Mạch cầu H là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các dạng mạch cầu H

Mạch cầu H là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các dạng mạch cầu H

Mạch cầu H là một thành phần quan trọng trong lĩnh vực điện tử và điều khiển. Nó có khả năng điều khiển và đảo ngược hướng dòng điện của tải điện thông qua việc kích hoạt các công tắc điện tử. Mạch cầu H được sử dụng rộng rãi trong robot học, xe tự động và các ứng dụng công nghiệp khác. Sự linh hoạt và hiệu quả của nó đã làm cho mạch cầu H trở thành công nghệ không thể thiếu trong điện tử và điều khiển. Cùng tìm hiểu mạch điện này cùng chúng tôi để hiểu rõ hơn về nó.

Mạch cầu H là gì?

Mạch cầu H là một mạch điện được sử dụng để điều khiển và đảo ngược hướng dòng điện của một tải điện. Nó còn được gọi là mạch đảo hai pha hoặc mạch đảo cầu.

Mạch bao gồm bốn công tắc điện tử (thường là transistor hoặc MOSFET) được kết nối theo hình dạng hình chữ H. Các công tắc này được điều khiển bởi tín hiệu từ một bộ điều khiển, thường là một vi điều khiển hoặc mạch điều khiển.

Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H là khi hai công tắc điện tử đối diện được kích hoạt, dòng điện có thể chảy qua tải điện theo một hướng. Khi hai công tắc còn lại được kích hoạt, dòng điện sẽ chảy qua tải điện theo hướng ngược lại. Điều này cho phép mạch cầu H thực hiện chức năng đảo ngược dòng điện, điều khiển chuyển động và hướng quay của động cơ, hay thậm chí tạo ra một nguồn điện xoay chiều từ nguồn điện một chiều.

Mạch cầu H được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử và điều khiển, bao gồm robot, xe tự lái, hệ thống định vị, thiết bị điều khiển động cơ và các ứng dụng công nghiệp khác. Nó cung cấp một cách linh hoạt để điều khiển tải điện và thay đổi hướng dòng điện một cách hiệu quả và đáng tin cậy.

Mạch cầu H hay H Bridge circuit

Xem thêm: Mạch chỉnh lưu cầu là gì? Sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động

Mạch cầu H là một mạch đơn giản được sử dụng để điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc quay ngược. Có nhiều loại mạch cầu H khác nhau, phụ thuộc vào các linh kiện được sử dụng như dòng điện, áp điều khiển và tần số xung PWM. Trang web “Điện Tử Số” sẽ cung cấp thông tin chi tiết về nguyên lý hoạt động của mạch cầu H và các linh kiện liên quan, giúp người mới học điện tử hiểu và làm được mạch cầu H. Hãy đọc kỹ để nắm vững kiến thức này, đừng đọc qua loa nhé! Mạch cầu H là một trong 15 mạch cơ bản dành cho người mới học điện tử.

Mô hình hoạt động của mạch cầu H

Trong mô hình này, chúng ta sử dụng mạch cầu H để điều khiển động cơ một chiều. Động cơ DC có thể quay theo chiều thuận hoặc chiều nghịch, tùy thuộc vào cách chúng ta kết nối cực âm và cực dương cho động cơ đó.

Mạch cầu H được thiết kế để điều khiển động cơ DC hoặc tải điện theo hai hướng: hướng thuận và hướng ngược. Mạch này bao gồm bốn transistor hoặc MOSFET được kết nối với nhau theo cấu trúc dạng cầu.

Khi một cặp transistor được kích hoạt, một transistor ở phía trên và một transistor ở phía dưới, dòng điện sẽ chảy qua tải theo hướng tương ứng. Khi cặp transistor khác được kích hoạt, hướng dòng điện sẽ đảo ngược, từ đó điều khiển tải đi theo hướng khác.

Việc điều khiển được thực hiện thông qua các cổng điều khiển được kết nối đến bốn transistor hoặc MOSFET. Khi điện áp được đưa vào các cổng này, các transistor sẽ được kích hoạt hoặc ngưng hoạt động tùy thuộc vào tín hiệu đầu vào tại cổng.

