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H橋馬達(dá)控制器（H-Bridge Motor Controlle）非常簡(jiǎn)單，用起來(lái)也非常有趣，像小時(shí)候玩風(fēng)車(chē)一樣。但是，馬達(dá)是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，用起來(lái)并不簡(jiǎn)單。
本項(xiàng)目電路中的 NPN 晶體管可為馬達(dá)提供更大電流，這樣我們就可以使用較小電壓來(lái)切換馬達(dá)，使用較大電壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，讓馬達(dá)獲得更高轉(zhuǎn)速和更大力矩。但是，一定要確保馬達(dá)工作于安全功率和要求電壓范圍內(nèi)。
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該電路中的開(kāi)關(guān)可由微型控制器取代，可通過(guò)PWM技術(shù)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)然，也可以控制馬達(dá)讓其在一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
也可以再增加一個(gè)晶體管，這次我們使用 P-N-P 型，并通過(guò)一個(gè)二極管來(lái)保護(hù)這兩個(gè)晶體管，免受來(lái)自馬達(dá)的感性負(fù)載影響。
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為電路正確工作，需下拉引腳2為 LOW，并為引腳3加上一個(gè)PWM信號(hào)。電路中，兩個(gè)晶體管通過(guò)推、拉電流，為馬達(dá)提供更大的力矩，實(shí)現(xiàn)更高的效率。
這下，我們開(kāi)始提到的問(wèn)題出現(xiàn)了，那就是如何讓讓馬達(dá)轉(zhuǎn)向。這也不難，把電路復(fù)制一下，再增加幾個(gè)元件就解決了。不過(guò)，電路看起來(lái)有些復(fù)雜。
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這個(gè)電路中，Q1、Q2為P-N-P晶體管，Q3、Q4為N-P-N晶體管，P-N-P晶體管導(dǎo)通時(shí)基極的R1 or R2必須下拉為 LOW，N-P-N晶體管工作時(shí)基極的R3 or R4必須上拉為 HIGH。
這里，PNP和NPN晶體管必須為匹配良好的對(duì)管，電流和電壓大小要根據(jù)馬達(dá)尺寸來(lái)選擇，這取決于馬達(dá)是用于小玩具或者個(gè)人愛(ài)好，而2N2222A NPN晶體管、2N2907A PNP晶體管可提供中等性能。也可以使用NPN型2N3904晶體管和PNP型2N3906晶體管, 但是性能表現(xiàn)不佳，而ZTX1049A NPN型晶體管和ZTX968 PNP型晶體管的表現(xiàn)最佳。
對(duì)于像RC類(lèi)的較大型DC馬達(dá)，NPN型的TIP120、TIP121和TIP122，PNP型的TIP125、TIP126、TIP127能夠承受5A工作電流，以及高達(dá)8A的峰值電流。但是一定要使用散熱片，這些晶體管的外形也非常大，封裝形式TO-220。
通過(guò)下拉為L(zhǎng)OW（接地），D2、D4可打開(kāi)或關(guān)斷一個(gè)指定的 PNP 晶體管(Q1 or Q2 )。
D3、D5為PWM或常態(tài)數(shù)字輸出，將其上拉為HIGH（接VCC）可打開(kāi)晶體管(Q3 or Q4 )。
如果想讓馬達(dá)轉(zhuǎn)向，這也簡(jiǎn)單。上拉D4為HIGH，下拉D5為L(zhǎng)OW，D2也為L(zhǎng)OW，為D3施加一個(gè)PWM信號(hào)，或者將其上拉為HIGH，看看發(fā)生了什么？
上拉D2為L(zhǎng)OW開(kāi)關(guān)Q1，上拉D5為High，或?yàn)槠浼由弦粋€(gè)PWM信號(hào)，打開(kāi)Q4、Q2、Q3并保持關(guān)閉。
現(xiàn)在，電路就開(kāi)始向Q1推、拉電流，經(jīng)過(guò)馬達(dá)，再經(jīng)過(guò)Q4流向地，使馬達(dá)按照一定方向轉(zhuǎn)圈，我們稱(chēng)之為正向。
相反，如果D2 HIGH，D4 LOW, D5 LOW，D3 HIGH或者添加一個(gè)PWM信號(hào)，使電流從Q2流出，再通過(guò)馬達(dá)的流向Q3，這就有效的改變了馬達(dá)的方向。
不過(guò)，有些情況會(huì)導(dǎo)致電池短路，例如：
D2 LOW，D5 High 或PWM狀態(tài)
D4 LOW，D3 High 或PWM狀態(tài)
這兩種狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致電池電壓直接與“地”短路，因此千萬(wàn)別使用這兩個(gè)組合。
下面是Arduino開(kāi)發(fā)板代碼：
/*
* Example code to use with DIY H-Bridge ( One Motor )
* Another second motor will need another H-Bridge, and control pins
*
* Maker and IOT Ideas 2020 (MakerIOT2020)
*/
/* Define control pins */
const int fwd_enable=2;
const int fwd_pwm=3;
const int rev_enable=4;
const int rev_pwm=5;
void setup()
{
? ? ?// Set pin Modes, while preventing accidental short of supply
? ? ?digitalWrite(fwd_enable,HIGH);
? ? ?digitalWrite(rev_enable,HIGH);
? ? ?// force PNP transistors to stay off;
? ? ?digitalWrite(fwd_pwm,LOW);
? ? ?digitalWrite(rev_pwm,LOW);
? ? ?// force NPN transistors to stay off;
? ? ?// now set the pin mode.
