Motores DC: A Ponte H

Nos posts anteriores fizemos um controle simples do motor, simplesmente ligando ou desligando a alimentação em um dos seus terminais. Veremos agora outras opções que nos levam a um circuito clássico no controle de motores: a Ponte H.

Os Quatros Modos de Um Motor DC

Embora não seja evidente, observamos nos posts anteriores dois modos de operação de um motor. O primeiro foi quando o fizemos rodar no sentido horário. O segundo foi quando o deixamos desligado da alimentação. Neste modo o motor segue girando freado somente por atrito. Isto não é perceptível nos meus vídeos, devido ao grande atrito existente nas engrenagens de redução no meu servomotor adaptado.

Um terceiro modo é obtido invertendo as conexões no motor (isto é, trocando os terminais ligados a alimentação e terra). Neste caso o sentido de rotação é invertido.

Por último temos um modo de operação menos óbvio. Se ligarmos diretamente os dois terminais do motor, a corrente gerada pela sua movimentação irá freá-lo (neste modo o motor está funcionando como um gerador). Se você fizer isto com um motor parado, perceberá um pequena resistência ao tentar girá-lo com a mão. Se você retirar a alimentação de um motor girando e colocar os terminais em curto ele irá parar mais rapidamente do que se deixarmos os terminais desconectados.

Gerando os Quatro Modos Através de Chaves

Uma forma de exercitar os quatro modos do motor é usando duas chaves de três posições para controlar se cada terminal do motor está aberto, conectado ao terra ou conectado à alimentação.

Controlando Um Polo do Motor com Transistores

Para ver o circuito equivalente aos interruptores acima, vamos considerar primeiro somente um polo. Anteriormente vimos como usar um transistor NPN para colocar um terminal do motor em terra ou deixá-lo aberto. Para conseguir controlar a sua conexão com a alimentação precisamos de um segundo transistor, desta vez do tipo PNP:

Este circuito é chamado de push-pull (um transistor "empurra" e o outro "puxa" corrente), totem pole (os transistores estão "empilhados") ou ainda half-bridge.

A Ponte H

A ponte H é obtida colocando o circuito acima nos dois lados do motor:

O circuito acima possui quatro entradas, permitindo 16 combinações. Entretanto, algumas combinações são duplicadas. Pior ainda, algumas combinações colocam em curto a alimentação. Por este motivo, soluções integradas de ponte H (como veremos em posts futuros) costumam ter lógica adicional nos sinais de controle.

Circuitos semelhantes podem ser feitos com MOSFET, com o N-channel correspondendo ao NPN e o P-channel ao PNP.