Mạch cầu H thường được sử dụng trong robot, xe tự hành và các ứng dụng khác liên quan đến động cơ.. Giới thiệu về mạch cầu H Mạch cầu H là một mạch điện được sử dụng để điều khiển và đả
Trang 1
——————=a>=>«:1:+=—= t+—
wae
TRUONG DAI HOC BACH KHOA
TP.HCM
BAO CAO BAI TAP LON VAT Li BAN DAN
Dé tai:
TIM HIEU VE MACH CAU H- MACH LAI DONG CO
Giáo viên hướng dân: T.S Trần Hoàng Linh
Nhóm: L09- 20
Thành phố Hỗ Chí Minh, ngày 16 tháng 06 năm 2024
oe? Se KOSS OO —
Trang 2
DANH SACH SINH VIEN VA BANG PHAN CONG NHIEM VU
Sinh viên thực hiện MSSV Nhiệm vụ
1 Hoàng Diệu Linh 2311845 v Cau tạo - nguyên lí - ứng dụng của mạch
- Trưởng nhóm cau H
2 Lê Thị Vũ Hạ 2310893 | Thiết kế powerpoint
3 Trần Hoài Nam 2312193 Mô phỏng trên phân mêm Proteus
` ˆ v Phân tích mạch và vai trò của linh kiện
4 Huỳnh Ngọc Lộc 2311946 v Tổng hợp báo cáo
Trang 4
LOI MO DAU
Mạch cầu II - mạch lái động cơ là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật điện tử và
tự động hóa Nó liên quan đến việc điều khiển và quản lý hoạt động của các loại động cơ,
bao gồm động cơ DC, động cơ bước, và động cơ xoay Mạch lái động cơ đảm bảo rằng động cơ hoạt động hiệu quả, an toàn và theo đúng yêu cầu của ứng dụng Các chuyên gia
trong lĩnh vực này phải nằm vững kiến thức về điện tử, điều khiển và cơ học đề thiết kế,
triển khai và duy trì các hệ thống động cơ phức tạp
Mạch cầu H là một mạch đơn giản dùng đề điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc quay nghịch Nó bao gồm bốn công tắc điện tử được kết hợp thành một cấu trúc hình chữ
H Mạch cầu II cho phép kiểm soát và thay đổi hướng chuyên động của động co bang cách tắt và bật các công tắc điện tử tương ứng Nó có nhiều ứng dụng trong việc điều khiển động cơ DC và động cơ bước 2 cặp cực
Nguyên lý hoạt động của mạch cầu II dựa trên việc đảo chiều dòng điện qua đối tượng, cho phép thay đổi hướng quay của động cơ Vì hình dạng của mạch này giống chữ
“H” nên được gọi là mạch cau H
Mạch câu H là một phần quan trọng trong điện tử công suất và điều khiên động cơ
Nó cho phép kiểm soát hướng quay của động cơ DC bằng cách tắt và bật các công tắc điện tử tương ứng Mạch cầu H thường được sử dụng trong robot, xe tự hành và các ứng
dụng khác liên quan đến động cơ Dưới đây là phân trình bày về việc tìm hiểu chỉ tiết về
nguyên lý hoạt động và ứng dụng của mạch cầu H
Trang 5
PHẢN I: CÂU TẠO-NGUYÊN LÍ-ỨNG DỤNG MẠCH CÂU H
1 Giới thiệu về mạch cầu H
Mạch cầu H là một mạch điện được sử dụng để điều khiển và đảo ngược hướng đòng điện của một tải điện Nó còn được gọi là mạch dao 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 khiên bởi tín hiệu từ một bộ điều khiên, thường là một vi điều khiên hoặc mạch điều khiên
š
Suggested Pull-Up
—w a oe E p-Chan 1 ¬ Schottky Diode | 74> ys — W—— B
MOSFET
* ' 4 Y
B < > A
Resistor
Hinh 1; Mach cau H str dung MOSFET
vec
Transistor1 Transistor3
Trang 6
Hình 2: Mạch cầu H sử dụng BỊT Một số dang mach cau H:
- Mach cau H véi transistor NPN/PNP
- Mach cau H voi MOSFET
- Mach cau H da cap
- Mach cau H tich hop
2 Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H
Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H là khi hai công tắc điện tử đối diện được kích hoạt, dòng điện có thê chạy qua tải theo một hướng Khi hai công tắc còn lại được kích hoạt, dòng điện sẽ chạy qua tải 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 nguôn điện xoay chiêu từ nguôn điện một chiêu
