H-Bridge พร้อมผู้ติดตามตัวส่ง

ขณะนี้ฉันกำลังวิศวกรรมย้อนกลับวงจรซึ่งต้องมีการควบคุมสนามแม่เหล็ก เพื่อให้วงจรมีคู่ D882 และ B772 ต่อกัน ร่องรอยของ PCB แนะนำให้จัดเรียงทรานซิสเตอร์ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง: การจัดเรียงนี้ไม่สมเหตุสมผลเลยสำหรับฉัน จะไม่ใช้แรงดันไฟฟ้ากับสัญญาณควบคุมใด ๆ ส่งผลให้เกิดกระแสผ่านทรานซิสเตอร์ทั้งสองมากกว่าผ่านขดลวดหรือไม่

เรียกว่า "H-Bridge"

มันมักจะใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์ไปข้างหน้าและข้างหลัง

ในกรณีของคุณจะช่วยให้คุณสร้างสนามแม่เหล็กที่มีขั้วและความเข้มคุณสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้ "สัญญาณควบคุม 1" และ "สัญญาณควบคุม 2"

เมื่อทั้งคู่สูง (หรือทั้งคู่ต่ำ) จะไม่มีกระแสไหลผ่านขดลวด

หากมีใครสูงและอีกคนอยู่ในระดับต่ำกระแสก็จะไหลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

หากคุณสลับสูงและต่ำมันจะไหลในทิศทางตรงกันข้าม

ทีนี้ถ้าคุณจับตัวที่มั่นคงและพัลส์อีกอันหนึ่งคุณจะได้กระแสพัลซิ่งผ่านขดลวด มันจะถูกทำให้เรียบ (ค่อนข้าง) โดยขดลวดไปยังสนามแม่เหล็กที่มีความแข็งแรงซึ่งเป็นแรงผลักดันต่อวงจรการทำงานของพัลส์

การสลับขั้วของกระแสยังเปลี่ยนขั้วของสนามแม่เหล็กด้วย

นั่นเป็นคำอธิบายที่ง่ายมาก แต่ฉันคิดว่ามันมีคำสำคัญพอที่คุณควรจะหารายละเอียดเพิ่มเติมด้วยตัวคุณเอง

มันเป็นวงจรทั่วไปที่มีการใช้งานมากมาย - และมีลูกเล่นและกับดักมากมายที่นำไปใช้สร้างและควบคุมมัน

อีกเล็กน้อยเกี่ยวกับวิธีการทำงาน:

กุญแจสำคัญในเรื่องทั้งหมดคือการทำงานของทรานซิสเตอร์ pnp และ npn

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ฐานของทรานซิสเตอร์ npn มากกว่า 0.7 โวลต์เหนือแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวสะสมไปยังตัวปล่อย

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ฐานของทรานซิสเตอร์ pnp มากกว่า 0.7 โวลต์ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวสะสมไปยังตัวส่ง

ดังนั้นเมื่อมองไปที่ H-bridge การใส่สัญญาณสูงบนสัญญาณควบคุมจะปิด pnp และเปิด npn - ด้านข้างของสะพานนั้นเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าบวก

ทีนี้ถ้าคุณใส่สัญญาณต่ำบนสายควบคุมอื่นทรานซิสเตอร์ npn จะปิดและ pnp จะเปิด ด้านนั้นของสะพานเชื่อมต่อกับพื้นดิน

ปัจจุบันสามารถไหลจาก V + ที่ด้านหนึ่งของสะพานผ่านขดลวดไปยังพื้นดินในด้านอื่น ๆ ของสะพาน

ดังนั้นสัญญาณควบคุมใดที่สูงและต่ำกำหนดทิศทางของกระแสปัจจุบันผ่านโหลดที่อยู่ตรงกลางของสะพาน

คุณยังถามว่าทั้งสองด้านของทรานซิสเตอร์สามารถเปิดและทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้

มันสามารถเกิดขึ้นได้และเรียกว่ายิงผ่าน ส่วนหนึ่งของการออกแบบและการใช้งานของ H-bridge จะทำให้แน่ใจว่ามันจะไม่เกิดขึ้น

ในการออกแบบที่คุณโพสต์ฉันไม่คิดว่ามันจะเกิดขึ้น

ฉันคิดว่าทรานซิสเตอร์ในแต่ละด้านไม่สามารถเปิดได้ในเวลาเดียวกัน แต่ฉันไม่ใช่วิศวกรและอาจดูแลบางอย่าง (แม้ว่าโทนี่เป็นวิศวกรและไม่คิดว่ามันจะเกิดขึ้นกับวงจรนี้)

NO

Vbe มีโซนสำหรับระดับไดรฟ์ <| +/- 0.7V | อย่างไรก็ตามกลับ EMF ในช่วงเวลาของการโหลด L / R = T (63% V) จะเกิดขึ้นเมื่อ R คือความต้านทานกระแสตรงของขดลวด (DCR)

