Um dos shields de maior importância nos projetos de automação e robótica que utilizam microcontroladores é a ponte H. Através dela podemos controlar o sentido de rotação e a velocidade de motores de corrente contínua a partir de microcontroladores. Existem muitas configurações possíveis. Selecionamos algumas de nosso enorme acervo que está espalhado pelo site e em nossas publicações.
No nosso artigo “Conheça as Pontes H” (MEC068) detalhamos o funcionamento desses circuitos explicando como funciona e dando uma certa quantidade de circuitos práticos, mas existem muitos mais.
Assim, se o leitor ainda não conhece muito bem estes circuitos e pretende usá-lo no seu próximo projeto envolvendo um Arduino, PIC ou microcontrolador, sugerimos que antes dê uma olhada nele.
Depois, volte a este artigo fazendo a escolha de melhor configuração para seu projeto.
Shield Ponte H Para controle de Motores DC
Este circuito foi obtido numa documentação americana sobre motores. O circuito admite transistores equivalentes de acordo com a potência do motor controlado. A tensão do motor não precisa ser a mesma que alimenta a lógica de controle o que possibilita seu uso com microcontroladores.
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Shield Usando Ponte H com Controle PWM Manual
Este Shield para controle de motor com ponte H tem um circuito adicional disparo para controle PWM. Este controle é manual em princípio, feito por um potenciômetro, mas pode ser usado um sensor resistivo que então determinará a velocidade do motor. Num robô que segue a luz, por exemplo, usando como um sensor um LDR podemos obter a aceleração quando a fonte de luz é localizada. O circuito deve operar com 5 V, pois com tensões menores para o CI o disparo do MOSFET pode ser problemático. Qualquer MOSFET de potência pode ser usado.
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Shield de Ponte H completa com MOSFETs e Indicador de Direção
Esta ponte completa possui como recurso adicional dois LEDs que indicam o sentido de rotação do motor controlado. A ponte faz uso de MOSFETs de potência devendo ser escolhidos tipos de acordo com a corrente do motor controlado. Estes transistores devem ser dotados de dissipadores de calor. A ponte pode ser controlada tanto por sinais de 3 como de 5 V e a situação 11 é proibida.
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Ponte H Biestável
Este Shield comuta o sentido de rotação de um motor a partir de pulsos de 5 V ou mais aplicados às entradas E1 e E2, funcionando como um Flip-Flop de potência com ponte H. Os transistores devem ser dotados de dissipadores de calor. Dependendo dos MOSFETs usados pode ser necessário elevar a amplitude dos pulsos através de um Shield adicional (amplificador) para se obter a comutação eficiente. A fonte para o motor deve ser separada.
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Ponte H com MOSFET de Potência e Bipolar
Este Shield misto pode controlar motores até 1 A e com a troca do BD136 até mais. Os transistores devem ser dotados de radiadores de calor e o controle deve ser feito pelas saídas de 5 V do Arduino, já que os MOSFETs podem ter dificuldade de comutação com tensões mais baixas. Em alguns casos pode-se até usar um Shield intermediário de disparo para elevar a tensão nos MOSFETs e assim ser obtida melhor comutação.
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Ponte H simples
O sentido de rotação do motor M pode ser controlado por um Arduino ou outro microcontrolador através desta ponte H. Os níveis 00 mantém o motor parado enquanto que 01 e 10 determinam a rotação nos dois sentidos possíveis. A saída 11 é proibida pois faz com que os transistores conduzam ao mesmo tempo, levando o circuito a um curto circuito. As saídas podem ser moduladas para se obter o controle PWM de velocidade no sentido desejado.
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Ponte H Com Darlington
Uma ponte de maior sensibilidade e, portanto, menor consumo para as saídas do microcontrolador é a mostrada a seguir, fazendo uso de transistores Darlington. Esta ponte tem 4 estados possíveis, 00 para o motor parado, 01 e 10 para os dois sentidos de rotação e o estado proibido 11 que leva todos os transistores à condução e com isso uma situação de curto-circuito. Os transistores devem ser dotados de dissipadores de calor. A alimentação separada para os motores pode ficar entre 3 e 15 V.
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Ponte H com Lógica
Este circuito tem apenas dois estados possíveis 1 ou 0 na entrada, com o motor girando num sentido ou outro. Para parar ou lugar deve ser usado um comando adicional, por exemplo, com relé ou transistor em série com a alimentação. A alimentação do circuito integrado deve ser feita com a mesma tensão da saída usada no microcontrolador. Os transistores devem ser dotados de dissipadores de calor. Transistores equivalentes de maior corrente como os TIP31 podem ser usados.
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Reversor Digital Para Motores DC
Este circuito, que também pode ser adaptado para funcionar como shield de microcontroladores, é de uma documentação de 2003. A corrente máxima do motor controlado depende dos transistores, e no caso é da ordem de 1,5 A. Outros Darlingtons da série TIP podem ser usados para controlar correntes maiores. Os transistores da ponte H devem ser montados em dissipadores de calor.
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PONTE H COM MOSFETs DE POTÊNCIA MIN393S
O circuito apresentado na figura 1 possibilita o controle de motores de corrente contínua de vários ampères a partir de sinais lógicos CMOS.
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Duas das portas de um circuito integrado 4011 são usadas como inversores. Elas são ligadas de tal forma que, quando uma se encontra com a saída no nível alto a outra, obrigatoriamente se encontra com a saída no nível baixo.
Dessa forma, os transistores de efeito de campo de potência que formam a ponte H conduzem dois a dois estabelecendo sentidos diferentes de circulação da corrente através do motor. Com o nível alto na entrada o motor gira num sentido e com o nível baixo no sentido oposto.
A corrente máxima do motor controlado depende apenas dos transistores escolhidos.
A alimentação pode ser feita com tensões diferentes de 12 V, conforme o motor empregado. Com tensões abaixo de 9 V, a resistência entre o dreno e a fonte dos transistores começa a se tornar sensível nas perdas para o motor.
Eventualmente pode ser necessário ligar em paralelo com o motor um capacitor de 1 a 10 uF (despolarizado) para se evitar instabilidades causadas pela comutação de suas escovas.
Na figura abaixo temos uma sugestão de placa de circuito impresso para esta montagem.
![Placa de circuito impresso para a montagem
Placa de circuito impresso para a montagem](/images/stories/artigos2018/mic0159_0011.jpg)
Observe que, dependendo da intensidade da corrente exigida pelo motor, os transistores devem ser dotados de radiadores de calor apropriados.
CI-1 – 4011 – circuito integrado CMOS
Q1 a Q4 – IRF510 ou qualquer MOSFET de potência de canal N
C1 – 100 nF – capacitor cerâmico
M – motor
Diversos:
Placa de circuito impresso, radiadores de calor para os transistores, fios, solda, etc.
Ponte H com Realimentação
Este circuito com feedback para controle de sentido de rotação motores DC até 500 mA com os BD135/6 e 3 A com os TIP31/2 foi obtido no meu livro Robotics, Mechatronics and Artificial Intelligence, publicado nos Estados Unidos. Os níveis alto e baixo, baixo e alto nas entradas determinam a rotação dos motores. Não devem ser aplicados níveis altos simultaneamente nas entradas. Motores de 3 a 15 V podem ser controlados por este circuito. Os níveis de controle nas entradas devem ser complementares, ou seja, 01 e 10.
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