? ? ?pinMode(fwd_enable,OUTPUT);
? ? ?pinMode(rev_enable,OUTPUT);
? ? ?pinMode(fwd_pwm,OUTPUT);
? ? ?pinMode(rev_pwm,OUTPUT);
}
void stop_all()
{
? ? ?/* This will stop everything,
? ? ?* ?allowing the motor to run free or coast)
? ? ?* ?
? ? ?*/
? ? ?digitalWrite(fwd_pwm,LOW);
? ? ?digitalWrite(rev_pwm,LOW);
? ? ?digitalWrite(fwd_enable,HIGH);
? ? ?digitalWrite(rev_enable,HIGH);
}
void motor_fwd()
{
? ? ?/* ?
? ? ? * ? Makes the motor run “forward”
? ? ? * ? If you find that it actually reverses your motor,
? ? ? * ? please swap the physical wiring at the motor once.
? ? ? * ? It should now work correctly forever …
? ? ? */
? ? ?digitalWrite(rev_enable,HIGH);
? ? ?digitalWrite(rev_pwm,LOW);
? ? ?// Make sure about the states of the other side of the
? ? ?// H-Bridge, to prevent shorts
? ? ?digitalWrite(fwd_enable,LOW);
? ? ?digitalWrite(fwd_pwm,HIGH);
? ? ?// Motor will now be on and running, at a fixed speed
}
void motor_fwd_pwm(int motor_speed)
{
? ? ?digitalWrite(rev_enable,HIGH);
? ? ?digitalWrite(rev_pwm,LOW);
? ? ?// Make sure about the states of the other side of the
? ? ?// H-Bridge, to prevent shorts
? ? ?digitalWrite(fwd_enable,LOW);
? ? ?analogWrite(fwd_pwm,motor_speed);
}
void motor_rev()
{
? ? ?digitalWrite(fwd_enable,HIGH);
? ? ?digitalWrite(fwd_pwm,LOW);
? ? ?// Make sure about the states of the other side of the
? ? ?// H-Bridge, to prevent shorts
? ? ?digitalWrite(rev_enable,LOW);
? ? ?digitalWrite(rev_pwm,HIGH);
? ? ?// Motor will now be on and running, at a fixed speed
}
void motor_rev_pwm(int motor_speed)
{
? ? ?digitalWrite(fwd_enable,HIGH);
? ? ?digitalWrite(fwd_pwm,LOW);
? ? ?// Make sure about the states of the other side of the
? ? ?// H-Bridge, to prevent shorts
? ? ?digitalWrite(rev_enable,LOW);
? ? ?analogWrite(rev_pwm,motor_speed);
}
void motor_brake()
{
? ? ?/*
? ? ? * This will brake the motor, or make it slow down
? ? ? */
? ? ? digitalWrite(fwd_enable,HIGH);
? ? ? digitalWrite(rev_enable,HIGH);
? ? ? digitalWrite(fwd_pwm,HIGH);
? ? ? digitalWrite(rev_pwm,HIGH);
}
void motor_brake_intervals(int brakes = 2)
{
? ? ?// this will brake the motor x times, default of 2
? ? ?// delay used here for ease of explanation, feel free to change
? ? ?// this to millis
? ? ?for (int i = 0; i < brakes; i++)
? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ?motor_brake;
? ? ? ? ? ? ?delayMicroseconds(10);
? ? ? ? ? ? ?stop_all();
? ? ? ? ? ? ?delayMicroseconds(10);
? ? ? ? ?}
? ? ?// and allow motor to run free
? ? ?stop_all();
}
void loop() {
?// Sample use
?// Start with a stopped motor
?stop_all();
?// go forwards
?motor_fwd();
?delay(2000);
?// brake and stop
?motor_brake_intervals(5);
?// reverse direction
?motor_rev();
?delay(2000);
?// brake and stop
?motor_brake_intervals(5);
?// PWM slow to fast
?for (int i = 155; i < 255; i+=10)
?{
? ? ?motor_fwd_pwm(i);
? ? ?delay(100);
?}
?// brake and stop
?motor_brake_intervals(5);
?delay(500);
?// Reverse fast to slow
?for (int i = 255; i > 155 ; i-=10)
?{
? ? ?motor_rev_pwm(i);
?}
?// brake and stop
?motor_brake_intervals(5);
?delay(500);
?stop_all;
}
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