Ví dụ

giả sử chúng ta sử dụng mạch cầu H để điều khiển động cơ DC. Khi chúng ta kích hoạt công tắc S1 và S4 trong mạch, dòng điện sẽ chảy từ nguồn điện qua động cơ theo hướng quay thuận. Trong trường hợp này, S2 và S3 sẽ không được kích hoạt. Điều này tạo ra một đường dẫn dòng điện liên tục từ nguồn điện tới động cơ, cho phép nó quay thuận.

Ngược lại, nếu chúng ta kích hoạt công tắc S2 và S3, trong khi S1 và S4 không được kích hoạt, dòng điện sẽ chảy qua động cơ theo hướng quay ngược. Trong trường hợp này, đường dẫn dòng điện liên tục được tạo ra từ nguồn điện tới động cơ cho phép nó quay ngược.

Như vậy, bằng cách thay đổi trạng thái của các công tắc điện tử trong mạch cầu H, chúng ta có thể điều khiển và đảo ngược hướng quay của động cơ DC. Điều này rất hữu ích trong nhiều ứng dụng, như điều khiển chuyển động của robot, hệ thống xe tự động hoặc các ứng dụng công nghiệp khác.

Các dạng Mạch cầu H

Có nhiều dạng mạch cầu H khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và điều khiển. Mỗi dạng mạch cầu H có ưu điểm và hạn chế riêng, và lựa chọn dạng mạch phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và điều kiện hoạt động. Dưới đây là một số dạng mạch cầu H chi tiết:

Mạch cầu H với transistor NPN/PNP

Đây là dạng mạch cầu H đơn giản nhất và phổ biến nhất. Mạch này sử dụng transistor NPN và PNP để điều khiển động cơ. Khi transistor NPN ở trạng thái dẫn và transistor PNP ở trạng thái cắt, động cơ quay theo chiều thuận. Ngược lại, khi transistor PNP ở trạng thái dẫn và transistor NPN ở trạng thái cắt, động cơ quay theo chiều ngược lại. Điều này cho phép điều khiển động cơ quay ở cả hai chiều.

Mạch cầu H được cấu thành từ 4 transistor

Mạch cầu H với transistor NPN/PNP là một dạng mạch cầu H phổ biến được sử dụng để điều khiển động cơ DC hoặc tải điện theo hai hướng: hướng thuận và hướng ngược. Mạch này sử dụng bốn transistor, trong đó hai transistor là NPN và hai transistor là PNP, được kết nối với nhau theo cấu trúc dạng cầu.

Trong mạch cầu H, hai transistor NPN và hai transistor PNP được kích hoạt xen kẽ để điều khiển động cơ hoặc tải điện. Khi một cặp transistor NPN và PNP được kích hoạt, một trong số chúng ở phía trên và một ở phía dưới, dòng điện sẽ chảy qua tải theo hướng tương ứng. Khi cặp transistor khác được kích hoạt, hướng dòng điện sẽ đảo ngược, từ đó điều khiển tải đi theo hướng khác.

Điều khiển mạch cầu H được thực hiện thông qua các cổng điều khiển kết nối đến bốn transistor NPN và PNP. Khi điện áp được đưa vào các cổng điều khiển này, các transistor sẽ được kích hoạt hoặc ngưng hoạt động tùy thuộc vào đầu vào tại cổng. Sự kích hoạt và ngưng hoạt động của transistor NPN và PNP tạo ra các tín hiệu điều khiển tương ứng để điều chỉnh hướng và tốc độ quay của động cơ hoặc tải điện.

Mạch cầu H với transistor NPN/PNP là một giải pháp đơn giản và hiệu quả để điều khiển động cơ DC hoặc tải điện theo hai hướng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như robot, ô tô tự động, máy in 3D và nhiều thiết bị điện tử khác.

Mạch cầu H với MOSFET

Thay vì sử dụng transistor, mạch cầu H có thể sử dụng MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) để điều khiển động cơ. MOSFET có hiệu suất cao hơn transistor và ít tạo ra nhiệt khi hoạt động. Dạng mạch này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu công suất lớn.