Vpạ:
‘A’ side T ‘B’ side
= D1 D3 ——*l
E—— ——]|
= D2 D4 À r—*'l
O2 O4
I
Hình 3: Minh họa một mạch cầu H
a) ỌI, Q2, Q3 và Q4 mở
Trang 7
Khi cả 4 transistor đều mở, không có dòng điện chạy trong mạch, mạch cầu không
hoạt động
b) QI và Q4 đóng, Q2 và Q3 mở
Ở phia A, transistor Q1 dong, Q2 mo Ở phia B, transistor Q4 dong, Q3 mo Do đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn đến QI, qua động cơ đến Q4 dé vé GND Gia
sử lúc này động cơ quay theo chiều thuận
c) Q2 và Q3 đóng, Q1 và Q4 mớ
Ở phía A, transistor Q2 đóng, Q1 mở Ở phía B, transistor Q3 đóng, Q4 mở Do đó, dòng điện trong mạch có thê chạy từ nguồn đến Q3, qua động cơ đến Q2 để về GND Lúc này,
động cơ quay theo chiều ngược
Trang 8
Voat
d) Q1 và Q2 (hoặc Q3 và Q4) đóng
Khi đóng cả Q1 và Q2 (hoặc Q3 và Q4) sẽ tạo ra một đường dẫn trực tiếp từ nguồn xuống GND va gay ra hiện tượng ngắn mạch Nguồn sẽ bị hỏng và nghiêm trọng hơn có thê
cháy nô mạch
e) Q1 và Q3 (hoặc Q2 và Q4) đóng
Với trường hợp này, cả 2 phía A, B của động cơ cùng nối với một mức điện áp, sẽ không có dòng điện nào chạy qua, mạch cầu H không hoạt động Đây có thể coi là một cách “thắng” động cơ (nhưng không phải lúc nào cũng có tác dụng) Nói chung, chúng ta
8
Trang 9
nén tranh truong hop nay xay ra, nếu muốn mạch cầu không hoạt động thì nên mở tắt cả
các khóa thay vì dùng trường hợp này
Q1 Q2 Q3 Q4 Dong co
0 0 0 0 Không quay
1 0 0 1 Quay thuận
0 1 1 0 Quay nghich
1 1 0 0 Ngan mach
0 0 1 1 Ngan mach
1 0 1 0 Không quay
0 1 0 1 Không quay
3 Ứng dụng của mạch cầu H
Mạch cầu H có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực điện tử và điều khiển Dưới đây
là một sô ví dụ về các ứng dụng phô biên của mạch câu H:
e©_ Điều khiển động cơ DC: Mạch cầu H được sử dụng để điều khiển động cơ DC
trong các ứng dụng như xe điều khiển từ xa, robot, máy in 3D và các thiết bị tự động khác Nó cho phép thay đổi hướng quay của động cơ và kiểm soát tốc độ quay
® - Điều khiến động cơ bước (Stepper motor): Mạch cầu H cũng được sử dụng để điều khiển động cơ bước Động cơ bước được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu chính xác vị trí, như máy CNC, may ïn, robot công nghiệp và thiết bị y tế
e - Hệ thống điều khiển năng lượng mặt trời: Mạch cầu H được sử dụng trong các hệ
thống năng lượng mặt trời để điều khiển động cơ hoặc bơm điều chỉnh vị trí của
bảng pin mặt trời Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng mặt trời bang cách đảm bảo bảng pin luôn hướng về ánh sáng mặt trời
¢ Điều khiển servo motor: Mach cau H cũng được sử dụng để điều khiển servo
motor Servo motor thường được sử dụng đề điều khiển các cơ cầu di chuyên như cánh tay robot, cánh quạt và cơ cầu cầm tay Mạch cầu H giúp điều chính góc quay
cua servo motor đê đạt được vị trí và góc quay chính xác
Trang 10
e Hé thống lái xe tự động: Trong lĩnh vực xe tự động, mạch cầu H được sử dụng dé
điều khiên động cơ và hệ thống truyền động của xe Nó cho phép thay đối hướng
di chuyén và tốc độ của xe theo tín hiệu từ hệ thống điều khiến
10
Trang 11
PHAN II: PHAN TICH MACH VA VAI TRO LINH KIEN
1 Sơ đồ mạch cầu H
T BAT1
2 Các linh kiện được sử dụng
- - Các thành phần chính:
