Mostek H – sterowanie kierunkiem obrotów silnika DC

Mostek H to fundamentalny układ elektroniczny stosowany w robotyce i elektronice do precyzyjnego sterowania kierunkiem i prędkością obrotów silników prądu stałego (DC).

Umożliwia on odwrócenie polaryzacji prądu płynącego przez silnik, dzięki czemu zmieniasz kierunek wirowania bez mechanicznej ingerencji w okablowanie.

Zasada działania mostka H

Mostek H, zwany także mostkiem pełnym, składa się z czterech przełączników (zazwyczaj tranzystorów BJT lub MOSFET) ułożonych w konfiguracji przypominającej literę „H”, z silnikiem umieszczonym w poprzecznej belce. Schematycznie układ zawiera przełączniki S1, S2, S3 i S4. Aby silnik obracał się w jednym kierunku, aktywuje się S1 i S4 (prąd płynie od lewej do prawej), natomiast w kierunku przeciwnym – S2 i S3 (prąd od prawej do lewej).

Nigdy nie włącza się jednocześnie S1 z S2 ani S3 z S4, co zapobiega zwarciu zasilania.

Sterowanie odbywa się sygnałami logicznymi z mikrokontrolerów, takich jak Arduino czy Raspberry Pi. PWM (modulacja szerokości impulsu) pozwala na regulację prędkości poprzez zmianę średniego napięcia na silniku, bez istotnej utraty momentu obrotowego. W praktyce przełączniki to klucze półprzewodnikowe, które minimalizują straty mocy i umożliwiają obsługę dużych prądów.

Popularne układy i moduły mostka H

Na rynku dostępnych jest wiele modułów gotowych do użycia, różniących się prądem, napięciem i funkcjonalnością. Poniżej przegląd kluczowych rozwiązań:

• L298N – klasyczny układ scalony sterujący dwoma silnikami DC; piny IN1/IN2 i IN3/IN4 kontrolują kierunek dla każdego kanału; obsługuje do kilku amperów, z napięciem 5–35 V; idealny do projektów Arduino;
• AVT1756 – zestaw do zlutowania o prądzie do 5 A i napięciu 5–24 V DC; umożliwia płynną zmianę kierunku; kompaktowy; dedykowany do robotyki i modelarstwa; współpracuje z Arduino/RPi;
• MH1919/MX1919 – moduł PWM do dwóch silników DC lub silnika krokowego; napięcie 2–10 V, prąd maks. 2,5 A; posiada zabezpieczenie termiczne (TSD); stosowany w regulacji oświetlenia, wentylatorów i prostych robotach;
• BTS7960B – wysokowydajny mostek do silników dużej mocy; prąd do 43 A, napięcie 6–27 V; sterowanie przez piny RPWM/LPWM (kierunek) i R_EN/L_EN (PWM prędkości); wyposażony w radiator i zabezpieczenia przed przegrzaniem, przeciążeniem i zwarciem; na niektórych modułach mogą występować błędne opisy pinów, dlatego warto je zweryfikować: R_EN/L_EN łączymy razem do PWM, RPWM/LPWM używamy osobno;
• Inne moduły – szeroki zakres, np. 10–40 V DC do 170 W z regulacją 0–100% PWM, lub zestawy z tranzystorami do samodzielnego montażu.

Dla szybkiego porównania zobacz zestawienie najważniejszych parametrów:

Moduł	Prąd maks.	Napięcie	Sterowanie PWM	Zabezpieczenia	Zastosowania
L298N	do 4 A	5–35 V	Tak	Podstawowe	Arduino, roboty podstawowe
AVT1756	5 A	5–24 V	Tak	Wydajność prądowa	Robotyka, modelarstwo
MH1919	2,5 A	2–10 V	Tak	TSD (termiczne)	Wentylatory, oświetlenie
BTS7960B	43 A	6–27 V	Tak (0–100%)	Termiczne, zwarciowe	Silniki dużej mocy

Podłączenie i sterowanie w praktyce

Podłączenie mostka H jest proste, ale wymaga uwagi na polaryzację i poprawną konfigurację pinów. Przykładowo dla BTS7960B stosuj następujące oznaczenia:

• Zasilanie silnika – B+ (pozytywne, 6–27 V), B- (masa);
• Silnik – M+, M-;
• Logika – VCC (3,3–5 V), GND;
• Sterowanie – R_EN/L_EN (PWM prędkości, łączymy razem), RPWM (obrót w prawo), LPWM (w lewo), R_IS/L_IS sygnalizują alarm.

W Arduino sterowanie kierunkiem implementuje się przez biblioteki lub prosty kod:

// Przykładowy kod Arduino dla mostka H (L298N)
int IN1 = 9; // kierunek silnik A
int IN2 = 10;
int ENA = 11; // PWM prędkość

void setup() {
pinMode(IN1, OUTPUT);
pinMode(IN2, OUTPUT);
pinMode(ENA, OUTPUT);
}

void loop() {
// naprzód
digitalWrite(IN1, HIGH);
digitalWrite(IN2, LOW);
analogWrite(ENA, 200); // prędkość ~78%
delay(2000);

// stop
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
analogWrite(ENA, 0);
delay(1000);

// wstecz
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, HIGH);
analogWrite(ENA, 200);
delay(2000);
}

Podobne schematy stosuje się z Raspberry Pi GPIO. Dla samodzielnego mostka z tranzystorami (np. NPN/PNP) zawsze dodawaj diody flyback chroniące przed przepięciami indukcyjnymi.

Zastosowania w robotyce i elektronice

Mostek H jest nieodzowny w mobilnych robotach (np. podwozia z kołami DC), modelach RC, automatach i systemach sterowania. W robotyce umożliwia precyzyjne manewry: skręty poprzez różnicowe sterowanie lewym/prawym silnikiem. Wysokoprądowe wersje, takie jak BTS7960B, napędzają silniki w robotach sumo czy AGV (pojazdy samojezdne). Moduły z PWM integrują się z enkoderami dla sterowania prędkością w pętli zamkniętej.

W wentylatorach, oświetleniu LED czy pompach mostek reguluje kierunek i intensywność pracy. W projektach hobbystycznych zestaw AVT1756 pozwala na szybki montaż w małych obudowach.

Zabezpieczenia i dobre praktyki

Kluczowe zabezpieczenia to:

• termiczne (TSD) – automatyczne wyłączenie przy przegrzaniu;
• przeciążeniowe i przeciwzwarciowe – ograniczają prąd i sygnalizują alarm (np. R_IS/L_IS);
• radiatory – zalecane dla modułów powyżej 5 A.

Uwagi praktyczne

Stosuj poniższe wskazówki, aby zwiększyć niezawodność układu:

• używaj kondensatorów filtrujących na zasilaniu,
• nigdy nie podawaj wysokiego stanu na obu pinach kierunku jednocześnie (zwarcie krzyżowe),
• dla dużych prądów stosuj grube przewody i separację logiki od mocy,
• testuj z multimetrem przed pełnym obciążeniem.