Sử dụng Diode bảo vệ mạch cầu H

Mạch cầu H với MOSFET là một dạng mạch cầu H sử dụng MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) để điều khiển động cơ hoặc tải điện theo hai hướng: hướng thuận và hướng ngược. MOSFET là một loại transistor có hiệu suất cao và khả năng chịu công suất lớn.

Trong mạch cầu H với MOSFET, bốn MOSFET được kết nối với nhau theo cấu trúc dạng cầu. Khi một cặp MOSFET được kích hoạt, một trong số chúng ở phía trên và một ở phía dưới, dòng điện sẽ chảy qua tải theo hướng tương ứng. Khi cặp MOSFET khác được kích hoạt, hướng dòng điện sẽ đảo ngược, từ đó điều khiển tải đi theo hướng khác.

Việc điều khiển mạch cầu H với MOSFET được thực hiện thông qua các cổng điều khiển kết nối đến bốn MOSFET. Khi điện áp được đưa vào các cổng điều khiển này, các MOSFET sẽ được kích hoạt hoặc ngưng hoạt động tùy thuộc vào đầu vào tại cổng. Sự kích hoạt và ngưng hoạt động của MOSFET tạo ra các tín hiệu điều khiển để điều chỉnh hướng và tốc độ quay của động cơ hoặc tải điện.

Mạch cầu H với MOSFET có nhiều ưu điểm, bao gồm hiệu suất cao, ít tạo nhiệt, và khả năng chịu công suất lớn. Do đó, nó thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu công suất cao như robot công nghiệp, xe điện, máy công nghiệp và các thiết bị điện tử có yêu cầu đặc biệt về điều khiển động cơ và tải điện.

Mạch cầu H đa cấp

Mạch cầu H đa cấp sử dụng nhiều cấp độ kích hoạt transistor hoặc MOSFET để tăng công suất và hiệu suất của mạch. Cấu trúc đa cấp giúp giảm tổn thất điện áp và tăng khả năng chịu tải của mạch. Mạch cầu H đa cấp thường được sử dụng để điều khiển động cơ có công suất lớn và tải nặng.

Mạch cầu H đa cấp là một dạng mạch cầu H mở rộng được sử dụng để điều khiển động cơ hoặc tải điện theo nhiều hướng khác nhau. Mạch này bao gồm một số lượng lớn transistor và được kết nối thành các cấp để tạo ra nhiều hướng điều khiển.

Trong mạch cầu H đa cấp, các transistor được tổ chức thành các cấp, mỗi cấp bao gồm một số transistor được kích hoạt xen kẽ để tạo ra các hướng điều khiển riêng biệt. Khi một cấp transistor được kích hoạt, dòng điện sẽ chảy qua tải theo hướng tương ứng. Bằng cách kích hoạt các cấp transistor khác nhau, mạch cầu H đa cấp có thể điều khiển động cơ hoặc tải điện theo nhiều hướng khác nhau.

Việc điều khiển mạch cầu H đa cấp được thực hiện thông qua các cổng điều khiển được kết nối đến các cấp transistor. Khi điện áp được đưa vào các cổng điều khiển này, các transistor trong cấp tương ứng sẽ được kích hoạt hoặc ngưng hoạt động. Sự kích hoạt và ngưng hoạt động của các transistor tạo ra các tín hiệu điều khiển tương ứng để điều chỉnh hướng và tốc độ quay của động cơ hoặc tải điện.

Mạch cầu H đa cấp là một giải pháp mạnh mẽ cho việc điều khiển động cơ hoặc tải điện theo nhiều hướng. Nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển phức tạp và đa chiều như robot tự động, máy CNC (Computer Numerical Control), hệ thống tưới tự động và nhiều hệ thống điện tử công nghiệp khác.

Mạch cầu H tích hợp

Mạch cầu H tích hợp là dạng mạch cầu H được tích hợp vào một vi mạch chung, chẳng hạn như một IC (Integrated Circuit). Việc tích hợp mạch cầu H trong một vi mạch nhỏ gọn giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng tích hợp vào các hệ thống điện tử. Mạch cầu H tích hợp thường đi kèm với các chức năng bảo vệ, điều khiển và phân phối điện.

