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Un ponte ad H è un circuito a transistor capace di azionare i motori in senso orario e antiorario. E' un circuito incredibilmente popolare, consente per esempio ai nostri AGV  di muoversi avanti e indietro, come abbiamo visto nella prima parte dell'anno quando abbiamo utilizzato l'integrato L298N.
Fondamentalmente, un ponte H è una combinazione di quattro transistori con due linee ingressi e due uscite, così come potete vedere nella figura animata.
(Nota: di solito un ponte H ben progettato include diodi flyback, resistenze di base e Schmidt trigger, così come vedremo a lezione settimana prossima.)
Se entrambi gli ingressi sono alla stessa tensione, le uscite al motore sono alla stessa tensione, e il motore non è in grado di girare. Ma se i due ingressi sono opposti, il motore gira in un senso o nell'altro.
ll ponte H ha una tabella di verità di questo tipo:
Ingresso A    Ingresso B     Uscita A       Uscita B  Direzione del motore
0                     0                      1                    1               Arrestato (frenatura)
0                     1                      1                     0              Rotazione oraria
1                     0                      0                     1              Rotazione antioraria
1                     1                      0                     0              Arrestato (frenatura)

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Comando di marcia on/off di un motore DC

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Comando di marcia on/off di un motore DC

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Un semplice transistor darlington è un modo semplice ed efficiente per pilotare un motore DC.
Un darlington del tipo TIP122 può, per esempio, comandare motori alimentati fino a 40 volt e che non richiedono più di 600 mA senza surriscaldarsi eccessivamente.
Se al posto del transistor darlington utilizzate un transistor NPN di potenza, tipo il BFY50 (Icmax=1A, Pmax=0,8W, b»30), la resistenza R1 assumerà un valore pari a 220 W. In questo modo è possibile pilotare senza grossi problemi motori da 12V con un consumo di corrente di 180 mA.

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La figura seguente mostra un ponte H semplificato. Esistono comunque schemi anche più complicati.
Le resistenze R1, R2, R3, R4 sono utilizzate per polarizzare la base di ciascun transistor.
Queste resistenze sono necessarie per non prelevare troppa corrente dalle porte logiche o dai pin dei microcontrollori che pilotano il ponte H. Il valore di queste resistenze dipende dal valore della tensione di alimentazione, dal guadagno b del transistor e dalla corrente consumata dal motore.
Normalmente queste resistenze hanno un valore compreso tra 1 kOhm e 3,3 kOhm. Il valore esatto può essere calcolato con la legge di Ohm tenendo in considerazione il guadagno del transistor e la corrente di collettore del transistor.

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Sottocircuito per alimentazione motori con ponte-H (half-H-bridge)

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Sottocircuito per alimentazione motori con ponte-H (half-H-bridge)

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Il circuito della figura seguente è solitamente denominato “metà ponte H” (half-H-bridge).
Quando l’uscita del microcontrollore è alta, il transistor TR1 è polarizzato e quindi è in conduzione. In questo modo il transistor TR2 è interdetto in quanto la tensione di polarizzazione di base VBE è prossima a 0 volt (è sicuramente inferiore a 0,65 volt). Il motore è fermo in quanto non è alimentato.
Viceversa, quando l’uscita del microcontrollore è bassa, il transistor TR1 non è polarizzato e risulta interdetto. In questo modo, attraverso la resistenza R2, viene polarizzata la base del transistor TR2 il quale si pone in conduzione (tutta la corrente IR2 finisce nella base del transistor TR2). In questo modo, il motore ruota poiché è presente
una tensione pari a +Vcc al terminale superiore.

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Per controllare il senso di rotazione di un motore DC o di un motore passo passo sono richieste più coppie del circuito "half bridge" della slide precedente. Ciascun sottocircuito viene controllato da un uscita
del microcontrollore e comanda un singolo avvolgimento del motore.
Due coppie di questo sottocircuito sono richiesti per costruire un ponte H e comandare la rotazione di un motore nei due sensi di marcia.
Quando è attiva un’uscita del microcontrollore, il motore ruota in un senso mentre quando è attiva l’altra uscita, il motore ruota nel verso opposto.

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Comando di un motore passo-passo unipolare

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Comando di un motore passo-passo unipolare

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Un semplice circuito che traduce in pratica lo schema di pilotaggio di un motore passo-passo unipolare visto nella scheda 13 è riportato nello schema della pagina seguente.
L’interfaccia di potenza è adatta per motorini passo-passo unipolari a 5/6 fili (con avvolgimenti a presa centrale) per correnti massime dell’ordine di 1 ampere.
In alternativa, per pilotare questi motori passo-passo unipolari è possibile utilizzare quattro sottocircuiti  “half-H-bridge” visti precedentemente, un sottocircuito per ciascun avvolgimento. Anche in questo caso è possibile provare diversi valori delle resistenze R9
ed R10 finché non si trova il valore corretto per cui il motore non si surriscalda troppo.
La sequenza di comandi (C1-C3 ® C3-C2 ® C2-C4 ® C4-C1 o viceversa) è quella che il microcontrollore deve inviare per far ruotare il motore in uno dei due sensi.

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I motori passo-passo di tipo bipolare richiedono quattro dei
precedenti sottocircuiti  “half-H-bridge”.
Infatti il motore passo-passo di tipo bipolare ha due bobine internamente, quindi escono quattro fili dalla propria carcassa. Ciascun circuito pilota uno dei quattro fili del motore bipolare. La sequenza per far ruotare il motore in un senso è indicata nella tabella. Per invertire il senso di marcia è necessario far scorrere la tabella in senso inverso, dall’ultima riga verso la prima.

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Esercitazione di sabato 1 aprile 2017: ponte H a due velocità con transistor PNP ed NPN

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Esercitazione di sabato 1 aprile 2017: ponte H a due velocità con transistor PNP ed NPN

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Lo schema seguente usa transistor PNP ed NPN per realizzare un ponte H a due velocità (con funzione turbo in avanti) che va bene con le batterie che avete in dotazione per il vostro AGV le quali hanno due uscite.
E' il classico circuito che trovate nelle macchine elettriche giocattolo e funziona molto bene.
Potete utilizzare come transistor qualsiasi tipo. Io ho provato che i migliori per piccole potenze dei motori fino a 3A sono:
- PNP: 5610, C8550, B772, B564
- NPN: C8050, 5609, D882
Le resistenze R2 ed R4 (80-150 ohm) vanno scelte in funzione delle tensioni di alimentazione del motore. I valori di 9V e 12V indicati nel disegno sono solo di esempio.
Le resistenze R1, R3 ed R5 vanno scelte da 1 Kohm per quello che abbiamo detto a lezione a proposito del mezzo ponte.
Di solito nelle macchinine elettriche giocattolo trovate questo ponte abbinato all'integrato TX-2B/RX-2B. Questo integrato è una coppia di CMOS LSIs progettato per i telecomandi delle applicazioni per auto radio controllate. Il TX2B / RX2B ha cinque ingressi per i tasti per il controllo dei movimenti (cioè avanti, indietro, verso destra, verso sinistra e la funzione turbo) del telecomando.
Per migliorare il circuito, potete aggiungere i diodi di protezione dei transistor del ponte, così come abbiamo fatto negli altri schemi.