6 alternativas de como controlar motores com a Ponte H 7


O controle de motores é algo muito desejável, haja visto que os mesmos dão “vida” à nossa aplicação em determinados projetos com os quais nos deparamos ou pretendemos desenvolver. Nesse artigo vamos apresentar seis maneiras de você fazer isso através de uma estrutura conhecida como Ponte H.

Para uma melhor compreensão do que será apresentado neste artigo, relaciono abaixo os tópicos de como o mesmo será dividido:

O circuito elementar

Ponte H com transistor TBJ

Ponte H com TIP

Ponte H com L293D

Ponte H com L298N

Ponte H com Relé

Ponte H com Shield

Prática

O Circuito elementar

A ponte H é basicamente um circuito eletrônico que permite o controle de motores DC, e motores de passo dependendo dos componentes envolvidos. Este controle permite direcionarmos o motor para um determinado sentido de rotação, horário ou anti-horário. O nome Ponte H, advém da forma elementar que a mesma é constituída, veja na figura abaixo:

Circuito Ponte H com chaves

Figura 1 – Circuito elementar Ponte H

 

Observe que nesta forma elementar, possuímos 4 chaves: S1, S2, S3 e S4. Para cada par de fechamento de chaves, S1 e S4 ou S2 e S3, o motor irá girar em um determinado sentido, horário ou anti-horário. Veja também que neste circuito, temos uma condição proibida de ligação, que seriam, duas chaves de um mesmo lado, o que ocasionaria um curto circuito.

Na figura abaixo, você pode observar o acionamento genérico das chaves para um sentido e outro:

ponte-h-com-chaves-fechadas

Figura 2 – Circuito Ponte H com chaves fechadas

 

Vamos ver agora algumas configurações que podemos utilizar com diferentes componentes eletrônicos para construir o nosso circuito. Nos próximos parágrafos vamos conhecer diferentes estruturas que podemos utilizar, e por fim faremos o devido teste prático de cada uma delas.

Ponte H com transistor TBJ

 

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Figura 3 – Circuito Ponte H com transistor TBJ

 

Lembrando das explicações anteriores com chaves, e observando o circuito acima, para um determinado sentido, devemos ter o transistor Q1 e Q4 em saturação.

Ou seja, devido a configuração utilizar transistores do tipo NPN e PNP, essa condição será satisfeita se não tivermos nenhum sinal na Entrada 1, e termos um sinal na Entrada 2. Para o outro sentido, o mesmo ocorre de maneira inversa. Veja a tabela a seguir:

 

tabela-sentido-ponte-h

Tabela 1 – Entradas e Acionamentos

 

As figuras a seguir exemplificam de maneira mais clara, a condução que passa pelo motor de acordo com as duas condições anteriores.

 

ponte-h-com-transistor-sentido-1

Figura 4 – Ponte H TBJ Sentido 1

 

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Figura 5 – Ponte H TBJ Sentido 2

 

No datasheet dos componentes eletrônicos, temos várias informações relevantes. Um detalhe interessante de citarmos é o gráfico do Ganho pela Corrente Ic. Veja na figura abaixo, o gráfico retirado da documentação do transistor BC548.

 

ganhovscorrenteicbc548

Figura 6 – Ganho vs Corrente BC548

 

Observe que o ganho diminui com o aumento da corrente de coletor (Ic). Por isso você deve atentar a estes parâmetros relacionando-os com a corrente que você necessitará para alimentar o seu motor.

Nos testes práticos que iremos fazer com cada circuito, utilizarei um motor com um consumo na faixa de 200mA a 300mA. Pelo gráfico, podemos observar que para essa faixa, o ganho do nosso circuito será bem menor que o valor de 100, que é o valor para correntes de coletor mais baixas.