Mạch cầu H tích hợp là một dạng mạch cầu H được tích hợp trên một chip IC (Integrated Circuit). Thay vì sử dụng các thành phần rời như transistor, MOSFET hay các linh kiện điện tử khác, mạch cầu H tích hợp được thiết kế và sản xuất trên một chip IC duy nhất.

Mạch cầu H tích hợp thường bao gồm bốn transistor hoặc MOSFET và các linh kiện điện tử khác được tích hợp trên cùng một chip. Chip IC này cung cấp các chức năng điều khiển động cơ hoặc tải điện theo hai hướng: hướng thuận và hướng ngược. Nó cũng cung cấp các chân kết nối cho nguồn cấp, tín hiệu điều khiển và đầu ra cho động cơ hoặc tải điện.

Mạch cầu H tích hợp có nhiều ưu điểm, bao gồm kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp vào hệ thống điện tử và tiết kiệm thời gian và công sức trong thiết kế mạch. Ngoài ra, chip IC tích hợp cũng thường đi kèm với các tính năng bảo vệ như bảo vệ quá dòng, quá nhiệt và bảo vệ ngắn mạch, giúp bảo vệ động cơ và tải điện khỏi các nguy cơ hỏng hóc.

Mạch cầu H tích hợp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử như robot, máy in, máy cắt CNC (Computer Numerical Control), xe tự động, hệ thống tưới tự động và nhiều ứng dụng công nghiệp và điện tử khác.

Tìm hiểu Mạch cầu H trong IC SN754410

Mạch cầu H trong IC SN754410 là một mạch cầu H tích hợp được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng điện tử. IC SN754410 là một loại IC (Integrated Circuit) đặc biệt được thiết kế để điều khiển động cơ DC hoặc tải điện theo hai hướng.

IC SN754410 bao gồm bốn transistor MOSFET và các linh kiện điện tử khác được tích hợp trên cùng một chip. Mạch cầu H trong IC này cho phép điều khiển động cơ DC quay thuận và quay nghịch thông qua tín hiệu điều khiển từ các chân kết nối.

IC SN754410 có các chức năng bảo vệ như bảo vệ quá dòng, quá nhiệt và bảo vệ ngắn mạch để đảm bảo an toàn cho động cơ và tải điện. Nó cũng cung cấp các chân kết nối dễ dàng cho nguồn cấp, tín hiệu điều khiển và đầu ra cho động cơ hoặc tải điện.

Sử dụng mạch cầu H trong IC SN754410, bạn có thể điều khiển động cơ DC hoặc tải điện theo nhiều hướng khác nhau. Nó rất hữu ích trong các ứng dụng điện tử như robot tự động, xe tự động, máy in, máy cắt CNC và nhiều ứng dụng khác yêu cầu điều khiển động cơ hoặc tải điện.

IC SN754410 là một giải pháp tiện lợi và tin cậy cho việc điều khiển động cơ hoặc tải điện theo hai hướng trong các ứng dụng điện tử.

IC SN754410 là một bộ điều khiển động cơ đa chức năng tích hợp mạch cầu H để đảo chiều quay của động cơ. Mạch cầu H trong IC SN754410 được cấu tạo như sau: Mạch bao gồm 4 đầu vào điều khiển động cơ, được đánh số là Input 1A, Input 1B, Input 2A và Input 2B. Những đầu vào này được điều khiển bằng 4 transistor nối mềm tích hợp trong IC. Khi áp điện được đưa vào các đầu vào theo các kết hợp phù hợp, mạch cầu H sẽ thay đổi chiều quay của động cơ. Ngoài ra, mạch cầu H còn có 2 chân Enable 1,2 và Enable 3,4, dùng để cho phép hoặc vô hiệu hóa hoạt động của mạch cầu H. Khi các chân Enable 1,2 hoặc Enable 3,4 được kết nối với mức cao (VCC), mạch cầu H sẽ hoạt động theo tín hiệu điều khiển đầu vào. Trái lại, khi các chân Enable 1,2 hoặc Enable 3,4 được kết nối với mức thấp (GND), mạch cầu H sẽ vô hiệu hóa hoạt động, ngăn không cho tín hiệu điều khiển đầu vào ảnh hưởng đến động cơ. Mạch cầu H trong IC SN754410 cho phép đảo chiều quay của động cơ, cho phép điều khiển động cơ quay thuận (theo chiều kim đồng hồ) hoặc quay nghịch (ngược chiều kim đồng hồ) dựa trên tín hiệu điều khiển đầu vào và trạng thái của các chân Enable.

