วงจรH-bridgeเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สลับขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลด วงจรเหล่านี้มักใช้ในหุ่นยนต์และการใช้งานอื่นๆ เพื่อให้มอเตอร์ DC สามารถหมุนไปข้างหน้าหรือถอยหลังได้^{[ 1 ]}ชื่อนี้ได้มาจากแผนภาพวงจรทั่วไปที่แสดงองค์ประกอบการสลับสี่ตัวที่จัดเรียงเป็นกิ่งของตัวอักษร "H" และโหลดที่เชื่อมต่อเป็นคานขวาง

ตัวแปลง DC เป็น AC ส่วนใหญ่ ( อินเวอร์เตอร์กำลัง ) ตัวแปลง AC/AC ส่วนใหญ่ ตัวแปลง DC เป็น DC แบบพุชพูล ตัวแปลง DC เป็น DCแบบแยก^{[ 2 ]}ตัวควบคุมมอเตอร์ส่วนใหญ่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ประเภทอื่นๆ อีกมากมาย ใช้ H-bridge โดยเฉพาะอย่างยิ่งมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบไบโพลาร์เกือบทุกครั้งจะถูกขับเคลื่อนด้วยตัวควบคุมมอเตอร์ที่มี H-bridge สองตัว

H-bridge มีจำหน่ายในรูปแบบวงจรรวมหรือสามารถสร้างจากส่วนประกอบแยกชิ้นได้^{[ 1 ]}

คำว่าH-bridgeมาจากการแสดงภาพกราฟิกทั่วไปของวงจรดังกล่าว H-bridge สร้างขึ้นจากสวิตช์สี่ตัว (แบบโซลิดสเตทหรือแบบกลไก) เมื่อสวิตช์ S1 และ S4 (ตามรูปแรก) ปิดอยู่ (และ S2 และ S3 เปิดอยู่) แรงดันไฟฟ้าบวกจะถูกจ่ายไปยังมอเตอร์ โดยการเปิดสวิตช์ S1 และ S4 และปิดสวิตช์ S2 และ S3 แรงดันไฟฟ้านี้จะกลับทิศทาง ทำให้มอเตอร์ทำงานในทิศทางตรงกันข้ามได้

จากหลักการตั้งชื่อข้างต้น สวิตช์ S1 และ S2 ไม่ควรปิดพร้อมกัน เพราะจะทำให้เกิดการลัดวงจรที่แหล่งจ่ายแรงดันอินพุต เช่นเดียวกับสวิตช์ S3 และ S4 สภาวะนี้เรียกว่า การลัดวงจรแบบทะลุผ่าน (shoot-through)

วงจร H-bridge ใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์สองขั้ว โดยการจัดเรียงสวิตช์อย่างเหมาะสม สามารถเปลี่ยนขั้วของไฟที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ได้ ตัวอย่างสองตัวอย่างจะกล่าวถึงด้านล่าง ได้แก่ ตัวขับมอเตอร์กระแสตรง และหม้อแปลงสำหรับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบสวิตชิ่ง โปรดทราบว่าไม่ใช่ทุกการจัดเรียงสวิตช์จะปลอดภัย กรณี "ลัดวงจร" (ดูด้านล่างในหัวข้อ "ตัวขับมอเตอร์กระแสตรง") เป็นอันตรายต่อแหล่งจ่ายไฟและสวิตช์

การเปลี่ยนขั้วของแหล่งจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ DC ใช้เพื่อเปลี่ยนทิศทางการหมุน นอกจากการเปลี่ยนทิศทางการหมุนแล้ว วงจร H-bridge ยังสามารถให้โหมดการทำงานเพิ่มเติม ได้แก่ "เบรก" และ "หมุนฟรีจนกว่าจะหยุดด้วยแรงเสียดทาน" โดยทั่วไปแล้ว วงจร H-bridge จะใช้เพื่อกลับขั้ว/ทิศทางการหมุนของมอเตอร์ แต่ยังสามารถใช้เพื่อ "เบรก" มอเตอร์ได้ ซึ่งมอเตอร์จะหยุดกะทันหันเมื่อต่อขั้วของมอเตอร์เข้าด้วยกัน การต่อขั้วจะทำให้พลังงานจลน์ของมอเตอร์ถูกใช้ไปอย่างรวดเร็วในรูปของกระแสไฟฟ้าและทำให้มอเตอร์ช้าลง ในอีกกรณีหนึ่ง มอเตอร์จะหมุนไปเรื่อยๆ จนหยุด เนื่องจากมอเตอร์ถูกตัดการเชื่อมต่อจากวงจรอย่างมีประสิทธิภาพ ตารางต่อไปนี้สรุปการทำงาน โดย S1-S4 สอดคล้องกับแผนภาพด้านบน ในตารางด้านล่าง "1" ใช้แทนสถานะ "เปิด" ของสวิตช์ และ "0" ใช้แทนสถานะ "ปิด"