Devido as características elétricas dos transistores utilizados, bem como valores máximos possíveis, e até a questão da temperatura, por estarmos trabalhando com o componente em seu limite ou mesmo acima disso, serial ideal trabalharmos com componentes que permitissem uma folga maior. Você poderia por exemplo, utilizar os transistores complementares, BC337 e BC327. O circuito ficaria da seguinte forma:

 

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Figura 7 – Ponte H TBJ BC337 e BC327

 

Deixarei a seu cargo que faça o download do datasheet, conferindo as características elétricas destes componentes, e faça um breve comparativo com os que utilizamos anteriormente. Lá no final, quando efetuarmos o teste prático de todos os circuitos, você vai ver a diferença.

Ponte H com TIP

 

ponte-h-com-tip

Figura 8 – Ponte H com TIP

 

Nesse circuito, estaremos agora utilizando componentes conhecidos como transistores Darlington. A estrutura Darlington é basicamente formada por um arranjo de dois transistores que são combinados para proporcionar um ganho ainda maior. Observe na figura abaixo, que foi retirada do próprio datasheet do TIP122, que é um dos componentes utilizados nesse circuito proposto:

 

transistor-darlington-tip122

Figura 9 – Estrutura transistor darlington

 

O ganho que temos neste tipo de circuito, é basicamente a multiplicação do ganho do transistor 1, pelo transistor 2. Ou seja, apenas para fins de exemplo, supondo que cada transistor tenha um ganho de 100, teríamos um ganho total de 10000 (100×100).

No nosso caso, isso nos oferece um componente muito interessante para se trabalhar com a alimentação dos motores, já que oferece características mais robustas.

Caso você deseje utilizar esta configuração, você pode utilizar componentes que já possuem essa estrutura pronta no seu encapsulamento, como os TIP. Utilizaremos aqui, o TIP122 e o TIP127.

tip-122

Figura 10 – TIP 122/127

Esses componente possui um encapsulamento do tipo TO-220, onde a própria estrutura física já auxilia na dissipação de calor, além de já ter um furo onde você pode utilizar para agregar um dissipador de calor externo caso trabalhe com correntes mais elevadas. Agora, veja na figura abaixo um típico gráfico do Ganho vs Corrente de coletor do TIP 122.

ganhovscorrenteictip122

Figura 11 – Ganho vs Corrente TIP122

Observe que temos um ganho elevado mesmo com uma corrente de coletor maior, a qual no gráfico está na escala de A e não mA, em comparação com o gráfico anterior do BC548 do primeiro circuito.

A moral da história, é que como o TIP possui um ganho maior, conseguirá controlar o motor com uma menor corrente de base, e proporcionará a possibilidade do nosso motor consumir uma corrente maior, como veremos depois nos testes práticos.

Ponte H com L293D

 

Outro componente muito versátil é o CI L293D. Resumindo, este componente já possui em seu encapsulamento o circuito Ponte H. O arranjo da sua estrutura permite que você possa ligar mais de um motor. Alguns parâmetros que você deve atentar-se é que ele trabalha com tensões de 4,5 V a 36 V, e corrente de 600mA.

Portanto fique alerta com o motor que você irá ligar nele, no que se refere a tensão e corrente suportada, e sempre é bom estar atento a questão da temperatura também. Na figura abaixo podemos visualizar o esquema dos terminais do componente:

esquema-e-componente-l293d

Figura 11 – Esquema e componente L293D

 

Na figura abaixo, você tem o diagrama lógico do L293D.

 

diagrama-logico-l293d

Figura 12 – Diagrama Lógico L293D

 

Observe que, no primeiro arranjo temos um pino 1,2EN que habilita o canal dos pinos 1A e 2A, e portanto estão relacionados as saídas conectadas ao nosso motor, 1Y e 2Y. O segundo arranjo, trabalha de forma semelhante, onde temo o pino 3,4EN que habilita o canal dos pinos 3A e 4A, controlando as saídas 3Y e 4Y.  A tabela a seguir esclarece ainda mais a relação da entrada com a saída:

 

logica-de-comando-bidirecional-l293d

Tabela 2 – Relação de Entrada/Saída L293D

 

Ou seja, quando o pino EN – Enable, está ativado, e conforme os valores nos canais de entrada, a nossa saída fará com que o motor gire no sentido horário, anti-horário, ou fique parado.