Đây là loại IC tích hợp mạch cầu H và điều khiển được 2 động cơ điện chạy theo 2 hướng độc lập khác nhau.

Một số thông tin cơ bản về IC SN754410 như sau:

  1. Điện áp hoạt động: từ 4.5V đến 36V.
  2. Dòng điện đầu ra tối đa: 1A cho mỗi kênh.
  3. Dòng điện đầu vào tối đa: 36mA.
  4. Số lượng kênh đầu ra: 4.
  5. Công suất tiêu thụ: khoảng 70mW.
  6. Nhiệt độ hoạt động: từ -40 độ C đến 85 độ C.
  7. Tính năng bảo vệ ngắn mạch: tích hợp chức năng bảo vệ ngắn mạch, giúp ngăn ngừa ngắn mạch khi có sự cố xảy ra trên đường dẫn nguồn điện của động cơ.
  8. Chế độ định hướng dòng điện: cho phép chọn chế độ định hướng dòng điện từ đầu vào đến đầu ra (high-side) hoặc từ đầu ra đến đầu vào (low-side).
  9. Điện trở đầu vào tính năng điều khiển: 1.2kΩ (tối đa).
  10. Điện trở đầu vào tính năng không điều khiển: 1MΩ (tối thiểu).
  11. Điện trở đầu ra tối đa: 0.5Ω (mỗi kênh).
  12. Điện áp điều khiển đầu vào (Vih): từ 2.3V đến 5.5V.
  13. Điện áp không điều khiển đầu vào (Vil): từ -0.3V đến 1.5V.
  14. Điện áp đầu vào tối đa (Abs Max Vin): 7V.
  15. Điện áp đầu vào tối đa (Abs Max Vcc): 7V.
  16. Điện áp đầu vào tối thiểu (Vcc min): 4.5V.
  17. Điện áp đầu vào tối đa (Vcc max): 36V.
  18. Điện áp đầu vào logic tối thiểu (Vcc2 min): 2.7V.
  19. Điện áp đầu vào logic tối đa (Vcc2 max): 7V.
  20. Dải tần số hoạt động: từ DC đến 100kHz.
  21. Dải điện áp đầu vào logic: từ -0.3V đến Vcc2 + 0.3V.
  22. Dải điện áp đầu ra logic: từ 0V đến Vcc1.
  23. Chế độ tiết kiệm điện năng: tích hợp chế độ tiết kiệm điện năng khi không hoạt động.

Các thông số kỹ thuật của IC SN754410 giúp đánh giá và lựa chọn phù hợp với các ứng dụng điều khiển động cơ DC hai chiều trong các dự án tự động hóa, điện tử, và robot học tập.

Lời kết

Tổng kết lại, thông qua việc tìm hiểu về Mạch cầu H, chúng ta đã có cơ hội hiểu rõ hơn về thành tựu đáng kinh ngạc của công nghệ điện tử. Mạch cầu H không chỉ là một đột phá trong lĩnh vực công nghệ, mà còn là hệ thống tối ưu, mang lại hiệu suất và độ tin cậy cao.

Việc nắm vững kiến thức về Mạch cầu H sẽ giúp chúng ta áp dụng và tận dụng công nghệ này vào các lĩnh vực khác nhau, từ điện tử công suất, tự động hóa, điện tử viễn thông đến năng lượng tái tạo. Sự phát triển liên tục của Mạch cầu H đồng thời mở ra những tiềm năng và cơ hội mới cho tương lai công nghệ, góp phần vào sự phát triển bền vững của xã hội.

Hy vọng với những kiến thức đã tìm hiểu, chúng ta sẽ tiếp tục đồng hành cùng sự phát triển của Mạch cầu H và đóng góp tích cực vào sự tiến bộ của công nghệ điện tử trong thời đại hiện đại.

Rate this post

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *