深入淺出剖析H橋驅(qū)動(dòng)電路

什么是H橋？H橋是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的電路，通常它會(huì)包含四個(gè)獨(dú)立控制的開(kāi)關(guān)元器件（例如MOS-FET），它們通常用于驅(qū)動(dòng)電流較大的負(fù)載，比如電機(jī)，至于為什么要叫H橋（H-Bridge），因?yàn)殚L(zhǎng)得比較像字母H，具體如下圖所示；

這里有四個(gè)開(kāi)關(guān)元器件Q1，Q2，Q3，Q4，另外還有一個(gè)直流電機(jī)M，D1，D2，D3，D4是MOS-FET的續(xù)流二極管；

開(kāi)關(guān)狀態(tài)下面以控制一個(gè)直流電機(jī)為例，對(duì)H橋的幾種開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，其中正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是人為規(guī)定的方向，實(shí)際工程中按照實(shí)際情況進(jìn)行劃分即可；

正轉(zhuǎn)通常H橋用來(lái)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，這里我們來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)；

打開(kāi)Q1和Q4；

關(guān)閉Q2和Q3；

此時(shí)假設(shè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，這電流依次經(jīng)過(guò)Q1，M，Q4，在圖中使用黃色線段進(jìn)行標(biāo)注，具體如下圖所示；

正轉(zhuǎn)

反轉(zhuǎn)另外一種狀態(tài)則是電機(jī)反轉(zhuǎn)；此時(shí)四個(gè)開(kāi)關(guān)元器件的狀態(tài)如下；

關(guān)閉Q1和Q4；

打開(kāi)Q2和Q3；

此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)（與前面介紹的情況相反），這電流依次經(jīng)過(guò)Q2，M，Q3，在圖中使用黃色線段進(jìn)行標(biāo)注，具體如下圖所示；

反轉(zhuǎn)

調(diào)速如果要對(duì)直流電機(jī)調(diào)速，其中的一種方案就是；

關(guān)閉Q2，Q3；

打開(kāi)Q1，Q4上給它輸入50%占空比的PWM波形，這樣就達(dá)到了降低轉(zhuǎn)速的效果，如果需要增加轉(zhuǎn)速，則將輸入PWM的占空比設(shè)置為100%；

具體如下所示；

停止?fàn)顟B(tài)這里以電機(jī)從正轉(zhuǎn)切換到停止?fàn)顟B(tài)為例；

正轉(zhuǎn)情況下；Q1和Q4是打開(kāi)狀態(tài)；

這時(shí)候如果關(guān)閉Q1和Q4，直流電機(jī)內(nèi)部可以等效成電感，也就是感性負(fù)載，電流不會(huì)突變，那么電流將繼續(xù)保持原來(lái)的方向進(jìn)行流動(dòng)，這時(shí)候我們希望電機(jī)里的電流可以快速衰減；

這里有兩種辦法：

第一種：關(guān)閉Q1和Q4，這時(shí)候電流仍然會(huì)通過(guò)反向續(xù)流二極管進(jìn)行流動(dòng)，此時(shí)短暫打開(kāi)Q1和Q3從而達(dá)到快速衰減電流的目的；

第二種：準(zhǔn)備停止的時(shí)候，關(guān)閉Q1，打開(kāi)Q2，這時(shí)候電流并不會(huì)衰減地很快，電流循環(huán)在Q2，M，Q4之間流動(dòng)，通過(guò)MOS-FET的內(nèi)阻將電能消耗掉；

應(yīng)用實(shí)際使用的時(shí)候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，市面上已經(jīng)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(jī)，通過(guò)輸入控制信號(hào)就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)了；

這個(gè)模塊有一個(gè)板載5V穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可使用跳線的方式進(jìn)行使能。

如果電機(jī)電源電壓高達(dá)12V，我們可以啟用5V穩(wěn)壓器，并且5V引腳可以用作輸出，例如給Arduino板供電。

但是，如果電動(dòng)機(jī)電壓大于12V，則必須斷開(kāi)跳線，因?yàn)檫@些電壓會(huì)損壞板載5V穩(wěn)壓器。

在這種情況下，5V引腳將用作輸入，因?yàn)槲覀冃枰獙⑵溥B接到5V電源，以使IC正常工作。

我們?cè)谶@里可以注意到，該IC的電壓降約為2V。因此，如果使用12V電源，則電動(dòng)機(jī)端子上的電壓約為10V，這意味著我們將無(wú)法從12V直流電動(dòng)機(jī)中獲得最大速度。

#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);
}
}

簡(jiǎn)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(shè)置引腳模式和電機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)方向。

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

然后使用analogWrite（）函數(shù)將PWM信號(hào)發(fā)送到L298N板的Enable引腳，該引腳實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

接下來(lái)，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(tài)反置，從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。該按鈕將用作切換按鈕，每次按下該按鈕都會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

總結(jié)本文簡(jiǎn)單介紹了H橋的原理，并以直流電機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹了驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)，整體比較簡(jiǎn)單，適合新手玩家，最后給出了基于Arduino和L298N的驅(qū)動(dòng)示例，僅供參考。

簡(jiǎn)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(shè)置引腳模式和電機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)方向。

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

然后使用analogWrite（）函數(shù)將PWM信號(hào)發(fā)送到L298N板的Enable引腳，該引腳實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

接下來(lái)，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(tài)反置，從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。該按鈕將用作切換按鈕，每次按下該按鈕都會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

總結(jié)本文簡(jiǎn)單介紹了H橋的原理，并以直流電機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹了驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)，整體比較簡(jiǎn)單，適合新手玩家，最后給出了基于Arduino和L298N的驅(qū)動(dòng)示例，僅供參考。

編輯：jq