Vamos então considerar um canal para ligarmos o nosso motor nele. O circuito ficará da seguinte forma:

 

ponte-h-com-l293d

Figura 13 – Ponte H com L293D

 

Considerando o pino EN habilitado (5 V), quando tivermos uma combinação de determinados valores nas nossas entradas, o motor poderá girar em sentido horário ou anti-horário. Veremos o funcionamento do circuito mais adiante.

Ponte H com L298N

 

O CI L298 é um componente que vai na mesma balada que o L293D. No entanto o L298N é um componente mais robusto, trabalhando com tensões de até 46 V e suportando correntes de até 2 A por canal. Também opera com os níveis lógicos, tendo ainda pinos de ENABLE de forma semelhante ao L293D, o qual já comentamos. Veja na figura abaixo o diagrama e uma imagem do componente L298:

 

esquema-e-componente-l298n

Figura 14 – Esquema e Componente L298N

 

No diagrama os pinos 1 e 15, denominados como Current Sensing A e Current Sensing B, possibilitam a conexão de resistores onde podemos medir a corrente naquele determinado ponto. Na montagem do circuito iremos suprimir estes resistores, ligando os pontos direto ao GND.  Nosso circuito ficará da seguinte forma:

 

ponte-h-com-l298n

Figura 15 – Ponte H com L298N

 

Como podemos ver no diagrama, a nomenclatura dos terminais evidencia que o funcionamento é muito simples e segue a lógica de acionamento da ponte H que já estudamos até aqui.

Analisando um dos canais, temos portanto um terminal EnA que habilita o referido canal, e duas entradas In1 e In2, que de acordo com o valores nas mesmas, teremos o controle da direção do motor na nossa saída, os quais são os pinos OUT1 e OUT2.

A mesma análise é semelhante para o outro canal.

Portanto as condições em que teremos o giro do nosso motor será conforme a tabela abaixo:

 

tabela-logica-l298n-motor

Tabela 4 – Relação Entrada/Saída L298N MotorA

 

tabela-logica-l298n-motor-2

Tabela 5 – Relação Entrada/Saída L298N MotorB

 

Cabe mencionar algo que não foi comentado anteriormente, é que você pode inclusive não fazer somente o controle do sentido da rotação do motor, mas também efetuar um controle de velocidade do mesmo utilizando a técnica de PWM (Pulse Width Modulation).

Não irei entrar no mérito da questão neste artigo, mas apenas resolvi citar para fins informativos caso seja seu desejo efetuar também este controle de velocidade.

Resumindo, você pode aplicar este controle nas entradas referentes ao canal que você estiver utilizando. Se quiser ver alguns exemplos utilizando o PWM, veja estes dois artigos aqui do site:

Arduino PWM

LabVIEW PWM

Por fim, como informação relevante para o circuito anterior utilizando este circuito integrado, atente apenas, que caso você deseje utilizar motores com maior corrente, verifique os diodos de proteção que suportem a mesma.

Ponte H com Relé

Outra alternativa, é você fazer uma ponte H utilizando transistores e relés. A lógica é semelhante e mudam apenas os componentes. Veja como ficaria nosso esquema:

 

ponte-h-com-rele

Figura 16 – Ponte H com relé

 

Quando acionado uma das entradas, iremos polarizar o transistor, o qual acionará o relé e o motor irá girar em um sentido. Caso a outra entrada seja acionada, o motor gira no sentido oposto, de forma semelhante aos outros circuitos que já vimos até aqui.

Ponte H com Shield

Caso queira adquirir uma ponte H já pronta, também há variados modelos de Shields no comércio em geral. Vou mostrar uma delas abaixo que tenho disponível para efetuarmos os testes posteriormente. Podem haver alguma mudanças de um shield para outro, mas nada muito significativo.

