Controlul unui motor folosind o punte H

Salut,

In acest articol voi prezenta modul in care un motor poate fi controlat cu ajutorul unei punti H.

O punte H este un circuit construit din 4 tranzistoare care actioneaza ca niste intrerupatoare, iar pozitia acestora determina sensul de rotire al motorului.

Punte H

 
In stanga figurii de mai sus comutatoarele A1 si A2 sunt inchise si curentul va trece prin ele iar sensul va fi prin A1-motor-A2 si motorul se va roti in sensul acelor de ceasornic.

In dreapta figurii de mai sus celelalte doua comutatoare B1 si B2 sunt inchise si curentul va trece prin ele si prin motor iar motorul se va roti in sens invers acelor de ceasornic.

In total exista 2^4=16 pozitii posibile ale comutatoarelor. In general se folosesc doar 4:

• toate deschise --> motorul este in standby
• A1,A2 inchise, B1,B2 deschise --> motorul se invarte in sensul acelor de ceas
• A1,A2 deschise, B1,B2 inchise --> motorul se invarte in sens invers acelor de ceas
• cele de sus inchise, cele de jos deschise sau invers --> motorul este franat

ATENTIE: Niciodata comutatoarele de pe o latura a puntii (A1+B1 sau A2+B2) nu trebuie inchise simultan deoarece se face scurtcircuit (curentul trece direct de la Vdd prin tranzistoare spre Gnd si se vor arde tranzistoarele).
Pentru a impiedica acest lucru, in practica se comuta tranzistoarele de pe o latura simultan (unul off si celalalt on), legand intrarile celor doua tranzistoare intre ele, de regula tranzistoarele de sus (high side) fiind PNP iar cele de jos (low side) fiind NPN. In figura de mai jos este exact invers. :)

Punte H cu tranzistoare bipolare

Legand intrarile de pe o parte si cealalta, lucrurile se simplifica, ramanand astfel 2 pini ce trebuie comutati on-off, avand doar cele 4 combinatii descrise mai sus.

Acest design explica cel mai bine principiul de functionare al puntii H. In practica design-ul folosind componente discrete este destul de costisitor, si consuma foarte mult spatiu pe o placa PCB. De aceea se pot folosi circuite integrate specializate, ce pot oferi un curent de iesire destul de ridicat (de ordinul amperilor). Ex: L293B/D.

Puntea H L293

In figura se observa ca integratul are 4 intrari (input) logice (0V sau 5V) si 4 iesiri (output) de putere (0V sau 12V).
Fiecare iesire corespunde fiecarei intrari. Astfel, daca Input_1 = 0V --> Output_1 = 0V, iar daca Input_1 = 5V --> Output_1 = 12V.

Practic se obtine o translatare a nivelului logic 0-5V in nivelul logic 0-12V. Acesta din urma poate oferi atat o tensiune mai mare (12V), cat si un curent mai mare (0.6A---1A in functie de capsula).

De asemenea, exista si doi pini de Enable (EN1 pentru Output1 si 2, EN2 pentru Output3 si 4) folositi pentru a valida cele 4 iesiri. Acesti 2 pini, impreuna cu cei 4 pini de Input se conecteaza la un microcontroller care gestioneaza actionarea acestora.

Sunt doua modalitati de folosire:

1. Pinii de ENable conectati fizic la +5V --> Iesirile sunt validate permanent si controlate doar prin cei 4 pini de input conectati la microcontroller.

2. Pinii de ENable sunt conectati la microcontroller. Avantajul este ca prin acesti 2 pini se poate comanda turatia motoarelor prin PWM (Pulse Width Modulation).
De obicei un microcontroller are un numar limitat de iesiri PWM.

Astfel, variind factorul de umplere intre 0% si 100%, putem obtine orice tensiune intre 0 si 12V.

Factor de umplere PWM

In graficul de mai sus, se observa 3 cazuri, primul in care obtinem 25% din tensiunea de alimentare, adica 0.25*12V=3V. Pentru 50% obtinem 6V, pentru 75% obtinem 9V etc.

Pe langa factorul de umplere, trebuie sa folosim o frecventa care sa influenteze cat mai putin modul de lucru al motorului. De obicei, o frecventa de 25KHz este suficienta pentru un motor.
In graficul de mai sus, f=1/(Ton+Toff)=ct=25KHz, unde Ton este timpul in care EN este pe 1Logic=5V, iar Toff este timpul in care pinul de EN este pe 0Logic=0V.

Spor la controlat motoare folosind o punte H, fie cu tranzistoare discrete, fie cu circuite integrate!