什麼是H橋
？

 

H橋是一個比較簡單的電路
，通常它會包含四個獨立控製的開關元器件（例如MOS-FET）,它們通常用於驅動電流較大的負載，比如電機，至於為什麼要叫H橋（H-Bridge），因為長得比較像字母H，具體如下圖所示；

 

 

這裏有四個開關元器件Q1，Q2，Q3
，Q4
，另外還有一個直流電機M
，D1，D2，D3，D4是MOS-FET的續流二極管；

 

開關狀態

 

下麵以控製一個直流電機為例，對H橋的幾種開關狀態進行簡單的介紹，其中正轉和反轉是人為規定的方向

，實際工程中按照實際情況進行劃分即可；

 

正轉

 

通常H橋用來驅動感性負載，這裏我們來驅動一個直流電機
；

 

●     打開Q1和Q4；

●     關閉Q2和Q3
；

 

此時假設電機正轉
，這電流依次經過Q1，M，Q4，在圖中使用黃色線段進行標注，具體如下圖所示；

 

正轉

 

反轉

 

另外一種狀態則是電機反轉；此時四個開關元器件的狀態如下；

 

●     關閉Q1和Q4；

●     打開Q2和Q3；

 

此時電機反轉（與前麵介紹的情況相反），這電流依次經過Q2
，M，Q3，在圖中使用黃色線段進行標注，具體如下圖所示；

 

反轉

 

調速

 

如果要對直流電機調速，其中的一種方案就是
；

 

●     關閉Q2，Q3；

●     打開Q1，Q4上給它輸入50%占空比的PWM波形，這樣就達到了降低轉速的效果，如果需要增加轉速，則將輸入PWM的占空比設置為100%；

 

具體如下所示；

 

 

停止狀態

 

這裏以電機從正轉切換到停止狀態為例；

 

●     正轉情況下；Q1和Q4是打開狀態；

●     這時候如果關閉Q1和Q4
，直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)內(nei)部(bu)可(ke)以(yi)等(deng)效(xiao)成(cheng)電(dian)感(gan)，也(ye)就(jiu)是(shi)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)，電(dian)流(liu)不(bu)會(hui)突(tu)變(bian)，那(na)麼(me)電(dian)流(liu)將(jiang)繼(ji)續(xu)保(bao)持(chi)原(yuan)來(lai)的(de)方(fang)向(xiang)進(jin)行(xing)流(liu)動(dong)，這(zhe)時(shi)候(hou)我(wo)們(men)希(xi)望(wang)電(dian)機(ji)裏(li)的(de)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)衰(shuai)減(jian)
；

 

這裏有兩種辦法：

 

第一種：關閉Q1和Q4
，這時候電流仍然會通過反向續流二極管進行流動，此時短暫打開Q1和Q3從而達到快速衰減電流的目的；

 

 

第二種：準備停止的時候，關閉Q1，打開Q2
，這時候電流並不會衰減地很快

，電流循環在Q2，M，Q4之間流動，通過MOS-FET的內阻將電能消耗掉；

 

 

應用

 

實際使用的時候，用分立元件製作H橋是很麻煩的
，市麵上已經有很多比較常用的IC方案，比如常用的L293D
、L298N、TA7257P
、SN754410等。接上電源、電機，通過輸入控製信號就可以驅動電機了
；

 

下麵是某寶上的L298N模塊，比較常見，對於新手玩家非常友好，接線也十分簡單
；

 

L298N模塊

 

這個模塊有一個板載5V穩壓器
，該穩壓器可使用跳線的方式進行使能。

 

如果電機電源電壓高達12V，我們可以啟用5V穩壓器，並且5V引腳可以用作輸出，例如給Arduino板供電。

 

但是，如果電動機電壓大於12V
，則必須斷開跳線，因為這些電壓會損壞板載5V穩壓器。

 

在這種情況下，5V引腳將用作輸入，因為我們需要將其連接到5V電源，以使IC正常工作。

 

我們在這裏可以注意到，該IC的電壓降約為2V。因此，如果使用12V電源，則電動機端子上的電壓約為10V
，這意味著我們將無法從12V直流電動機中獲得最大速度。

 

這裏使用Arduino為例，這是網上找的一個Demo整體的框架如下圖所示；

 

 

架構

 

#define enA 9

#define in1 6

#define in2 7

#define button 4

 

int rotDirection = 0;

int pressed = false;

 

void setup() {

  pinMode(enA, OUTPUT);

  pinMode(in1, OUTPUT);

  pinMode(in2, OUTPUT);

  pinMode(button, INPUT);

  // Set initial rotation direction

  digitalWrite(in1, LOW);

  digitalWrite(in2, HIGH);

}

 

void loop() {

// Read potentiometer value

  int potValue = analogRead(A0); 

  // Map the potentiometer value from 0 to 255

  int pwmOutput = map(potValue, 0, 1023, 0 , 255); 

  // Send PWM signal to L298N Enable pin

  analogWrite(enA, pwmOutput); 

 

  // Read button - Debounce

  if (digitalRead(button) == true) {

    pressed = !pressed;

  }

  while (digitalRead(button) == true);

  delay(20);

 

  // If button is pressed - change rotation direction

  if (pressed == true  & rotDirection == 0) {

    digitalWrite(in1, HIGH);

    digitalWrite(in2, LOW);

    rotDirection = 1;

    delay(20);

  }

  // If button is pressed - change rotation direction

  if (pressed == false & rotDirection == 1) {

    digitalWrite(in1, LOW);

    digitalWrite(in2, HIGH);

    rotDirection = 0;

    delay(20);

  }

}

 

簡單描述一下：首先我們需要定義程序所需的引腳和變量。

 

在setup()中，我們需要設置引腳模式和電機的初始旋轉方向。

 

在loop()中，我們先讀取電位器值
，然後將從中獲得的值從0到1023變化，線性映射到PWM信號的0到255的值，將其從0到100％的占空比。

 

然後使用analogWrite()函數將PWM信號發送到L298N板的Enable引腳

，該引腳實際上驅動電動機。

 

接下來，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的狀態反置，從而改變電動機的旋轉方向。該按鈕將用作切換按鈕，每次按下該按鈕都會改變電動機的旋轉方向。

 

某寶上這種小車很多，如下圖所示；主控可以換成51單片機或者STM32，當然Arduino也沒問題，使用L298N就可以快速搭建一個小車了；

 

某寶的小車

 

總結

 

本文簡單介紹了H橋的原理

，並以直流電機為例簡單介紹了驅動的狀態，整體比較簡單，適合新手玩家
，最後給出了基於Arduino和L298N的驅動示例，僅供參考。

 

以下文章來源於小麥大叔 ，作者菜刀和小麥

 

 

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