o_ Bốn transistor 2N2222 (Q1, Q2, Q3, Q4): Dây là những transistor NPN lưỡng cực (BJT) Chúng hoạt động như các "công tắc" điện tử, bật hoặc tắt
đề điều khiên dòng điện qua động cơ
o_ Bốn điện trở (R1, R2, R3, R4): Các điện trở này giới hạn dòng điện qua
cac transistor khi chung được bật, bảo vệ chúng khỏi bị hư hỏng
o_ Nguồn điện 9V (BATI1): Cung cấp năng lượng cho toàn bộ mạch Ở đây là một cục pm 9V,
o Dong co DC (MOTOR)
o_ Công tắc SPDT (SWI): Được sử dụng để đảo chiều quay của động co bằng cách thay đôi kết nối giữa các transistor
«ồ - Nguyên lý hoạt động:
o_ Để động cơ quay nghịch (ngược chiều kim đồng hò): Q1 và Q4 được bật, Q2 và Q3 được tắt Dòng điện chạy từ cực dương của pin, qua RI, qua Q1, qua động cơ ,qua R3, qua Q4 và trở về cực âm của pin
11
Trang 12
o_ Để động cơ quay thuận (thuận chiều kim đồng hồ): Q2 và Q3 được bat, trong khi QI và Q4 được tắt Dòng điện sẽ chạy từ cực dương của nguồn điện qua R4, Q2, động cơ, R2, Q3 và trở về cực âm của nguồn
12
Trang 13
PHAN II: MO PHONG TREN PHAN MEM PROTEUS
1 Motor quay thuận chiều kim đồng hồ
2 Motor quay ngược chiêu kim đồng hồ
13
Trang 14
TT BAT1
PHAN IV: KET LUAN BAO CAO
Trong bài tập lớn này, chúng em đã nghiên cứu và tìm hiểu về mạch cầu H, một trong những mạch quan trọng và phô biến nhất trong điều khiển động cơ điện một chiều Qua quá trình nghiên cứu, chúng em rút ra được những kết luận chính sau:
Ưu điểm của mạch cầu H:
1 Điều khiển linh hoạt:
- Mạch cầu H cho phép điều khiển chính xác hướng quay của động cơ, có thê đảo chiều
dễ dàng từ quay thuận sang quay ngược và ngược lại
- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ một cách linh hoạt bằng cách sử dụng kỹ thuật
điều chế độ rong xung (PWM)
2 Ứng dụng rộng rãi:
- Mạch cầu H được sử dụng phô biến trong nhiều ứng dụng khác nhau như robot, xe điện, và các hệ thông tự động hóa nhờ khả năng điều khiển động cơ hiệu quả
3 Hiệu quả cao:
14
Trang 15
- Với thiết kế đúng, mạch cầu H có thể đạt được hiệu suất cao trong việc truyền tải
năng lượng từ nguồn điện đến động cơ, giảm thiểu tốn thất năng lượng
Nhược điểm của mạch cầu H:
1 Phức tạp trong thiết kế:
- Thiết kế và xây dựng mạch cầu H yêu câu hiều biết sâu về các linh kiện điện tử và kỹ thuật điều khiển, đòi hỏi kỹ năng cao và kiến thức chuyên môn
-Việc điều khiển và đồng bộ hóa các transistor hoặc MOSFET trong mạch cầu H cũng phức tạp và yêu cầu thiết kế kỹ lưỡng
2 Chỉ phí:
- Mạch cầu H có thể tốn kém hơn so với các mạch điều khiển đơn giản khác do số
lượng linh kiện cần thiết và độ phức tạp của thiết kẻ
Tóm lại, qua bài tập lớn này, chúng em đã có cái nhìn toàn diện về mạch cầu H Việc nghiên cứu và thiết kế mạch cầu H không chỉ giúp chúng em củng cô kiến thức lý thuyết
mà còn hiểu rõ hơn cách áp dụng kiến thức vật lý bán dẫn vào các giải pháp kỹ thuật thực tiên
15
Trang 16
PHAN V: TAI LIEU THAM KHAO
[1] https://dientutuonglai.com/mach-cau-h-mach-cau-h-la-gi html
[2] https:/Awww.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/h-bridges-the-basics/
[3] https://www.echipkool.com/2016/05/mach-cau-h-dung-mosfet html
> Qua việc thực hiện đề tài, nhóm em đã đạt được những kết quả sau:
- Hiểu rõ hơn về các lý thuyết về mạch cầu H
- _ Cải thiện kĩ năng viết tiêu luận, báo cáo đồ án
- _ Sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng mạch
1ó