วงจรขับขดลวดปฐมภูมิแบบทั่วไปนั้นทำได้ง่ายๆ โดยการแทนที่ขั้วต่อสองขั้วของมอเตอร์กระแสตรงด้วยขั้วต่อสองขั้วของขดลวดปฐมภูมิ กระแสสวิตช์ในขดลวดปฐมภูมิจะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแม่เหล็ก และถ่ายโอนกลับไปเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับในขดลวดทุติยภูมิ

วิธีหนึ่งในการสร้าง H-bridge คือการใช้อาร์เรย์ของรีเลย์จากแผงรีเลย์^{[ 3 ]}

รีเลย์แบบ " ดับเบิลโพล ดับเบิลโธรว์ " (DPDT) โดยทั่วไปสามารถทำงานด้านไฟฟ้าได้เหมือนกับวงจร H-bridge (โดยพิจารณาจากหน้าที่การทำงานปกติของอุปกรณ์) อย่างไรก็ตาม วงจร H-bridge ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์จะเหมาะสมกว่ารีเลย์ในกรณีที่ต้องการขนาดที่เล็กกว่า ความเร็วในการสวิตช์สูง หรือแรงดันไฟฟ้าในการขับต่ำ (หรือกำลังไฟฟ้าในการขับต่ำ) หรือในกรณีที่ไม่ต้องการให้ชิ้นส่วนกลไกสึกหรอ

อีกรูปแบบหนึ่งคือการใช้รีเลย์ DPDT เพื่อกำหนดทิศทางการไหลของกระแส และใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อเปิดใช้งานการไหลของกระแส วิธีนี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานของรีเลย์ได้ เนื่องจากรีเลย์จะทำงานในขณะที่ทรานซิสเตอร์ปิดอยู่ จึงไม่มีกระแสไหล นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถใช้การสวิตช์แบบ PWM เพื่อควบคุมระดับกระแสได้อีกด้วย

โดยทั่วไปแล้ว วงจร H-bridge แบบโซลิดสเตทจะสร้างขึ้นโดยใช้อุปกรณ์ที่มีขั้วตรงข้ามกัน เช่นทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จังก์ชัน PNP (BJT) หรือMOSFET แบบ P-channel ที่เชื่อมต่อกับบัสแรงดันสูง และทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จังก์ชัน NPN (BJT) หรือ MOSFET แบบ N-channel ที่เชื่อมต่อกับบัสแรงดันต่ำ

การออกแบบ MOSFETที่มีประสิทธิภาพสูงสุดมักใช้ MOSFET ชนิด N-channel ทั้งด้านแรงดันสูงและแรงดันต่ำ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะมีค่าความต้านทานขณะเปิด (ON resistance) น้อยกว่า MOSFET ชนิด P-channel ถึงหนึ่งในสาม อย่างไรก็ตาม การออกแบบจึงมีความซับซ้อนมากขึ้น เนื่องจากเกตของ MOSFET ด้านแรงดันสูงจะต้องถูกขับด้วยแรงดันบวกเมื่อเทียบกับแรงดันไฟเลี้ยงกระแสตรง วงจรขับเกต MOSFET แบบรวมหลายตัว จึงมีวงจรปั๊มประจุอยู่ภายในตัวอุปกรณ์เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้

อีกทางเลือกหนึ่งคือสามารถใช้ตัวแปลง DC-DC แบบสวิตช์โหมด เพื่อจ่ายไฟแบบแยกส่วน ('ลอยตัว') ให้กับวงจรขับเกตได้ ตัวแปลงฟลายแบ็ก แบบหลายเอาต์พุต เหมาะสำหรับงานนี้เป็นอย่างดี

อีกวิธีหนึ่งในการขับวงจรบริดจ์ MOSFET คือการใช้หม้อแปลงชนิดพิเศษที่เรียกว่า GDT (gate drive transformer) ซึ่งให้เอาต์พุตแยกสำหรับขับเกตของ FET ตัวบน แกนของหม้อแปลงมักจะเป็นวงแหวนเฟอร์ไรต์ที่มีอัตราส่วนการพันขดลวด 1:1 หรือ 4:9 อย่างไรก็ตาม วิธีนี้สามารถใช้ได้กับสัญญาณความถี่สูงเท่านั้น การออกแบบหม้อแปลงก็มีความสำคัญมากเช่นกัน เนื่องจาก ควรลด ค่าความเหนี่ยวนำรั่วไหลให้น้อยที่สุด มิฉะนั้นอาจเกิดการนำกระแสข้ามได้ เอาต์พุตของหม้อแปลงมักจะถูกจำกัดด้วยไดโอดซีเนอร์เนื่องจากแรงดันไฟฟ้ากระชาก สูง อาจทำลายเกตของ MOSFET ได้