ระวังความจำเป็นที่จะต้องยึดตัวเหนี่ยวนำแหลมกับรางตรงข้ามที่มีซีเนอร์ + ไดโอดคู่ข้ามมอเตอร์หรือไดโอด Vce ย้อนกลับข้ามแต่ละทรานซิสเตอร์ ในการออกแบบขั้นสูงพวกเขาใช้ตัวหนีบที่ใช้งานอยู่ ระวังพลังงานปฏิกิริยาและพื้นที่ลูปปัจจุบันในเลย์เอาต์ ทำให้คู่แน่นจากไดรเวอร์พลังงานพื้นถึง L เพื่อลดเสียงรบกวน CM

อย่างไรก็ตามเมื่อสับเปลี่ยนซ้ายขวาเพื่อไปข้างหน้าและย้อนกลับ คุณต้องหยุดโดยให้ทั้งไดรเวอร์ด้านบนหรือด้านล่างสูง (หรือต่ำ) เพื่อปัดค่าคงตัวเวลา L / R = T ด้วยเวลาเบรกแบบตายตัวก่อนที่จะกลับทิศทาง สิ่งนี้ทำได้โดยตัวควบคุมอัจฉริยะของคุณโดยใช้ Sig1 = Sig2 = ทั้ง 0 หรือ 1 หากนี่ไม่ใช่มอเตอร์

เมื่อควบคุมกระแสไฟฟ้าหากด้านซ้ายสูงจะใช้แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย PWM เพื่อควบคุมกระแสไฟกระชากหรือความเร็วที่สภาวะคงที่ จากนั้นเมื่อย้อนกลับขั้วโหลดจะทำตรงกันข้าม ด้านขวาสูงและด้านซ้ายด้วย PWM ramped ต่อ Vavg เต็มในขั้วตรงข้าม หากนี่คือมอเตอร์ก็จะเป็นเช่นเดียวกันสำหรับการลดความเร็ว บ่อยครั้งที่กระแสไฟฟ้ากระแสสลับถูกใช้สำหรับการตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่แรงเฉื่อยของโหลดมีผลต่อกระแสไฟฟ้าในช่วงระยะเวลา g

โปรดจำไว้ว่าสวิทช์ทรานซิสเตอร์แบบง่ายเหล่านี้มี hFE ประมาณ 10 ~ 5% ของสูงสุด hFE ในระหว่างการอิ่มตัวดังนั้นจึงควรคำนวณกระแสอินพุตและการกระจายความร้อน ในขณะที่สัญญาณควบคุมควรจะสูงกว่า + 12V หรือลดลงเกิดขึ้นเนื่องจาก Vbe นี่คือเหตุผลว่าทำไมมอสเฟตจึงเป็นที่นิยม แต่มีปัญหาการยิงทะลุเหมือนว่านี่เป็นนักสะสมแบบเปิดแทนที่จะเป็นผู้ติดตามอิมิตเตอร์ จากนั้นอินพุต 2 ตัวจะต้องแยกออกเป็น 4 อินพุทที่มีการควบคุมเวลาแบบตาย

นี่เป็นไดร์เวอร์บริดจ์ที่ง่ายที่สุด แต่ยอมให้ Vdrop ในแต่ละสวิตช์ แต่ก็พอสำหรับบริดจ์ขนาดเล็กที่ 12V แม้ว่ามันอาจทำงานที่ 5V แต่ก็ไม่แนะนำสำหรับประสิทธิภาพที่ไม่ดี

ในแต่ละด้านคุณมีทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP หากเลือกระดับแรงดันไฟฟ้าควบคุมอย่างถูกต้องทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP จะไม่เปิดพร้อมกัน

สัญญาณ PWM บนตัวควบคุมหรือการออกแบบแอนะล็อกจาก OPAmp หรือไม่ วงจรนี้มีลักษณะคล้ายกับบริดจ์คลาส B Booster แบบอะนาล็อก โดยทั่วไปแล้ว H PWM เสริมที่เทียบเท่ากันต้องการทรานซิสเตอร์แต่ละตัวในการขับเคลื่อนแยกกันและเพื่อความอิ่มตัวของสีตัวนี้จะอยู่ในเขตเส้นตรงตลอดไป VCE จะไม่สามารถไปถึงความอิ่มตัวได้ บน PWM H bridges Common Emitter เป็นที่ต้องการสะสมทั่วไป; มันง่ายกว่าที่จะอิ่มตัวแต่ละทรานซิสเตอร์สะพานโดยไม่ต้องแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติม Common Collector มีข้อเสียของการแพร่กระจาย BEMF ไปยังการขับขี่แบบ BASE ซึ่งสามารถทำลายไดรเวอร์

