Ponte-H com o Circuito L293 (Half Bridge)

Uma boa alternativa no controle de motores DC de baixa potência é a utilização do circuito integrado L293. Este pequeno circuito possui quatro drives bidirecionais que podem ser configurados para trabalhar como duas Ponte-H independentes, acionando dois motores diferentes com controle de sentido de giro. Confira o funcionamento desse componente e uma proposta de circuito impresso para ele.

Características do Circuito Integrado L293

O circuito integrado L923 ou L293D possui drives de potência que podem funcionar como Ponte-H. A L293 é projetada para funcionar como um drive de corrente bidirecional de até 1A com tensões de 4,5V a 36V. Já o L293D trabalha com correntes de circulação de até 600mA com 4,5V a 36V também.

Os dois circuitos integrados são projetados para operar com cargas indutivas como relés, solenoides, motores DC, motores de passo bipolar, bem como outras cargas que exijam altas correntes e elevada tensão.

Na figura 1 temos um exemplo de utilização da L293 mais geral em que controla 3 motores, sendo 2 motores unidirecionais e 1 bidirecional. A figura 1 somente ilustra formas de utilização dos drives internos da L293 para diferentes aplicações.

Figura 1 - Utilização da L293.

Comando lógico para L293

Todas as entradas de lógica são compatíveis com os níveis TTL. Cada saída possui uma unidade com transistores Darlington que devem ser acionadas em pares, os drives 1 e 2 funcionam quando o pino Enable 1,2EN está ativado e os drives 3 e 4 funcionam quando o pino Enable 3,4EN está ativado. O circuito lógico dos drives internos da L293 é apresentado na figura 2.

Figura 2 - Circuito lógico interno da L293

Na tabela abaixo temos o funcionamento lógico para cada drive interno do L293.  Observe que a saída segue a entrada quando o pino EN (Enable) está ativado.  

Quando o pino de habilitação (Enable) está ativado, os drives associados a esse pino EN estão ligados e suas saídas são ativadas em função de suas entradas. Quando o pino de habilitação (Enable) é posto em estado baixo, os drives associados a esse EN estão desligados e suas saídas estão no estado de alta impedância.

Com os comandos corretos nas entradas (1A, 2A, 3A, 4A), cada par de drives bidirecional podem (não necessariamente)  forma um Ponte-H sendo adequada para aplicações com solenoide ou motores. Na figura 3 e na tabela a seguir temos uma aplicação típica utilizando dois drives da L293 (metade da L293) como Ponte-H para controle de um motor.

Figura 3 - Funcionamento da L293 como Ponte-H.

Observações:

Na L293, diodos de alta velocidade devem ser utilizados na saída para suprimir os transientes provenientes das correntes induzidas. Já na L293D os diodos podem ser suprimidos, pois existem diodos já incorporados internamente no dispositivo. Na figura 4 ilustra uma comparação entre o L293 e o L293D para uma mesma aplicação de controle de um motor bifásico, observem a representação dos diodos no circuito.

A utilização da L293D reduz a complexidade da placa de circuito impresso, pois diminui o numero de componentes porem a corrente da carga para o L293D não pode ultrapassar os 600mA. Para o L293 essa corrente pode chegar até 1A.

Figura 4 - diferença interna entre a L293 e L293D.

 

Tanto o L293 quanto o L293D são caracterizados por suportar uma temperatura de trabalho de 0°C a 70°C.

Vale ressaltar também que o terminal Vcc1, separado do Vcc2, é destinado ao circuito de lógica para as entradas e minimiza a energia dissipada no dispositivo.

Na tabela abaixo temos um comparativos dos níveis de tensões e correntes permitidos pelos circuitos integrados.

Circuito Ponte-H para L293 ou L293D.

Na figura 5 e 6 temos o layout da placa de circuito impresso. O download dos arquivos em pdf para confeccionar a placa se encontra logo abaixo.

Link dos arquivos:  Arquivos de Projeto

Figura 5 - Trilhas

Figura 6 - Mascara

O circuito proposto é um drive Ponte-H para dois motores DC 12V com corrente de pico máxima de 1A utilizando o CI L293. A alimentação é feita por uma fonte de 12V (Vcc2) que consiga fornecer a potência aos motores e uma fonte de 5V (Vcc1) para a lógica TLL.

O controle do Motor 1 é feita pelos comando EN_1, 1A e 2A. O controle do Motor 2 é feita pelos comando EN_2, 3A e 4A. A tabela de comandos é dada em "Tabela - Lógica de comando drive ponte H". O Pino Enable pode ser usado para o controle de velocidade do Motor se a técnica PWM for implementada pelo circuito de processamento.

Os diodos para suprimir as corrente induzidas são do tipo 1n4748 e os capacitores C1 e C2 são de 100nF do tipo cerâmico 50V. A placa suporta tanto a L293 quanto a L293D. Caso utilize o L293D os diodo podem ser suprimidos e a corrente de pico máxima dos motores devem ser menores que 600mA.

Figura 7 - Montagem final da placa drive Ponte H.

Talvez seja necessário a utilização de um dissipador de calor dependendo da potência das cargas a ser controladas. O dissipador deve ser soldado nos pinos de GND (4,5,12,13) e estar em contato com a superfície do CI.

Figura 8 - Dissipador de Calor.

Lista de Componentes

CI1 - L293
C1, C2 - 100nF Capacitor cerâmico 50V.
D1 a D8 - 1n4148