มอเตอร์แบบ H-Bridge ที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบ Bipolar Junction Transistors (BJTs) เป็นวิธีที่ง่ายและมีประสิทธิภาพในการควบคุมทิศทางและความเร็วของมอเตอร์ DC ในวงจรจะประกอบไปด้วยทรานซิสเตอร์ 4 ตัวที่เรียงเป็นรูปตัว "H" โดยให้มอเตอร์เชื่อมต่อระหว่างจุดกึ่งกลาง การเปิดและปิดทรานซิสเตอร์จะเป็นคู่ที่คอยกำหนดการหมุนของมอเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นการหมุนไปข้างหน้า ถอยหลัง หรือการหยุด ประกอบกับการใส่ตัวต้านทานเพื่อช่วยให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้อย่างเต็มที่ ในขณะที่ใช้ไดโอดฟลายแบ็กในการป้องกันวงจรจากแรงดันไฟฟ้ากระชากที่เกิดจากมอเตอร์ นอกจากนี้ยังมีการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้อีกด้วย ดังนั้นการใช้ BJT จึงมีความคุ้มค่าต่อต้นทุนและความสะดวก ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำ อย่างไรก็ตาม BJT มีข้อจำกัด เช่น การสูญเสียพลังงานและการเกิดความร้อน แต่โดยรวมแล้ว H-Bridge ที่ใช้ BJT เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการควบคุมมอเตอร์ได้อย่างเรียบง่าย

มาทำความรู้จักวงจร H-Bridge

H-Bridge คือวงจรที่ควบคุมทิศทางและความเร็วของมอเตอร์ DC ได้ คำว่า "H-Bridge" มาจากแผนผังวงจรที่มีลักษณะคล้ายตัวอักษร "H" โดยมอเตอร์จะอยู่ตรงกลางของ "H" และขาทั้งสี่ของ "H" ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ (ในกรณีนี้คือ BJT) ซึ่งสามารถสั่งให้มอเตอร์หมุนไปข้างหน้า ถอยหลัง หรือหยุดได้โดยการสลับสวิตช์ตามการใช้งาน

อุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้าง H-Bridge ด้วย BJT

• BJT 4 ตัว ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ NPN สองตัวและ PNP สองตัว
• ตัวต้านทาน ทำหน้าที่จำกัดกระแสที่ไหลเข้าสู่ทรานซิสเตอร์
• ไดโอด ใช้สำหรับป้องกันทรานซิสเตอร์จากไฟกระชากที่เกิดจากมอเตอร์
• แหล่งจ่ายไฟ ทำหน้าที่จ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับมอเตอร์และทรานซิสเตอร์
• สัญญาณควบคุม ต้องมีไมโครคอนโทรลเลอร์หรือสวิตช์เพื่อเปิดและปิดทรานซิสเตอร์

วิธีการควบคุมมอเตอร์ DC อย่างมีประสิทธิภาพด้วย H-Bridge ที่ใช้ BJT

1. เลือกทรานซิสเตอร์ที่เหมาะสม เลือกทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP ที่มีแรงดันและกระแสไฟฟ้าเหมาะสมกับมอเตอร์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทรานซิสเตอร์สามารถสลับได้อย่างรวดเร็วเพื่อลดการสูญเสียพลังงาน
2. ต่อทรานซิสเตอร์ จัดเรียงทรานซิสเตอร์เป็นรูปตัว "H" โดยต่อมอเตอร์ระหว่างจุดกึ่งกลางของ "H" ขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟต่อกับด้านบนของ "H" และขั้วลบต่อกับด้านล่าง
3. ต่อตัวต้านทานเข้ากับทรานซิสเตอร์ เนื่องจาก BJT ต้องใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อเปิดการทำงาน จึงต้องใช้ตัวต้านทานเพื่อจำกัดกระแสไฟ ค่าของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์และแรงดันไฟของสัญญาณควบคุม
4. ต่อไดโอดฟลายแบ็ก เมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน แรงดันไฟฟ้าอาจพุ่งสูงและทำให้ทรานซิสเตอร์เสียหายได้ จึงจำเป็นต้องต่อไดโอดคร่อมทรานซิสเตอร์แต่ละตัวเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับจากมอเตอร์
5. เชื่อมต่อสัญญาณควบคุม ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือสวิตช์เพื่อควบคุมทรานซิสเตอร์ เช่น การใช้การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์โดยการปรับรอบการทำงาน (ON และ OFF) เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยที่จ่ายให้กับมอเตอร์

การทำงานของวงจร H-Bridge

วงจร H-Bridge ใช้ทรานซิสเตอร์ 4 ตัว ได้แก่ NPN จำนวน 2 ตัวและ PNP จำนวน 2 ตัว ซึ่งทรานซิสเตอร์เหล่านี้ถูกจัดเรียงเป็นคู่เพื่อควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านมอเตอร์ โดยมีรูปแบบการทำงานดังนี้:

• การหมุนไปข้างหน้า เปิดทรานซิสเตอร์ด้านซ้ายบน (Q1) และด้านขวาล่าง (Q4) ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านมอเตอร์ในทิศทางเดียว
• การหมุนถอยหลัง เปิดทรานซิสเตอร์ด้านขวาบน (Q2) และด้านซ้ายล่าง (Q3) ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับ
• การหยุดหรือเบรก เปิดทรานซิสเตอร์ด้านบนทั้งสองตัว (Q1 และ Q2) หรือด้านล่างทั้งสองตัว (Q3 และ Q4) ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ส่งผลให้มอเตอร์หยุดทันที
• การหยุดแบบค่อยเป็นค่อยไป ปิดทรานซิสเตอร์ทั้งหมด ทำให้มอเตอร์ค่อยๆ หยุดเนื่องจากตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟ

ข้อจำกัดของการใช้ BJT

• การสูญเสียพลังงาน BJT มีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมเมื่อมีกระแสไหลผ่าน ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน
• การเกิดความร้อน เนื่องจาก BJT อาจเกิดความร้อนสูง โดยเฉพาะเมื่อมีกระแสไฟฟ้าสูง
• ความเร็วในการสลับ (Switching Speed) BJT มีความเร็วในการสลับที่ช้ากว่า MOSFET ทำให้มีข้อจำกัดในการใช้งานที่ต้องการความถี่สูง

สรุป

H-Bridge ที่ใช้ BJT เป็นวิธีที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพในการควบคุมมอเตอร์ DC ด้วยการเข้าใจหลักการทำงานของวงจรและทำตามขั้นตอนที่กล่าวมาข้างต้น ก็สามารถสร้าง H-Bridge และควบคุมมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ว่า BJT อาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับงานที่ใช้พลังงานสูง แต่ก็เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีกำลังไฟต่ำ เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและใช้งานง่าย

‍