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Sie sind ein Anfänger mit Dasduino? Oder in der Elektronik? Ein bestimmtes Modul hat Ihr Interesse geweckt, aber Sie wissen nicht, wie man es benutzt? Keine Sorge, HUM ist für Sie da! How to Use Module (HUM) ist eine Blog-Tutorial-Reihe von Soldered, in der Sie alles finden, was Sie brauchen, um mit Ihrem Lieblingsmodul zu arbeiten. Die Tutorials umfassen: technische Eigenschaften, Funktionsweise, Anleitungen zur Verbindung des Moduls mit Dasduino und den grundlegenden Code. Alles andere bleibt Ihrer Fantasie überlassen.
EINLEITUNG
Sie sind sicherlich schon einmal mit einem Gleichstrommotor in Berührung gekommen. Sie wissen, dass das Anschließen der Pins des Gleichstrommotors an eine bestimmte Spannungsquelle dazu führt, dass sich der Motor in eine Richtung dreht. Wenn wir die Pins des Motors vertauschen und die Stromquelle entgegengesetzt anschließen, dreht sich der Motor in die entgegengesetzte Richtung. Diese Eigenschaft des Motors ist sehr nützlich, aber es ist kompliziert, die Pins des Motors ständig manuell zu wechseln. Es muss doch eine elektronische Schaltung geben, die das für uns erledigen kann? Natürlich gibt es die. Die Antwort liegt in der H-Brücken-Schaltung. Mit ihr können wir die Drehrichtung des Motors einfach und sicher ändern. Im Folgenden werden wir das Funktionsprinzip der H-Brücke genauer erläutern.
Eigenschaften:
• Maximalstrom: –
• Maximalspannung: –
• Steuerung über A und B Steuerpins
WIE FUNKTIONIERT ES?
Eine H-Brücke ist eine Schaltung, die theoretisch aus vier Schaltern besteht, die an eine Last (z. B. einen Gleichstrommotor) angeschlossen sind. Verschiedene Konfigurationen dieser Schalter ermöglichen es uns, den Stromfluss in der Schaltung zu steuern. Mit der H-Brücke ist es sehr einfach, die Polarität an der Last umzuschalten. Obwohl die Last theoretisch beliebig sein kann, ist die am weitesten verbreitete Anwendung der H-Brücke für Gleichstrom- und Schrittmotoren. Sie wird am häufigsten zur Steuerung und zum Wechsel der Drehrichtung von Gleichstrommotoren eingesetzt. H-Brücken werden auch in vielen anderen Anwendungen wie DC/AC-, AC/AC- oder DC/DC-Wandlern verwendet. Die H-Brückenschaltung erinnert an den Buchstaben H, daher hat sie ihren Namen.
Das obige Bild zeigt ein schematisches Diagramm der H-Brücke. Wir können sehen, dass die H-Brücke aus vier MOSFETs besteht, die auf eine bestimmte Weise verbunden sind. Da die beiden möglichen Zustände der Brücke nicht gleichzeitig umgeschaltet werden können, wurden Dioden in die Schaltung eingefügt (meistens Schottky-Dioden), um ein gleichzeitiges Umschalten der Zustände zu gewährleisten und die Leistung des Stromflusses während dieser kurzen Einbettungszeiten zu begrenzen, ohne dass die Lastspannung zu hoch wird. Das obere Ende der Brücke ist mit einer Stromquelle (z. B. einer Batterie) verbunden, während das untere Ende geerdet ist. Das grundlegende Funktionsprinzip der H-Brücke ist sehr einfach: Wenn Q1 und Q4 eingeschaltet sind, wird das linke Kabel des Motors an die Stromversorgung und das rechte an Masse angeschlossen. Der Strom fließt durch den Motor (sozusagen) in Vorwärtsrichtung, und die Motorwelle beginnt sich zu drehen.
Wenn Q2 und Q3 eingeschaltet sind, passiert genau das Gegenteil: Der Motor wird in umgekehrter Richtung mit Strom versorgt, und die Welle dreht sich in die entgegengesetzte Richtung.
Man darf Q1 und Q2 (oder Q3 und Q4) niemals gleichzeitig schließen! Wenn dies geschieht, entsteht ein direkter Pfad zwischen der Versorgungsspannung und Masse mit sehr geringem Widerstand, was letztendlich zu einem Kurzschluss führt. Ein Kurzschluss kann zur Zerstörung der H-Brücke oder einer anderen Komponente in der Schaltung führen.
Die folgende Tabelle zeigt alle möglichen Kombinationen von Schalterzuständen und deren Ergebnis.
Es ist zu beachten, dass dieses Modul nur zwei Steuerpins (A und B) besitzt, die zur Steuerung des H-Brückenbetriebs verwendet werden. Pin A ist mit 2 MOSFETs (Q1 und Q2) verbunden, die tatsächlich ein N-Kanal- und ein P-Kanal-MOSFET sind. Der Grund dafür ist die Eliminierung von Zuständen, in denen Q1 und Q2 gleichzeitig „eingeschaltet“ sind. Wenn der N-Kanal-MOSFET Strom leitet, leitet der P-Kanal-MOSFET nicht, und dies stellt sicher, dass Q1 und Q2 zu keinem Zeitpunkt im selben Zustand sind (mehr über MOSFETs hier). Pin B ist auf die gleiche Weise mit den anderen 2 MOSFETs (Q3 und Q4) verbunden. Dies erleichtert die Arbeit mit dem Modul, da wir nicht darauf achten müssen, versehentlich einen Kurzschluss zu verursachen oder das Modul zu zerstören.
WIE WIRD ES ANGESCHLOSSEN?
Im Folgenden zeigen wir den Anschluss des H-Brückenmoduls an einen Gleichstrommotor, den wir mit Dasduino steuern. Die H-Brücke enthält mehrere Pins:
VCC – Eingang für die externe Stromversorgung.
GND – Dient zum Verbinden der Minuspole der Stromversorgung.
A – Steuerpin zur Steuerung des H-Brückenbetriebs.
B – Ein weiterer Steuerpin zur Steuerung des H-Brückenbetriebs.
OUTPUT x2 – Zwei Pins, an die wir die Last (z. B. einen Gleichstrommotor) anschließen.
Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für den korrekten Anschluss der H-Brücke an ein Croduino. Es ist wichtig zu beachten, dass die A- und B-Modul-Pins mit dem Croduino verbunden sind, während der Gleichstrommotor an die OUTPUT-Pins angeschlossen ist. Es ist nicht wichtig, welcher OUTPUT-Pin mit welchem Gleichstrommotor-Anschluss verbunden ist, da die Drehrichtung im Programm festgelegt wird.
ARDUINO-CODE
Für die Motorsteuerung mit dem H-Brückenmodul ist keine Bibliothek erforderlich. Durch einfaches Ein- und Ausschalten der A- und B-Anschlüsse mit der Funktion digitalWrite() starten wir den Motor. Der Motor dreht sich nur, wenn der Zustand des A-Pins vom Zustand des B-Pins abweicht. Wenn ihre Zustände gleich sind, A=B, bedeutet dies, dass wir dieselbe Spannung an beide Motoranschlüsse angelegt haben (z. B. +5V oder -5V). Wenn also der A-Pin im HIGH-Zustand und der B-Pin im LOW-Zustand ist, dreht sich der Motor in eine Richtung. Wenn der A-Pin im LOW-Zustand und der B-Pin im HIGH-Zustand ist, dreht sich der Motor in die entgegengesetzte Richtung.
