如何利用H桥实现直流电机控制？

元件

本文介绍了如何使用简单易得的元件组成的电路来改变微型直流电动机的方向和速度。首先我们将看到我们如何改变电动机的方向，然后我们将看到我们如何改变直流电动机的速度。然后我将解释一个非常简单的直流电机控制器电路，它可以改变方向，也可以改变直流电机的转速。那么让我们开始吧。
告诉我怎样改变直流电动机的转向？
这很简单。大多数微型直流电动机都有两个端子，因为它们是串联型的(电枢和绕组串联)直流电动机。请参阅以下数字。

图1: 用于控制直流电机转动方向的 h 桥电路图

如图所示，直流电动机有两个端子 a 和 b。现在，如果我们连接端子 a 与 + Ve 电源和端子 b 与-Ve 电源或地，电流将流动从电动机从 a 到 b 和电动机将旋转在一个方向，说顺时针(CW)或向前方向。现在，如图二所示，我们改变了供应终端。现在 b 连接 + Ve，a 连接地。电流将从电机 b 流向 a，电机将以其他方向旋转(逆时针方向 -- CCW 或逆时针方向)。
那么下一个问题是，如何给电动机提供可逆电源？
这种排列方式如图右侧所示。在 + Ve 电源和地之间连接四个开关，在两个开关之间连接直流电动机，如图所示。这种电路布局被称为 h 桥，因为它看起来像字母“ h”(h 桥电路在直流电动机驱动器中应用最广泛)。让我们看看它是如何给电机提供反向供应的。
如果同时压制 sw1和 SW4，则电流将从 + Ve-SW1-a-b-SW4-Gnd 流出。所以马达会朝一个方向转动。打开(释放) sw1和 sw4停止电机。现在，如果 sw2和 sw3被压缩，电流将从 + Ve-SW2-b-a-SW3-Gnd 流出。所以马达得到反向供应，它将旋转在另一个方向。
(注意: 必须小心，不能同时按下 sw1和 sw3或 sw2和 SW4，否则会造成供电短路)

图2: 晶体管构成的控制直流电机转速和转动的 h 桥电路图

该电路用 NPN 型晶体管取代了开关。我们都知道晶体管起开关的作用。对于 NPN 晶体管，如果我们给 + Ve 输入基极，它将打开，如果我们给0输入，它将被关闭。
所以在这个电路中，如果 q1和 q4同时打开，电机将向前旋转，如果 q2和 q3同时打开，电机将向后旋转。
这不是很简单吗？
只需4个晶体管就可以实现电机的正反转。
现在让我们来改变直流电动机的速度。直流电动机的转速随输入电压的变化而变化。当你增加应用输入电压的速度将增加，反之亦然。施加最大额定电压将使电动机全速转动(注意: 不要施加超过最大额定电压的电动机，否则电动机绕组可能烧坏)。
现在的问题是如何应用可变电压的电机？
脉宽调制(PWM)是一种非常流行的产生可变直流电压的方法。下面的图解释了这一点。

图3: 控制直流电机转速的脉冲宽度调制图

脉冲宽度调制是指改变脉冲的宽度(占空比)。宽度表示 ON 时间吨脉冲。平均输出电压(Vdc 或 Vavg)由公式给出
Vdc = [ Ton/(Ton + Toff)] × Vs
这直接取决于汤姆。如上图所示，如果占空比为50% ，平均输出电压 Vdc 正好是 v 的一半。如果占空比增加到75% ，Vdc 也增加到 v 的3/4，如果占空比降低到25% ，Vdc 减少到 v 的1/4。因此，必须对直流电动机采用脉宽调制技术来改变其转速。
显然，下一个问题是如何产生 PWM？
是的，答案是 IC NE555。该芯片可用于产生 PWM。这里是产生 PWM 输出的集成电路 NE555
连接: 集成电路 ne555以非稳态方式连接。对 Vcc 引脚(8)给出 + 12偏置。复位引脚(4)也提供 + Ve 电源，以启用内部触发器。两个二极管在放电引脚(7)背靠背连接。一个1k 电阻连接在 Vcc 和放电引脚之间。在阈值引脚(6)和放电引脚之间连接一个10k 电容器和两个二极管 d1和 D2，随着它的增加，充电电容器的电阻增大，放电电容器的电阻减小。
操作: 当电源给电路时，电容器通过 R2-D2-R1A 充电。电路输出高。当电容器充电到2/3 Vcc 时，内部阈值比较器输出电路输出较低。所以如果 r1增大-R1A 增大-电容充电时间增大-高输出时间(吨)增大-占空比增大。然后电容器通过 R1B-d1放电。因此，如果 r1减少-R1B 是更多-电容放电时间增加-低输出时间(关断)是更多-占空比较小。
因此，该电路产生 PWM 和脉冲宽度变化的锅 r1是不同的。
最后我们需要晶体管 h 桥电路来改变直流电机的方向，以及基于集成电路 ne555的 PWM 发生器电路来改变直流电机的转速。这是完整的电路。
通过单刀双掷开关将 PWM 发生器电路输出到 h 桥电路。当我们改变单刀双掷开关的位置时，信号可以作用于 q1和 Q4，或者 q2和 Q3。因此，SPDT 开关可以改变电机的方向。在 h 桥电路中，r1调节输出脉冲的宽度。所以它改变了电机的转速。
这是建立在面包板上的电路的断裂

图4: 实验板上的 h 桥电路原型

这就是直流电机的简单电路控制速度和方向。它可以控制直流电动机有12v 或500ma 的额定电流。对于更高的电压或电流额定电机，可以使用达林顿对晶体管(tiP122，tip142等)或功率 mosfet (IRF 系列) ，甚至 SCR (TYN 系列)
电路图：