O shield que possuo disponível é o da figura abaixo:

 

ponte-h-com-shield

Figura 17 – Ponte H Shield

 

Esse shield é baseado no L298N, portanto o funcionamento é o mesmo que já citamos anteriormente quando tratamos do componente em questão. Ele já vem com um pequeno dissipador de calor, e bornes de conexão para dois motores.

Possui ainda os bornes de alimentação dos motores e os terminais de controle e entradas relacionadas a cada canal específico.

Haja visto que já falamos sobre o L298N, não há necessidade de repetirmos aqui, já que é o mesmo circuito integrado que o shield contempla. Para efetuar uma conexão de um motor, você pode fazer da seguinte maneira:

 

circuito-com-shield

Figura 18 – Terminais e conexão Shield Ponte H

Prática

Todos os esquemas anteriores envolveram o componente logic state (0 e 1) para efetuar as simulações no simulador Proteus, e estão relacionadas com as entradas do nosso circuito de controle, onde temos nível lógico baixo (0) e nível lógico alto (1).

Na parte prática, você pode substituir este componente por um simples botão com um resistor de pull-down ou pull-up. Veja na figura abaixo um exemplo de utilização, baseado nessa abstração:

circuito-equivalente-logic-state

Figura 19 – Circuito de exemplo para substituição

 

Outra alternativa é você utilizar um microcontrolador e desenvolver um programa para controlar o seu motor. Se você quiser utilizar a plataforma Arduino para fazer isso, você pode empregar o código abaixo:

 

 

No exemplo acima, os dois pinos de controle estão configurados nos terminais 5 e 6 do Arduino. São equivalentes as nossas entradas 1 e 2 nos circuitos anteriores. O funcionamento do programa é simples, e basicamente ele gira o motor no sentido horário, aguarda meio segundo, gira para o sentido anti horário, aguarda novamente meio segundo, e repete o loop.

Apenas preste atenção nas conexões envolvendo os pinos do Arduino com o circuito e o motor utilizado, e faça as alterações necessárias na configuração do programa. Para a alimentação do motor, sempre utilize uma fonte externa.

O vídeo abaixo finaliza nosso artigo, mostrando o teste prático de todos os circuitos que foram comentados até aqui. Um abraço e até a próxima!

 

 

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7 pensamentos em “6 alternativas de como controlar motores com a Ponte H

  • Jader Bernardo Autor do post

    Se no seu projeto você não pode utilizar dois l293 ou l298, realmente de momento agora não lembro um ci que faça isso.

  • André Turra

    Boa noite
    Eu montei um circuito utilizando o L293 porem ele nao libera potencia suficiente pro motor, apenas uma corrente muito baixa, ha alguma maneira de regular o CI pra liberar mais corrente??

  • André Turra

    Corrigindo meu comentário anterior, eu utilizei um L298, que deveria permitir uma maior corrente para o motor

  • Jader Bernardo Autor do post

    Oi André. Olhando pelo datasheet o L298 pode suportar uma corrente máxima de 2A. Teria que ver quais as especificações do motor que você está utilizando. Outro detalhe é de repente dar uma olhada na sua fonte de alimentação, se ela fornece o necessário para o seu motor.

  • Jorge Vicente

    Olá, preciso da seguinte ajuda….
    Vou alimentar 2 motores de 12v com até 300mA e preciso de um formato de ponte H que use o pwm do arduino para acionamento.
    Qual desses modelos que citou, recomenda para uso?
    Parabéns pelo material desse artigo.
    Abraço!!

  • Jader Bernardo Autor do post

    Nesse caso, o que eu talvez não utilizaria, seria a ponte h com transistores discretos. Com relação aos outros, não vejo problemas. Os CIs atendem, por exemplo o L293d até uns 600 ma, o L298n 2 A. Os Tips também tem boa margem e ganho elevado.