要在繼電器兩端接二極管了，不過還是要在控制管兩端接。下圖是電路圖。
在圖上我們看到晶體管代替了繼電器。在高位的晶體管必須是PNP型三極管或者P溝道場(chǎng)效應(yīng)管；低位的晶體管必須是NPN型三極管或者N溝道型場(chǎng)效應(yīng)管。
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如果你將兩個(gè)高位電路或者兩個(gè)低位電路同時(shí)接通，你的馬達(dá)會(huì)自動(dòng)制動(dòng)。這是因?yàn)楫?dāng)沒有電源供給時(shí)，馬達(dá)在自由轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下是處于發(fā)電狀態(tài)，同位的電路接通，相當(dāng)于將馬達(dá)的兩端“短接”，那么馬達(dá)會(huì)因?yàn)槎搪范喈?dāng)與接了一個(gè)無限大功率的電爐即一個(gè)很大的負(fù)載，所以馬達(dá)就會(huì)產(chǎn)生“電”制動(dòng)；當(dāng)你把馬達(dá)兩端懸空后，它就恢復(fù)自由了。
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為了以避免馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)的危害，我們?nèi)匀恍枰诰w管兩端接二極管，因?yàn)轳R達(dá)線圈在電路開閉瞬間產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)通過會(huì)高過電源，這樣對(duì)晶體管和電路會(huì)有很大的影響甚至燒毀零件。
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半導(dǎo)體晶體管本身有導(dǎo)通電阻，在通過大電流時(shí)會(huì)明顯發(fā)熱，如果沒有散熱措施會(huì)很容易燒毀。這樣就會(huì)限制電路功率的增加。
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Mosfets（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管），這里簡(jiǎn)稱MOS管，由于結(jié)構(gòu)和原理的不同，導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)比普通三極管低，允許流過更大的電流。而且MOS管都內(nèi)置有反向二極管來保護(hù)管子本身。所以采用MOS管連接H橋不但效率可以提高，電路也可以簡(jiǎn)化。
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使用MOS管搭建H橋，高位電路要用P溝道管；低位要用N溝道管。因?yàn)镹溝道管比P溝道管便宜的多，所以有人用N溝道管在高位，加上削波電路來抑制反電動(dòng)勢(shì)。
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應(yīng)用H橋的關(guān)鍵是四個(gè)電路開閉狀態(tài)的準(zhǔn)確。一旦在電源和地之間出現(xiàn)通路，毫無疑問會(huì)立刻產(chǎn)生短路，讓你的晶體管變成一枚小炸彈。下面我們介紹一些H橋的集成電路，這樣我們可以更容易更安全的使用H橋。
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常用H橋集成電路
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L293內(nèi)置兩個(gè)H橋，每個(gè)橋提供1A的額定工作電流，和最大2A的峰值電流。它能驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)一般是不超過35毫米照片膠卷筒大小。
L298內(nèi)置兩個(gè)H橋，每個(gè)橋提供1A的額定工作電流，和最大3A的峰值電流。它能驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)不超過可樂罐大小。
LMD18200內(nèi)置1個(gè)H橋，工作電流2~3A，峰值電流6A。它驅(qū)動(dòng)可樂罐大小的馬達(dá)。
當(dāng)然還有很多H橋集成電路，這里就不一一介紹了。
好了！關(guān)于馬達(dá)和H橋我們就說到這里了，祝你玩得愉快！
請(qǐng)?jiān)L問DPRG H-Bridge Project，獲取更多H橋DIY的詳細(xì)資源。
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L298集成電路應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
原著：吉姆布朗 1998年4月
整理上傳：NCC 2002年8月
翻譯：韋文潮 2007年12月
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概要
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本電路實(shí)驗(yàn)主要使用一片L298加上1000微法電容和12個(gè)二極管。目的是制作一個(gè)便攜式的兩路馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，提供微處理器控制接口。該L298應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)者是克萊迪蒙。
電路板只需要單面覆銅板即可，在元件面可以印刷加上接口說明和元件引線說明。
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電路板
電路圖
PCB印刷圖
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說明：L298的1、2端控制馬達(dá)A的開關(guān)、正反，enable A 控制脈寬；3、4端和enable B控制馬達(dá)B。
該電路圖版權(quán)遵照第二版或者以上的通用公共授權(quán)（GNU GPL），任何人可以將此電路應(yīng)用與任何場(chǎng)合、任何用途，并不受限制的修改或者改進(jìn)，這些修改或改進(jìn)同樣對(duì)所有人公開。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的H桥电机驱动原理与应用的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
