H-Silta

Julkaistu: torstai 9.2.2017

H-silta on elektroninen kytkentä, joka nimensä mukaisesti näyttää H-kirjaimelta. Tosin nimensä mukaisesti se ei ole oikeasti mikään silta, sitä nyt vain jostain historiallisesta syystä kutsutaan sellaiseksi.

Mihin H-siltaa tarvitaan?

H-siltaa käytetään useimmiten moottorin ohjaukseen, kun moottorille tarvitaan kaksisuuntainen ohjaus. Oikeastaan mikä tahansa kuorma, missä virran pitää päästä kulkemaan kahteen eri suuntaan voidaan kytkeä tähän.

H-silta koostuu aina neljästä transistorista, joista kaksi on PNP-tyyppistä ja kaksi on NPN-tyyppistä (tai P- ja N -mosfetit). Lisäksi siltaan voi olla kytkettynä suojauskomponentteja, kuten diodeja jos kuormana on käytetty esimerkiksi sähkömoottoria tai relettä.

H-sillan periaatekuva

Kuvien lähde wikipedia.

H-sillan periaatekytkentä nähdään yllä olevasta kuvasta. Kytkennän keskelle on asetettu sähkömoottori, minkä pyörimissuuntaa voidaan muuttaa kytkimillä S1-S4. Kytkennässä positiivinen käyttöjännite on "ylhäällä" ja maa (GND) on "alhaalla". Tämä mahdollistaa moottorin ohjaamisen sekä eteen, että taakse alla olevan kuvan mukaisesti (nuolet moottorin yllä osoittavat pyörimissuunnan).

H-Sillan toiminta

Kun kytkimet S1 ja S4 suljetaan, moottorin läpi kulkee virta vasemmalta oikealle. Kun kytkimet avataan ja suljetaan seuraavaksi S2 ja S3, niin moottorin pyörimissuunta vaihtuu virran kulkiessa nyt oikealta vasemmalle. Jos moottori halutaan pysäyttää tai sen pyörimistä jarruttaa, niin voidaan sulkea kytkimet S1 ja S3 tai S2 ja S4.

Kytkennässä pitää välttää tilannetta, missä kaikki kytkimet olisivat yhtä aikaa suljettuina tai, että sillan toinen puolisko olisi yhtä aikaa suljettuna (S3 ja S4 tai S1 ja S2). Lienee sanomattakin selvää, että tällainen tilanne saa aikaan oikosulun ja saattaa hajottaa paikkoja. Tyypillisesti tämä tilanne on kuitenkin logiikassa huomioitu (tai ainakin pitäisi olla), ettei vahinkoa pääse aivan helposti sattumaan. Toisaalta monet valmiit moottorinohjainpiirit kestävät virheellisetkin tilanteet ja katkaisevat ohjaukset ylikuumetessaan. Tämä varoituksen sana lienee kuitenkin paikallaan, jos rakentelee itse tällaisen ohjaimen pelkistä transistoreista.

H-sillan ohjauslogiikka

Toimintalogiikka on yksinkertaisesti seuraava. Kun moottoria halutaan pyörittää myötäpäivään, avataan kytkimet S3 ja S2 sekä suljetaan kytkimet S1 ja S4. Vastapäivään toimittaessa kytkinten S1 ja S4 täytyy olla auki ja S3 ja S2 kiinni.

Moottorin jarrutus voidaan toteuttaa sulkemalla yläpuoliset tai alapuoliset kytkimet. Eli kun moottoria jarrutetaan, niin suljetaan kytkimet S1 ja S3 ja avataan kytkimet S2 ja S4 (tai toisinpäin). Kaikkia kytkimiä ei kuitenkaan saa sulkea yhtä aikaa oikosulun vuoksi, tämä kannattaa muistaa.

Logiikasta on tehty alle taulukko, josta moottorin tila nähdään eri kytkinten arvoilla. Taulukossa 1 tarkoittaa ohjauksen päällä oloa ja 0 tarkoittaa että ohjaus ei ole aktiivinen.

S1 0 1 1 0
S2 0 0 0 1
S3 0 1 0 1
S4 0 0 1 0
Moottorin tila Vapaa Seis/Jarru Myötäpäivään Vastapäivään

Kiitos ChaosH:lle palautteesta, jonka perusteella tätä sivua parannettiin 😉

H-sillan toiminta käytännössä

H-Sillan toiminnasta voidaan päätellä että ohjaaminen ei ole kovin monimutkaista. Tästä on jopa pari esimerkkiäkin sivustolla. Esimerkiksi Launchpad oppaan osassa 22 näytetään, kuinka moottoria ohjataan kahteen suuntaan H-siltapiirin avulla. Myös rakenteluosiossa on kerrottu H-sillan rakentamisesta IC-piirillä.