Mạch Cầu H là một mạch đơn giản dùng để điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc quay nghịch. Trong thực tế, có nhiều kiểu mạch cầu H khác nhau tùy vào cách chúng ta lựa chọn linh kiện có dòng điện, áp điều khiển lớn hay nhỏ, tần số xung PWM… Và chúng sẽ quyết định đến khả năng điều khiển của cầu H. Trong bài này, mình sẽ giới thiệu chi tiết nguyên lý hoạt động của mạch cầu H và những linh kiện liên quan để bất cứ bạn nào mới tiếp xúc với điện tử đều có thể hiểu và làm được. Các bạn cố gắng đọc thật kỹ, đừng đọc lướt nhé!
Giới thiệu mạch cầu H
Mạch cầu H là một trong những mạch công suất hết sức cơ bản và có nhiều ứng dụng trong việc điều khiển động cơ DC cũng như động cơ bước 2 cặp cực.Thực chất có rất nhiều kiểu cầu H khác nhau dùng cho các đối tượng khác nhau.Sự khác nhau của chúng nằm ở khả năng điều khiển của cầu H.Dòng , áp điều khiển lớn hay nhỏ , có điều tốc hay không,tần số xung PWM ảnh hưởng lớn tới việc chọn linh kiện làm cầu H.
Giả sử bạn có một động cơ DC có 2 đầu A và B, nối 2 đầu dây này với một nguồn điện DC (ắc qui điện – battery). Ai cũng biết rằng nếu nối A với cực (+), B với cực (-) mà động cơ chạy theo chiều thuận (kim đồng hồ) thì khi đảo cực đấu dây (A với (-), B với (+)) thì động cơ sẽ đảo chiều quay. Tất nhiên khi bạn là một “control guy” thì bạn không hề muốn làm công việc “động tay động chân” này (đảo chiều đấu dây), bạn ắt sẽ nghĩ đến một mạch điện có khả năng tự động thực hiện việc đảo chiều này, mạch cầu H (H-Bridge Circuit) sẽ giúp bạn. Như thế, mạch cầu H chỉ là một mạch điện giúp đảo chiều dòng điện qua một đối tượng. Tuy nhiên, rồi bạn sẽ thấy, mạch cầu H không chỉ có một tác dụng “tầm thường” như thế. Nhưng tại sao lại gọi là mạch cầu H, đơn giản là vì mạch này có hình chữ cái H. Xem minh họa hình dưới.
Các dạng cấu tạo của mạch cầu H
Mạch cầu H được cấu tạo bởi 2 dạng chính :
a) Dạng 1 : Được cấu tạo bởi 4 transitor (Fet) Cùng kênh N. Sơ đồ nguyên lý mạch được cấu tạo như sau :(Tôi chỉ vẽ mạch dùng transitor để mình họa)
Đối với dạng này thì được cấu tạo bởi các transitor cùng kênh N. và chỉ cần 2 tín hiệu điều khiển kích mở các transitor
b) Dạng 2 : Được cấu tạo bởi 2 cặp đôi transitor P,N hay FET (THuận Ngược). Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nó được cấu tạo như sau :(Tôi cũng dùng transitor mình họa
Đối với thiết kế này quả là thấy khá là ổn định đối với điện áp đầu vào nhỏ khoảng 24V. Đối với mạch công suất lớn thì các FET công suất lớn thường ko có kênh P nên ta ko dùng được theo cách này mà phải dùng theo cách 1.
Nguyên lí hoạt động của mạch cầu H
Theo như sơ đồ trên, ta có A và B là 2 cực điều khiển được mắc nối tiếp với 2 điện trở hạn dòng, Tùy vào loại transistor bạn đang dùng mà trị số điện trở này khác nhau. Phải đảm bảo rằng dòng điện qua cực Base của các transistor không quá lớn để làm hỏng chúng. Trung bình thì dùng điện trở 1k Ohm.
Ta điều khiển 2 cực này bằng các mức tín hiệu HIGH, LOW tương ứng là 12V và 0V.
Nhớ lại rằng:
Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện áp ở cực Collector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V.
Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng 0V.
Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho mỗi cực, có 4 trường hợp xảy ra như sau:
A ở mức LOW và B ở mức HIGH
Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng. Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q 4 mở. Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận. Bạn để ý các cực (+) và (-) của động cơ là sẽ thấy.
Bạn có thể hình dung dòng điện trong mạch nó như thế này
A ở mức HIGH và B ở mức LOW
Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở. Ở phía B, transistor Q2 mở, Q 4 đóng. Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q2, qua động cơ đến Q3 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược.
Bạn có thể hình dung dòng điện trong mạch nó như thế này
A và B cùng ở mức LOW
Khi đó, transistor Q1 và Q2 mở nhưng Q3 và Q4 đóng. Dòng điện không có đường về được GND do đó không có dòng điện qua động cơ – động cơ không hoạt động.
A và B cùng ở mức HIGH
Khi đó, transistor Q1 và Q2 đóng nhưng Q3 và Q4 mở. Dòng điện không thể chạy từ nguồn 12V ra do đó không có dòng điện qua động cơ – động cơ không hoạt động.
Như vậy, để dừng động cơ, điện áp ở 2 cực điều khiển phải bằng nhau.
Sử dụng mạch cầu H trong IC SN754410
IC SN754410 là IC tích hợp mạch cầu H, có thể điều khiển cùng lúc 2 động cơ chạy theo 2 hướng độc lập nhau.
Một số thông số cơ bản như sau:
- Điện áp hoạt động tối đa: 36V
- Cường độ dòng điện tối đa cấp cho mỗi động cơ: 1.1A
- Cường độ dòng điện tối đa trong toàn mạch: 2A
- Công suất tỏa nhiệt tối đa: 2075mW
- Điện áp ở mức HIGH: 2V – 5.5V
- Điện áp ở mức LOW: -0.3V – 0.8V
Sơ đồ chân của IC SN754410
- Các chân M1 Forward và M1 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M1 của mạch cầu H.
- Các chân M2 Forward và M2 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M2 của mạch cầu H.
- M1 Enable và M2 Enable là 2 chân đóng ngắt động cơ M1, M2. Cấp điện áp LOW cho chúng để dừng động cơ và HIGH (5V) để cho phép động cơ hoạt động.
- Motor Power IN là chân cấp nguồn cho động cơ hoạt động.
- +5V là chân cấp nguồn 5V cho IC.
Nếu không tìm được IC SN754410, bạn có thể sử dụng IC L293D với sơ đồ chân y hệt như vậy.
Sử dụng trong Arduino
Ở đây mình sẽ làm mẫu một động cơ, với động cơ còn lại các bạn cũng có thể làm tương tự.
Sơ đồ mạch như sau
Trên đây là những thông tin liên quan đến Mạch Cầu H do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những thông tin mà chúng tôi chia sẻ sẽ đem lại cho các bạn những kiến thức bổ ích nhé!
