H-Bridge con follower di emettitori

Attualmente sto eseguendo il reverse engineering di un circuito che richiede il controllo di un campo magnetico. Per questo, il circuito ha una coppia di D882 e B772 ciascuno. Le tracce PCB suggeriscono che i transistor sono disposti come mostrato nella figura seguente: Questa disposizione non ha alcun senso per me. Applicare una tensione a nessuno dei segnali di controllo provocherebbe corrente attraverso entrambi i transistor anziché attraverso le bobine?

Questo si chiama "H-Bridge".

Viene spesso utilizzato per guidare i motori in avanti e indietro.

Nel tuo caso, ti consente di generare un campo magnetico la cui polarità e intensità puoi variare usando "segnale di controllo 1" e "segnale di controllo 2".

Quando entrambi sono alti (o entrambi bassi), non scorre corrente attraverso la bobina.

Se uno è alto e l'altro è basso, la corrente scorrerà in una direzione particolare.

Se si scambiano l'alto e il basso, scorrerà nella direzione opposta.

Ora, se ne tenete uno fermo e pulsate l'altro, otterrete una corrente pulsata attraverso la bobina. Sarà levigato (in qualche modo) dalla bobina in un campo magnetico costante la cui forza è propulsiva al ciclo di lavoro degli impulsi.

La commutazione della polarità della corrente modifica anche la polarità del campo magnetico.

Questa è una descrizione molto semplificata, ma penso che contenga abbastanza parole chiave che dovresti essere in grado di individuare più dettagli da solo.

È un circuito comune con molti usi - e molti trucchi e trappole che vanno a crearlo, usarlo e controllarlo.

Un po 'di più su come funziona:

La chiave di tutto è come funzionano i transistor pnp e npn.

Quando la tensione sulla base di un transistor npn è superiore di oltre 0,7 volt alla tensione sull'emettitore, la corrente fluirà attraverso il collettore verso l'emettitore.

Quando la tensione sulla base di un transistor pnp è superiore di 0,7 volt al di sotto della tensione sul collettore, la corrente fluirà attraverso il collettore verso l'emettitore.

Quindi, guardando il ponte H, immettendo un segnale alto su uno dei segnali di controllo si spegne il pnp e si accende il npn - quel lato del ponte è collegato alla tensione di alimentazione positiva.

Ora, se si mette un segnale basso sull'altra linea di controllo, il transistor npn si spegnerà e il pnp si accenderà. Quel lato del ponte è collegato al suolo.

La corrente può ora fluire da V + su un lato del ponte, attraverso le bobine, a terra sull'altro lato del ponte.

Quindi, quale segnale di controllo è alto e quale basso determina la direzione del flusso di corrente attraverso il carico nel mezzo del ponte.

Hai anche chiesto che sia possibile accendere entrambi i transistor da un lato e causare un corto circuito.

Può succedere e si chiama sparare. Parte della progettazione e del funzionamento di un ponte ad H serve a garantire che ciò non accada.

Nel design che hai pubblicato, non penso che possa succedere.

Mi sembra che i transistor su ciascun lato non possano mai essere attivi contemporaneamente. Ma non sono un ingegnere e potrei aver supervisionato qualcosa (anche se Tony è un ingegnere e non pensa che possa accadere con questo circuito.)

NO

Il Vbe ha una zona morta per livelli di azionamento di <| +/- 0.7V | tuttavia, durante il periodo di carico, si verifica EMF posteriore L / R = T (63% V) dove R è la resistenza CC delle bobine (DCR)

attenzione alla necessità di bloccare i picchi induttivi sulla guida opposta con coppie zener + diodi attraverso il motore o invertire i diodi Vce su ciascun transistor. Nei progetti più avanzati usano morsetti attivi. Fai attenzione all'energia reattiva e all'area del circuito corrente nel layout. Mantenere coppie strette da driver, potenza, terra a L per ridurre al minimo il rumore CM.

Tuttavia, quando si commuta a sinistra a destra per l'avanzamento e il riavvolgimento. Per interrompere la costante di tempo L / R = T con un altro tempo di arresto del freno prima di invertire la direzione, è necessario arrestare con il driver superiore o inferiore alto (o basso). Questo viene fatto dal tuo controller intelligente usando Sig1 = Sig2 = 0 o 1. Se questo non è un motore, ignora.

Quando si regola la corrente se il lato sinistro è alto, il lato destro viene utilizzato per la tensione media PWM per controllare la corrente di picco o la velocità allo stato stazionario. Quindi quando si inverte la polarità del carico, viene fatto il contrario. Lato destro alto e lato sinistro con PWM rampato verso Vavg completo nella polarità opposta. Se questo è un motore, lo stesso vale per la deaccelerazione. Spesso viene utilizzato uno shunt di corrente per il rilevamento della corrente, in cui l'inerzia del carico influisce sulla corrente durante la durata del tempo g.