คำตอบก่อนหน้าบางคำตอบที่ถูกต้อง แต่ไม่มีคำตอบเดียวที่ตอบคำถามได้อย่างน่าพอใจ

@JRE นั้นถูกต้องที่เราเรียกโครงสร้างวงจรนี้ว่า H-bridge ซึ่งเป็นที่ใช้กันทั่วไปในการควบคุมมอเตอร์และวิธีที่คุณจะตั้งสายควบคุมให้ใช้งานมอเตอร์

@ Tonyonyrockets นักวิทยาศาสตร์ถูกต้องที่คุณต้องการบางสิ่งบางอย่างที่จะกระจายในปัจจุบันเมื่อปิดโหลดอุปนัย คำแนะนำของเขาเกี่ยวกับไดโอดซีเนอร์แบบแบ็คทูแบ็คกลับขนานกับโหลดเป็นทางออกที่ดีที่สุด หากกระแสไฟฟ้ามีขนาดเล็กคุณสามารถหลีกเลี่ยงตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้วได้

ในความคิดเห็น @immibis ระบุอย่างถูกต้องว่าแต่ละทรานซิสเตอร์แต่ละตัวเชื่อมต่อกันในผู้ติดตามอิมิตเตอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่งเอาท์พุทเชื่อมต่อกับตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์มากกว่าตัวสะสม เอาท์พุทดังต่อไปนี้แรงดันไฟฟ้าของอินพุตภายในแรงดันไดโอดลดลง

ทรานซิสเตอร์ในตัวส่งกำลังของตัวส่งสัญญาณจะยังคงทำงานอยู่ยกเว้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าเข้าใกล้กับรางจ่ายไฟ ด้วยเหตุนี้สาวก emitter จึงฉาวโฉ่สำหรับการสูญเสียพลังงานและต้องการ sinks ความร้อน หัวใจของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นเป็นผู้ติดตามตัวปล่อยคลื่นและผู้ควบคุมการทำงานเหล่านี้มีชื่อเสียงในด้านประสิทธิภาพและต้องใช้แผงระบายความร้อน ตรรกะตัวส่ง - คู่ (เช่นใช้ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของเครย์) ใช้ผู้ติดตามตัวส่งสัญญาณเพื่อสลับสัญญาณดิจิตอล การผลิตความร้อนในเครย์นั้นแย่มากจนหน่วยทำความเย็นใหญ่กว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์! และตัวอย่างที่สามของผู้ติดตามตัวส่งคือ ...

เครื่องขยายเสียงคลาส B ซึ่ง @ RRomano010 ชี้ให้เห็น พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยผู้ติดตามอิมิเตอร์สองตัวโดยมีทรานซิสเตอร์ NPN ดึงขึ้นไปที่รางรถไฟสูงและทรานซิสเตอร์ PNP จะดึงไปที่รางรถไฟต่ำ นั่นคือสิ่งที่เรามีที่นี่ โดยทั่วไปจะใช้เป็นระยะเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เสียงเพื่อขับลำโพงมีประสิทธิภาพและต้องการการระบายความร้อนที่เพียงพอ

หากคุณต้องขับรถโหลดอุปนัยของคุณด้วยสัญญาณอะนาล็อก (เช่น PWM ไม่เป็นที่ยอมรับ) จากนั้นวงจรที่นำเสนอในคำถามคือการออกแบบที่ไม่เป็นทางการจะใช้งานได้แทบจะไม่ (แม้ว่าฉันจะเพิ่มไดโอดป้องกัน คุณจะได้รับการบิดเบือนครอสโอเวอร์เพราะแรงดันไฟฟ้าไดโอดออฟเซ็ต สิ่งเหล่านี้สามารถชดเชยได้เช่นเดียวกับที่ทำในเครื่องขยายเสียงคลาส AB

หากคุณกำลังขับเปิด / ปิดโหลดหรือด้วย PWM แสดงว่าเป็นการออกแบบที่ไม่มีประสิทธิภาพ วิธีปกติในการสร้างสะพาน H คือใช้ทรานซิสเตอร์ PNP ดึงไปที่รางรถไฟสูงและทรานซิสเตอร์ NPN จะดึงไปที่รางรถไฟระดับต่ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งให้สลับ NPN ทรานซิสเตอร์ในวงจรนี้ด้วย PNP และในทางกลับกัน อย่างไรก็ตามคุณจะต้องมีตัวต้านทานในแต่ละฐานของทรานซิสเตอร์ ผู้ออกแบบวงจรนี้อาจพยายามหลีกเลี่ยงส่วนประกอบพิเศษ - ซึ่งจะอธิบายการขาดไดโอดป้องกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณใส่ไดโอดป้องกันเหล่านั้นด้วย

หรือคุณอาจใช้ชิปบริดจ์ H ซึ่งคนอื่นได้ดูแลปัญหาเหล่านี้ให้คุณ