H-мост

Для того чтобы коллекторный мотор постоянного тока начал вращаться, достаточно подать на него определённое напряжение. Полярность данного напряжения будет определять направление его вращения, а величина напряжения — скорость вращения. Напряжение нельзя менять безгранично. Каждый мотор рассчитан на определённый диапазон напряжений. При повышении напряжения ток через мотор будет расти, и он начнётся перегреваться и может сгореть.

Для управления направлением вращения мотора существует специальная схема, называемая H-мост:

Рис 1.

Н-мост состоит из четырех переключателей, которые управляют подачей тока на нагрузку(двигатель). Используя один источник тока и замыкая два переключателя мы можем контролировать сторону вращения мотора.

Если замкнуть переключатели K1 и K4, то левый вывод двигателя будет подключен к источнику питания, а правый - к земле. Через двигатель начинает протекать ток, который подается в прямом направлении, и вал двигателя начинает вращаться по часовой стрелке.

Рис 2.

Если замкнуть K2 и K3, ток будет двигаться в противоположном направлении, а вал мотора вращаться против часовой стрелки

Рис 3.

Как вы думаете что случится, если замкнуть K1 и K2 или K3 и K4?

Рис 4.

На самом деле мы получим путь между источником питания и землей с очень низким сопротивлением и устроим "короткое замыкание"

Если же замкнуть пару переключателей по горизонтали, мы закоротим обмотки двигателя и вращения не будет. Таким образом мы затормозим мотор.

В качестве переключателей могут выступать реле, полевые транзисторы, биполярные транзисторы. Также существуют микросхемы, в которые уже встроены H-мосты и драйверы для управления H-мостами.

Сами переключатели должны замыкаться по электрическому сигналу. Довольно часто сигналы управления ключами попарно объединяют таким образом, чтобы от одного внешнего сигнала формировалось сразу два сигнала для управления двумя переключателями. Это позволяет сократить количество внешних сигналов управления с четырёх до двух штук (и сэкономить 2 ноги контроллера, если речь о контроллерном управлении).

Управление

Давайте рассмотрим управление поподробнее. Обозначим сигналы управления ключами K1, K2, K3, K4 буквами A, B, C, D соответственно.

Объединяют сигналы чаще всего двумя способами: либо A объединяют с B, а C объединяют с D, либо A объединяют с D, а B объединяют с C.

Чтобы обозначить и зафиксировать различия, — назовём способ, когда образуют пары AB и CD «общим управлением противофазными ключами» (эти ключи для изменения полярности прикладываемого к нагрузке напряжения должны работать в противофазе, т.е. если один открывается — другой должен закрываться), а способ, когда образуются пары AD и BC назовем «общим управлением синфазными ключами» (эти ключи для изменения полярности работают синфазно, т.е. либо оба должны открываться, либо оба закрываться).

Рис 5.

Высокий уровень напряжения считаем 1, а низкий - 0. В левой части рисунка (5) транзисторы управляются независимо друг от друга. В левой части рисунка (5) транзисторы управляются независимо друг от друга.

Чтобы открыть верхний транзистор нужно подать сигнал управления А=0, а чтобы его закрыть — А=1. Для открытия и закрытия нижнего транзистора нужно подавать B=1 или В=0 соответственно.

Если с помощью дополнительного транзистора объединить сигналы A и В (правая часть рисунка), то управлять верхним и нижним транзистором можно одним общим сигналом АВ. Когда АВ=1 оба транзистора открываются, а когда АВ=0 — оба закрываются.

Рис 6. Управление противофазными ключами

На рисунке 6 показан H–мост с общим управлением противофазными ключами. У1 и У2 — это узлы, позволяющие из одного внешнего общего сигнала сформировать отдельный сигнал на каждый из работающих в паре ключей. Ниже на рисунке 7 показан H–мост с общим управлением синфазными ключами.

Рис 7. Управление синфазными ключами

При общем управлении противофазными ключами можно сделать так, чтобы оба верхних или оба нижних ключа оказались открыты (на нашей схеме то это произойдёт при AB=CD), то есть доступен режим торможения. Однако минус в том, что при таком способе управления практически наверняка получим сквозные токи через транзисторы, вопрос будет только в их величине. В промышленных микросхемах для борьбы с этой проблемой вводят специальную цепь задержки для одного из транзисторов.

При общем управлении синфазными ключами можно легко побороть сквозные токи (просто нужно сначала подавать сигнал на выключение той пары транзисторов, которая используется в настоящий момент, а уже потом сигнал на включение той пары, которую мы планируем использовать). Однако при таком управлении про режим торможения можно забыть (даже более того, если мы случайно одновременно подадим на оба внешних управляющих сигнала единицу — мы устроим в схеме короткое замыкание)

нужна ли практическая рабочая схема h-моста? типа h-мост своими руками? если да, то на каких транзисторах или это уже слишком глубоко?