Comment fonctionne un pont en H?

Comment fonctionne un pont en H?

Pilote de moteur à pont en H

Un pont en H est un circuit électronique qui commute la polarité d’une tension appliquée à une charge. Ces circuits sont souvent utilisés en robotique et dans d’autres applications pour permettre aux moteurs à courant continu de fonctionner en avant ou en arrière[1]. Le nom est dérivé de sa représentation schématique courante, avec quatre éléments de commutation configurés comme les branches d’une lettre “H” et la charge connectée comme la barre transversale.

Le terme H-bridge est dérivé de la représentation graphique typique d’un tel circuit. Un pont en H est construit avec quatre commutateurs (à semi-conducteurs ou mécaniques). Lorsque les interrupteurs S1 et S4 (selon la première figure) sont fermés (et que S2 et S3 sont ouverts), une tension positive est appliquée aux bornes du moteur. En ouvrant les interrupteurs S1 et S4 et en fermant les interrupteurs S2 et S3, cette tension est inversée, ce qui permet un fonctionnement inverse du moteur.

En utilisant la nomenclature ci-dessus, les interrupteurs S1 et S2 ne doivent jamais être fermés en même temps, car cela provoquerait un court-circuit sur la source de tension d’entrée. Il en va de même pour les interrupteurs S3 et S4. Cette condition est connue sous le nom de “shoot-through”.

Schéma d’un pont en H

Dans ce tutoriel Arduino, nous allons apprendre à contrôler les moteurs CC à l’aide d’Arduino. Nous examinerons quelques techniques de base pour contrôler les moteurs CC et nous ferons deux exemples à travers lesquels nous apprendrons à contrôler les moteurs CC en utilisant le pilote de moteur L298N et la carte Arduino.

La PWM, ou modulation de largeur d’impulsion, est une technique qui nous permet d’ajuster la valeur moyenne de la tension qui alimente le dispositif électronique en activant et désactivant l’alimentation à un rythme rapide. La tension moyenne dépend du rapport cyclique, c’est-à-dire du nombre de fois où le signal est activé par rapport au nombre de fois où il est désactivé au cours d’une même période.

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Ainsi, en fonction de la taille du moteur, nous pouvons simplement connecter une sortie PWM Arduino à la base d’un transistor ou à la grille d’un MOSFET et contrôler la vitesse du moteur en contrôlant la sortie PWM. Le signal PWM de faible puissance de l’Arduino active et désactive la grille du MOSFET, ce qui permet de commander le moteur de forte puissance.

D’autre part, pour contrôler le sens de rotation, il suffit d’inverser le sens du flux de courant à travers le moteur, et la méthode la plus courante pour le faire est d’utiliser un pont en H. Un circuit en pont en H contient quatre éléments de commutation, des transistors ou des MOSFET, avec le moteur au centre, formant une configuration en forme de H. En activant deux commutateurs particuliers en même temps, nous pouvons changer la direction du flux de courant, et donc changer le sens de rotation du moteur.

Double pont en h

Si vous envisagez de travailler avec des robots ou de construire des objets qui bougent, vous devrez éventuellement apprendre à contrôler un moteur CC. Le module H-Bridge L298N, peu coûteux, est un moyen simple d’y parvenir. En couplant le pont en H L298N à un microcontrôleur tel qu’un Arduino, vous pourrez contrôler à la fois la vitesse et le sens de rotation de deux moteurs CC.

Aujourd’hui, les moteurs CC vont des énormes modèles utilisés dans les équipements industriels aux minuscules dispositifs qui peuvent tenir dans la paume de votre main. Ils sont peu coûteux et sont idéaux pour être utilisés dans vos projets de robotique, de quadcoptère et d’Internet des objets.

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Contrairement aux LED, vous ne pouvez pas simplement connecter un moteur CC à l’une des broches de sortie de votre Arduino ou Raspberry Pi et vous attendre à ce qu’il fonctionne. Les moteurs CC ont des exigences en matière de courant et de tension qui dépassent les capacités de votre microcontrôleur ou de votre micro-ordinateur. Il est nécessaire d’utiliser de l’électronique externe pour piloter et contrôler le moteur, et vous aurez probablement besoin d’une alimentation séparée également.

Il existe plusieurs façons de piloter un moteur à courant continu à partir de la sortie de votre appareil informatique. Un seul transistor peut être utilisé pour piloter un moteur à courant continu, ce qui fonctionne bien si vous n’avez pas besoin de changer la direction dans laquelle le moteur tourne.

Pont en H arduino

Un pont en H est une configuration de circuit couramment utilisée pour contrôler la vitesse et la direction d’un moteur CC à balais. L’avantage d’un pont en H est qu’un signal numérique à faible courant peut être utilisé pour commander un moteur à fort courant (ou un autre dispositif). Des circuits complets de pont en H capables de fournir quelques ampères peuvent être achetés dans des boîtiers de circuits intégrés pratiques (voir les puces PWM et pont en H). Le pont en H décrit dans cet article est capable de supporter des courants allant jusqu’à environ 40A à 24V, mais nécessite l’assemblage d’un PCB.

Dans le schéma du circuit, nous voyons que les 4 mosfets entourant le moteur forment un “H”. Les mosfets sont utilisés comme interrupteurs et sont activés par paires diagonales. Pour appliquer une tension directe au moteur, les mosfets 1=4=on et 2=3=off, ce qui fait tourner le moteur dans le sens direct (PWM=100% duty cycle). Pour faire tourner le moteur en sens inverse, 1=4=off et 2=3=on (PWM=0% duty cycle).

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Pour que le moteur reste immobile, la tension avant est appliquée la moitié du temps et la tension arrière la moitié du temps (PWM=50% du cycle de service). Si les inversions de tension sont à une fréquence suffisamment élevée, le cyclage est imperceptible. En général, 20 kHz est un bon choix pour la fréquence PWM, car elle est bien au-delà de la gamme dynamique des moteurs et juste au-delà de la gamme de l’audition humaine. Pour plus d’informations sur le PWM, voir Driving a DC Motor using PWM et Pulse Width Modulation.