Inoltre, tieni presente che questi semplici interruttori a transistor hanno un hFE di circa il 10 ~ 5% di max hFE durante la saturazione, quindi è necessario calcolare la corrente di ingresso e la dissipazione del calore. mentre il segnale di controllo dovrebbe essere superiore a + 12V o si verifica un'ulteriore caduta a causa di Vbe. Questo è il motivo per cui i MOSFET sono preferiti, ma hanno risolto problemi proprio come se si trattasse di open collector anziché di follower di emettitori. Quindi i 2 ingressi devono essere separati da 4 ingressi con tempi morti controllati.

Questo è il driver bridge più semplice, ma compromette Vdrop su ogni interruttore ma va bene per i piccoli ponti a 12V. Anche se può funzionare a 5 V, non raccomandato per scarsa efficienza.

Su ogni lato hai un transistor NPN e PNP. Se i livelli di tensione di controllo sono selezionati correttamente, i transistor NPN e PNP non si accenderanno contemporaneamente.

Un segnale PWM è sul controllo o un design analogico da OPAmp? Questo circuito assomiglia a un ripetitore analogico di classe Bridge B. Un equivalente PWM H complementare generalmente richiede che ciascun transistor sia pilotato separatamente e in saturazione, questo è per sempre in zona lineare, VCE non può mai raggiungere la saturazione. Sui ponti PWM H l'emettitore comune è preferito al comune collettore; è più semplice saturare ciascun transistor a ponte senza ulteriori tensioni di alimentazione. Common Collector ha lo svantaggio di propagare BEMF alla guida BASE, questo può distruggere il conducente.

Alcune delle risposte precedenti fanno affermazioni corrette, ma nessuna risposta singola risponde in modo soddisfacente alla domanda.

@JRE ha ragione a dire che chiamiamo questa topologia di circuito un ponte a H, che viene comunemente utilizzato per controllare i motori e come impostare le linee di controllo per far funzionare un motore.

@TonyEErocketscientist ha ragione nel ritenere che hai bisogno di qualcosa per dissipare la corrente quando il carico induttivo è spento. Il suo suggerimento di diodi zener back-to-back, in parallelo con il carico, è la soluzione migliore. Se la corrente è piccola, potresti anche cavartela con un condensatore non polarizzato.

In un commento, @immibis afferma correttamente che ogni singolo transistor è collegato in un seguace di emettitore. In altre parole, l'uscita è collegata all'emettitore del transistor, piuttosto che al collettore. L'uscita segue la tensione dell'ingresso, all'interno di una caduta di tensione del diodo.

I transistor nei follower degli emettitori rimangono attivi , tranne quando la tensione di ingresso è vicina alle guide di alimentazione. Per questo motivo, i follower degli emettitori sono famosi per lo spreco di energia e la necessità di dissipatori di calore. Il cuore di un regolatore di tensione lineare è un seguace dell'emettitore e questi regolatori sono noti per essere inefficienti e richiedere dissipatori di calore. La logica accoppiata all'emettitore (come quella usata nei supercomputer Cray) utilizza i seguaci dell'emettitore per commutare i segnali digitali. La produzione di calore nel Cray era così grave che l'unità di refrigerazione era più grande dell'elettronica! E il terzo esempio di follower di emettitori è un ...

Amplificatore di classe B, che @ RRomano010 sottolinea. Sono realizzati da due follower di emettitori, con un transistor NPN che si tira verso la guida alta e un transistor PNP che tira verso la guida bassa. Questo è quello che abbiamo qui. Sono comunemente usati come stadio di uscita degli amplificatori audio per pilotare gli altoparlanti, sono inefficienti e richiedono un ampio assorbimento di calore.

Se devi assolutamente guidare il tuo carico induttivo con un segnale analogico (cioè PWM non è accettabile), allora il circuito presentato nella domanda è ok, il design funzionerà a malapena (anche se aggiungerei i diodi di protezione di @ TonyEErocketscientist). Si otterrà una certa distorsione crossover a causa degli offset della tensione del diodo; questi possono essere compensati come avviene in un amplificatore di classe AB.

Se stai accendendo / spegnendo il tuo carico o con PWM, allora è un design inefficiente. Il solito modo per realizzare un ponte H è con i transistor PNP che tirano verso la guida alta e i transistor NPN che tirano verso la guida bassa. In altre parole, scambiare i transistor NPN in questo circuito con PNP e viceversa. Tuttavia, avrai bisogno di resistori su ogni base di transistor. Forse il progettista di questo circuito stava cercando di evitare i componenti aggiuntivi, il che spiegherebbe anche la mancanza di diodi di protezione. Assicurati di inserire anche quei diodi di protezione.

Oppure potresti semplicemente usare un chip bridge H, dove qualcun altro si è preso cura di questi problemi per te.