Подвійний міст H для двигунів постійного струму на L293D

Кожен канал напівмоста всередині U1 побудований на верхньому NPN-складеному транзисторі Дарлінгтона та нижньому NPN-транзисторі зі спільним емітером. Під час подачі на клему двигуна логічної одиниці (HIGH) вихідний струм тече від шини живлення двигуна VCC2 через верхню пару Дарлінгтона в навантаження. Через наявність двох послідовних переходів база-емітер та колектор-емітер у структурі Дарлінгтона падіння напруги насичення верхнього ключа становить від 1,2 В до 1,8 В. Одночасно нижній NPN-транзистор протилежного плеча відводить струм двигуна на землю, створюючи додаткове падіння насичення від 1,0 В до 1,5 В. Таким чином, результуюча диференціальна напруга на двигуні зменшується на сумарне падіння двох насичених транзисторів:

Двигун 1 підключений диференціально між вихідними виводами 1Y (вивід 3) та 2Y (вивід 6). Напрямок обертання визначається взаємодоповнюючими логічними рівнями TTL на входах 1A (вивід 2) та 2A (вивід 7) за умови подачі високого рівня на вивід дозволу 1,2EN (вивід 1): - Пряме обертання: комбінація 1A = HIGH та 2A = LOW встановлює на 1Y високий потенціал (~VCC2 - 1,4 В), а на 2Y — низький (~1,2 В), формуючи прямий струм від виводу 3 через Двигун 1 до виводу 6. - Зворотне обертання: комбінація 1A = LOW та 2A = HIGH змінює полярність виходів на протилежну, змушуючи двигун обертатися у зворотному напрямку. - Динамічне гальмування: встановлення однакових логічних рівнів на обох входах (1A = HIGH, 2A = HIGH або 1A = LOW, 2A = LOW) замикає обидві клеми двигуна на однаковий потенціал, швидко гасячи кінетичну енергію ротора через низькоомні ланцюги.

Плавне регулювання обертального моменту та швидкості здійснюється подачею цифрового сигналу широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) на вхід дозволу 1,2EN (для Двигуна 1) або 3,4EN (для Двигуна 2) з типовою частотою від 1 кГц до 10 кГц. При переході сигналу дозволу в стан LOW обидва напівмостові виходи переходять у високоімпедансний стан (Hi-Z), повністю відключаючи двигун від VCC2 та землі. Двигун котиться за інерцією, а струм самоіндукції замикається через внутрішні діоди. Середня ефективна напруга на якорі двигуна пропорційна коефіцієнту заповнення ШІМ:

Колекторні двигуни постійного струму мають значну індуктивність обмоток L. При раптовому розмиканні ключів струм в індуктивності прагне зберегтися, генеруючи небезпечний стрибок напруги самоіндукції ($V = -L · (di) / (dt)). У мікросхемі L293D кожен вихідний канал містить інтегровані швидкодіючі діоди, підключені до VCC2 та GND: - При сплеску напруги вище VCC2 відкривається верхній діод, обмежуючи викид на рівніVCC2 + VF(близько VCC2 + 1,2 В). - При від'ємному викиді нижче нуля відкривається нижній діод, фіксуючи рівень-VF$ (близько -1,2 В). Це унеможливлює лавинний пробій транзисторів. Додаткові керамічні конденсатори C4 та C5 (100 нФ), припаяні паралельно контактам двигунів, усувають високочастотне іскріння на колекторних пластинах.

Для захисту мікроконтролера від сильних імпульсних завад живлення U1 розділене: VCC1 (вивід 16) живить внутрішні цифрові компаратори та датчик температури, блокуючись керамічним конденсатором C1 (100 нФ). Шина VCC2 (вивід 8) живить силові вихідні каскади, шунтовані паралельним електролітичним резервуаром C2 (100 мкФ, що згладжує пускові струми) та високочастотним керамічним конденсатором C3 (100 нФ). Внутрішня логіка формує захисні затримки (dead-time), запобігаючи одночасному відкриванню верхнього та нижнього транзисторів у напівмості та виключаючи катастрофічні наскрізні струми.