รูปแบบทั่วไปของวงจรนี้ใช้ทรานซิสเตอร์เพียงสองตัวที่ด้านหนึ่งของโหลด คล้ายกับแอมพลิฟายเออร์คลาส ABการกำหนดค่าดังกล่าวเรียกว่า "ฮาล์ฟบริดจ์" ^{[ 4 ]}มันทำหน้าที่เป็นสวิตช์สลับอิเล็กทรอนิกส์ ฮาล์ฟบริดจ์ไม่สามารถสลับขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลดได้ ฮาล์ฟบริดจ์ใช้ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดบางชนิดที่ใช้ตัวเรียงกระแสแบบซิงโครนัสและในแอมพลิฟายเออร์ แบบสวิต ชิ่ง ประเภทฮาล์ฟ-เอชบริดจ์มักย่อเป็น "ฮาล์ฟ-เอช" เพื่อแยกความแตกต่างจากเอชบริดจ์แบบเต็ม ("ฟูล-เอช") รูปแบบทั่วไปอีกแบบหนึ่งคือการเพิ่ม 'ขา' ที่สามให้กับบริดจ์ ทำให้เกิดอินเวอร์เตอร์สามเฟสอินเวอร์เตอร์สามเฟสเป็นแกนหลักของไดรฟ์ มอเตอร์ AC ใดๆ

อีกรูปแบบหนึ่งคือวงจรบริดจ์แบบควบคุมครึ่งหนึ่ง ซึ่งอุปกรณ์สวิตช์ด้านแรงดันต่ำด้านหนึ่งของบริดจ์ และอุปกรณ์สวิตช์ด้านแรงดันสูงอีกด้านหนึ่งของบริดจ์ จะถูกแทนที่ด้วยไดโอด วิธีนี้ช่วยขจัดปัญหาการทำงานผิดพลาดแบบช็อตทรูและมักใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องจักร และแอคทูเอเตอร์ แบบ ปรับค่าความต้านทานได้หรือแบบสวิตช์ ซึ่งไม่ต้องการการไหลของ กระแสไฟฟ้าแบบสองทิศทาง

มีแพ็คเกจ H-bridge แบบเดี่ยวและคู่ราคาไม่แพงวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์มากมาย ซีรี่ส์ L293x ซึ่งในทางเทคนิคแล้วล้าสมัยไปมากตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1970 เนื่องจากการสูญเสียการสวิตช์ที่ลดลงและความเร็วที่สูงขึ้นในผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ทันสมัยกว่า ยังคงพบได้ในวงจรงานอดิเรกจำนวนมาก แพ็คเกจบางส่วน เช่น L9110 ^{[ 5 ]} มี ไดโอดฟลายแบ็กในตัวสำหรับการป้องกัน EMF ย้อนกลับ

การใช้งานทั่วไปอย่างหนึ่งของวงจร H-bridge คืออินเวอร์เตอร์บางครั้งการจัดเรียงแบบนี้เรียกว่าอินเวอร์เตอร์บริดจ์เฟสเดียว

วงจร H-bridge ที่ใช้แหล่งจ่ายไฟ DC จะสร้างรูปคลื่นแรงดันแบบสี่เหลี่ยมขึ้นที่โหลด สำหรับโหลดที่เป็นตัวเหนี่ยวนำล้วนๆ รูปคลื่นกระแสจะเป็นแบบสามเหลี่ยม โดยค่าสูงสุดของคลื่นจะขึ้นอยู่กับค่าความเหนี่ยวนำ ความถี่ในการสวิตช์ และแรงดันไฟขาเข้า

• การแก้ไขแบบแอคทีฟ
• คอมมิวเทเตอร์ (ไฟฟ้า)

• ทฤษฎีและการปฏิบัติของ H-Bridge
• ทฤษฎีการทำงานของสะพาน H โดยสังเขป
• บทช่วยสอนเกี่ยวกับวงจร H-bridge โดยกล่าวถึงโหมดการขับเคลื่อนต่างๆ และการใช้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำย้อนกลับ (Back-EMF)
• ตัวควบคุมมอเตอร์ DC แบบ PWM โดยใช้ MOSFET และไดร์เวอร์ H-Bridge IR2110
• สะพานรูปตัว H ในวิกิของ BEAM Robotics
• การหาที่มาของสูตรในการประมาณค่ากระแสของตัวควบคุม H-bridge (Vex, JAGUAR, Victor) และอธิบายว่าทำไม H-bridge บางตัวที่ใช้ในหุ่นยนต์จึงมีการตอบสนองของกระแสและความเร็วที่ไม่เป็นเชิงเส้น

• การสร้างมอเตอร์ควบคุมด้วยวงจร H-bridge โดยใช้โฟโตเซลล์เพื่อติดตามแสง
• การควบคุมมอเตอร์แบบ H-bridge ด้วยมาตรฐาน 4017 (ภาษาตุรกี)
• การใช้ HIP4081A สำหรับการควบคุม H-bridge เก็บถาวรเมื่อวันที่ 27 กุมภาพันธ์ 2012 ที่Wayback Machine
• การใช้วงจร H-bridge L293D สำหรับควบคุมมอเตอร์กระแสตรง
• วงจรอย่างง่ายที่ออกแบบโดยใช้ไอซีขับมอเตอร์ L293D