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什么是H橋?

H橋是一個比較簡單的電路，通常它會包含四個獨立控制的開關元器件(例如MOS-FET),它們通常用于驅動電流較大的負載，比如電機，至于為什么要叫H橋(H-Bridge)，因為長得比較像字母H，具體如下圖所示;

這里有四個開關元器件Q1，Q2，Q3，Q4，另外還有一個直流電機M，D1，D2，D3，D4是MOS-FET的續流二極管;

開關狀態

下面以控制一個直流電機為例，對H橋的幾種開關狀態進行簡單的介紹，其中正轉和反轉是人為規定的方向，實際工程中按照實際情況進行劃分即可;

正轉

通常H橋用來驅動感性負載，這里我們來驅動一個直流電機;

• 打開Q1和Q4;
• 關閉Q2和Q3;

此時假設電機正轉，這電流依次經過Q1，M，Q4，在圖中使用黃色線段進行標注，具體如下圖所示;

正轉

反轉

另外一種狀態則是電機反轉;此時四個開關元器件的狀態如下;

• 關閉Q1和Q4;
• 打開Q2和Q3;

此時電機反轉(與前面介紹的情況相反)，這電流依次經過Q2，M，Q3，在圖中使用黃色線段進行標注，具體如下圖所示;

反轉

調速

如果要對直流電機調速，其中的一種方案就是;

• 關閉Q2，Q3;
• 打開Q1，Q4上給它輸入50%占空比的PWM波形，這樣就達到了降低轉速的效果，如果需要增加轉速，則將輸入PWM的占空比設置為100%;

具體如下所示;

停止狀態

這里以電機從正轉切換到停止狀態為例;

• 正轉情況下;Q1和Q4是打開狀態;
• 這時候如果關閉Q1和Q4，直流電機內部可以等效成電感，也就是感性負載，電流不會突變，那么電流將繼續保持原來的方向進行流動，這時候我們希望電機里的電流可以快速衰減;

這里有兩種辦法：

第一種：關閉Q1和Q4，這時候電流仍然會通過反向續流二極管進行流動，此時短暫打開Q1和Q3從而達到快速衰減電流的目的;

第二種：準備停止的時候，關閉Q1，打開Q2，這時候電流并不會衰減地很快，電流循環在Q2，M，Q4之間流動，通過MOS-FET的內阻將電能消耗掉;

應用

實際使用的時候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，市面上已經有很多比較常用的IC方案，比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。接上電源、電機，通過輸入控制信號就可以驅動電機了;

下面是某寶上的L298N模塊，比較常見，對于新手玩家非常友好，接線也十分簡單;

L298N模塊

這個模塊有一個板載5V穩壓器，該穩壓器可使用跳線的方式進行使能。

如果電機電源電壓高達12V，我們可以啟用5V穩壓器，并且5V引腳可以用作輸出，例如給Arduino板供電。

但是，如果電動機電壓大于12V，則必須斷開跳線，因為這些電壓會損壞板載5V穩壓器。

在這種情況下，5V引腳將用作輸入，因為我們需要將其連接到5V電源，以使IC正常工作。

我們在這里可以注意到，該IC的電壓降約為2V。因此，如果使用12V電源，則電動機端子上的電壓約為10V，這意味著我們將無法從12V直流電動機中獲得最大速度。

這里使用Arduino為例，這是網上找的一個Demo整體的框架如下圖所示;

架構

#define enA 9 
#define in1 6 
#define in2 7 
#define button 4 
 
int rotDirection = 0; 
int pressed = false; 
 
void setup() { 
  pinMode(enA, OUTPUT); 
  pinMode(in1, OUTPUT); 
  pinMode(in2, OUTPUT); 
  pinMode(button, INPUT); 
  // Set initial rotation direction 
  digitalWrite(in1, LOW); 
  digitalWrite(in2, HIGH); 
} 
 
void loop() { 
// Read potentiometer value 
  int potValue = analogRead(A0);  
  // Map the potentiometer value from 0 to 255 
  int pwmOutput = map(potValue, 0, 1023, 0 , 255);  
  // Send PWM signal to L298N Enable pin 
  analogWrite(enA, pwmOutput);  
 
  // Read button - Debounce 
  if (digitalRead(button) == true) { 
    pressed = !pressed; 
  } 
  while (digitalRead(button) == true); 
  delay(20); 
 
  // If button is pressed - change rotation direction 
  if (pressed == true  & rotDirection == 0) { 
    digitalWrite(in1, HIGH); 
    digitalWrite(in2, LOW); 
    rotDirection = 1; 
    delay(20); 
  } 
  // If button is pressed - change rotation direction 
  if (pressed == false & rotDirection == 1) { 
    digitalWrite(in1, LOW); 
    digitalWrite(in2, HIGH); 
    rotDirection = 0; 
    delay(20); 
  } 
} 

簡單描述一下：首先我們需要定義程序所需的引腳和變量。

在setup()中，我們需要設置引腳模式和電機的初始旋轉方向。

在loop()中，我們先讀取電位器值，然后將從中獲得的值從0到1023變化，線性映射到PWM信號的0到255的值，將其從0到100%的占空比。

然后使用analogWrite()函數將PWM信號發送到L298N板的Enable引腳，該引腳實際上驅動電動機。

接下來，我們檢查是否按下了按鈕，如果是的話，我們將輸入1和輸入2的狀態反置，從而改變電動機的旋轉方向。該按鈕將用作切換按鈕，每次按下該按鈕都會改變電動機的旋轉方向。

某寶上這種小車很多，如下圖所示;主控可以換成51單片機或者STM32，當然Arduino也沒問題，使用L298N就可以快速搭建一個小車了;

某寶的小車

總結

本文簡單介紹了H橋的原理，并以直流電機為例簡單介紹了驅動的狀態，整體比較簡單，適合新手玩家，最后給出了基于Arduino和L298N的驅動示例，僅供參考，感興趣可以去某寶逛逛，enjoy。