H橋的原理，并以直流電機(jī)為例簡單介紹了驅(qū)動的狀態(tài)

什么是H橋？

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

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

開關(guān)狀態(tài)

下面以控制一個直流電機(jī)為例，對H橋的幾種開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行簡單的介紹，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橋用來驅(qū)動感性負(fù)載，這里我們來驅(qū)動一個直流電機(jī)；

打開Q1和Q4；

關(guān)閉Q2和Q3；

此時假設(shè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，這電流依次經(jīng)過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)；此時四個開關(guān)元器件的狀態(tài)如下；

關(guān)閉Q1和Q4；

打開Q2和Q3；

此時電機(jī)反轉(zhuǎn)（與前面介紹的情況相反），這電流依次經(jīng)過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

如果要對直流電機(jī)調(diào)速，其中的一種方案就是；

關(guān)閉Q2，Q3；

打開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是打開狀態(tài)；

這時候如果關(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，電流不會突變，那么電流將繼續(xù)保持原來的方向進(jìn)行流動，這時候我們希望電機(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，這時候電流仍然會通過反向續(xù)流二極管進(jìn)行流動，此時短暫打開Q1和Q3從而達(dá)到快速衰減電流的目的；

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

應(yīng)用

實(shí)際使用的時候，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)，通過輸入控制信號就可以驅(qū)動電機(jī)了；

下面是某寶上的L298N模塊，比較常見，對于新手玩家非常友好，接線也十分簡單；

L298N模塊

這個模塊有一個板載5V穩(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，如果電動機(jī)電壓大于12V，則必須斷開跳線，因?yàn)檫@些電壓會損壞板載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。

我們在這里可以注意到，該IC的電壓降約為2V。因此，如果使用12V電源，則電動機(jī)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(jī)中獲得最大速度。

這里使用Arduino為例，這是網(wǎng)上找的一個Demo整體的框架如下圖所示；

架構(gòu)

#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信號發(fā)送到L298N板的Enable引腳，該引腳實(shí)際上驅(qū)動電動機(jī)。

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(tài)反置，從而改變電動機(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改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jī)或者STM32，當(dāng)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(jié)

本文簡單介紹了H橋的原理，并以直流電機(jī)為例簡單介紹了驅(qū)動的狀態(tài)，整體比較簡單，適合新手玩家，最后給出了基于Arduino和L298N的驅(qū)動示例，僅供參考，感興趣可以去某寶逛逛，enjoy。

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