Perché i diodi flyback nell'alimentatore H-bridge non danneggiano l'alimentatore?

Attualmente sto imparando a guidare un piccolo motore DC (~ 5V). La mia ricerca finora ha indicato che un L298N potrebbe essere una buona scelta per mettere rapidamente in funzione qualcosa. Tuttavia, sto anche cercando di capire cosa sta succedendo esattamente (cioè il ponte ad H interno) e c'è qualcosa che non mi è molto chiaro. Il circuito di esempio nel foglio dati a pagina 6 utilizza quattro diodi flyback in una configurazione che sembra essere comune per i ponti H (poiché altri siti raccomandano circuiti H-bridge simili). La configurazione, trascurando per un momento l'L298N, assomiglia essenzialmente a questa:

Ora, se lo capisco correttamente, questi diodi forniscono un percorso al motore per mantenere il flusso di corrente quando i MOSFET vengono spenti per evitare picchi di tensione elevati. Il percorso per questa corrente sembra tuttavia passare attraverso la fonte di alimentazione nella direzione opposta . Cioè, invertito rispetto alla direzione della corrente che normalmente fornisce una fonte di alimentazione. Questo è indicato nella figura seguente.

Dato che sono relativamente nuovo nel mondo dell'elettronica, questa sembra una cosa strana da fare. Capisco che questo funziona su carta se la fonte di alimentazione è una fonte di tensione costante ideale . Ma è davvero sicuro nella vita reale? Diciamo che sto usando alcune batterie alcaline per alimentare il mio progetto, quindi questa corrente inversa sembra ricaricare. E la pagina di Wikipedia sulle batterie alcaline dice:

I tentativi di ricarica possono causare la rottura o la fuoriuscita di liquidi pericolosi che corrodono l'apparecchiatura.

O cosa succede se sto usando un alimentatore da laboratorio o anche un regolatore di tensione come sorgente di tensione? Il modo in cui vengono gestite queste correnti inverse non ha molto senso per me e sono preoccupato che potrei far saltare in aria la mia attrezzatura. Qualcuno potrebbe illuminarmi sul perché il circuito sopra è effettivamente sicuro? E se non è sicuro, allora perché molti siti lo raccomandano e quale circuito dovrei usare?

I diodi hanno due scopi distinti.

1. In frenata rigenerativa, restituiscono la tensione generata all'alimentazione (dove con un'elettronica adatta, può essere utilizzata per ricaricare la batteria). Si noti che, a meno che il motore non stia funzionando al di sopra della sua velocità normale, la tensione generata non sarà superiore alla tensione di alimentazione, quindi rientra nella tensione nominale dell'alimentatore. Quindi l'alimentatore può normalmente resistere a questo - ma se non è in grado di assorbire la corrente (né per caricare una batteria, né scaricarla in una resistenza di frenatura) si avrà un effetto di frenata scarso o nullo.
2. I diodi restituiscono anche picchi induttivi (dalle spazzole del motore) all'alimentazione, e questi possono essere centinaia di volt, per una durata molto breve, il che può rivelarsi distruttivo per gli alimentatori. Quindi per rispondere alla domanda effettiva: l'alimentazione può essere danneggiata da picchi di alta tensione, quindi il suo progettista deve prendere precauzioni per prevenire tale danno - come un induttore (tallone di ferrite) in serie e ampi condensatori di disaccoppiamento attraverso l'alimentazione, e possibilmente un transitorio soppressore o varistore per assorbire i transitori HV

Nota che generalmente non c'è abbastanza energia in questi picchi per danneggiare qualsiasi cellula primaria, quindi rilassati se colleghi il ponte direttamente a una batteria. Ma i materiali di consumo regolati che non sono progettati per azionare i motori possono essere un problema.

Se il motore sta producendo energia, la potenza netta nel motore deve essere positiva, quindi la corrente netta fuori dalle batterie deve essere nella direzione che le scarica, quindi stai bene.

Se il motore viene frenato in modo rigenerativo, l'alimentazione può fuoriuscire dal motore e può aumentare la tensione di alimentazione e caricare le batterie (questo è usato a vantaggio nei veicoli elettrici). Non è qualcosa di cui devi generalmente preoccuparti con un piccolo motore collegato direttamente alle celle primarie, ma se hai un'alimentazione che non può assorbire corrente (ad es. Un raddrizzatore + filtro) potrebbe causare problemi se il condensatore non è abbastanza grande.

Non ho molta familiarità con i motori, ma rischierò una risposta qui. Quando si modellano i circuiti elettrici, ad esempio con SPICE o un pacchetto simile, gli alimentatori CC sono in genere modellati come cortocircuiti verso massa. Questo di solito è spiegato in qualche modo brevemente nei libri di testo sull'ingegneria elettrica elementare.

Ricordiamo anche che un alimentatore CC impiegherà generalmente condensatori attraverso la sua uscita, di solito allo scopo di appianare l'ondulazione. Questi condensatori fungono da "cortocircuiti verso massa" per correnti transitorie.

Normalmente i driver lato alto vengono utilizzati per la direzione su motori a spazzole o stepper e commutazione polo BLDC mentre il lato inferiore per PWM per limitare corrente, coppia e accelerazione.

Quando il driver lato basso si spegne la tensione aumenta e la corrente continua mentre decade con un corto a V +, quindi la corrente non circola attraverso la batteria o l'alimentazione quando è spenta. Continua sul driver lato alto e sul diodo lato alto polarità opposta del motore.

Ciò si alterna con la polarità e la direzione allo stesso modo bloccando la corrente all'alimentazione in quanto continua a circolare attraverso il driver opposto fino a quando diverse costanti di tempo L / R.