电路分析:一个完整的H桥
很多用电器对电源极性要求不高,如点灯,正反接都可以工作,而且现象都差不多,也有的用电器对电源极性敏感,而且接反了就不工作,例如多数半导体器件,LED等;但也有的用电器对电源极性敏感,但正反接都可以工作,区别是正反接变现出来的现象不同,如普通直流电磁电机,因为电流方向不同,线圈产生的磁极方向会不同,从而旋转方向不同。这样的特性使得电动车,遥控玩具车可以实现前进,倒退。
但是,如果我只有单刀双掷开关,但是我也想控制电机正反转,这样可以么,实际上是可以的,但是复杂度就增加了,因为单刀双掷开关一次只能打开一条线,例如:我用单刀双掷开关把正极连接电机的电路打开,还需要通过一些部件间接地把电机另一个接线柱与负极的线路打开,完成这个功能的是三极管:
一个单刀双掷开关在某些意义上也可以用两个单刀单掷开关代替,于是电路就变成了:
这个电路貌似与单刀双掷开关那个是一样的,但实际上有点区别:单刀双掷开关同一时刻只能联通一个触点,所以电机要么正传,要么翻转,而这个电路中可能两个开关同时闭合,其实,这时也就引入了危险:两个开关同时闭合,两个三极管基极都加上了正电压,两个三极管都导通,电机两端短路不会工作,三极管把电源短路,最终可能导致电源或三极管烧毁。
这个电路虽然带来了短路的危险,但是相比单刀双掷开关,他可以完全关断电路,而且只要使用时注意不要同时打开两个开关,其实还是可行的。
在很多场合,我们并不适用开关来实现电机旋转方式的调整,而是通过数字电路来控制电机转动方向,甚至实现PWM调速,用MCU的IO通过编程可以很容易实现与正极之间的可控单刀单掷开关的功能,也就是给MCU对应IO输出1;
然而MCU驱动能力一般很弱,因此还需要一个三极管来提高MCU的驱动能力,因此电路就变成了:
由于MCU驱动能力各不相同,三极管放大后电流会有所差异,为了减小差异,往往采用达林顿管,即两个三极管连接来提高驱动能力:
理论上来说,用两个非门就解决问题了:
我们为了防止停车后电机由于惯性继续转动产生反向电动势烧桥,往往要用四个三极管来把反向电动势用个桥式整流电路整流后灌进电源里去。
内部等效电路:
此外,小功率H桥八脚芯片LG9110H也是很常用的,它可以提供750ma驱动电流,可以防双高电平短路,一般小电机完全可以驱动,但缺点是一块芯片只能驱动一个电机,而且MCU需要输出200uA以上电流才能驱动该芯片,如果MCU驱动能力不足需要用上拉电阻。