Warum beschädigen Flyback-Dioden in der H-Brücke nicht die Stromversorgung?

Ich lerne gerade über das Antreiben eines kleinen Gleichstrommotors (~ 5 V). Meine bisherigen Untersuchungen haben gezeigt, dass ein L298N eine gute Wahl sein könnte, um schnell etwas zum Laufen zu bringen. Ich versuche jedoch auch zu verstehen, was genau passiert (dh die interne H-Brücke), und es gibt etwas, das mir nicht wirklich klar ist. Die Beispielschaltung im Datenblatt auf Seite 6 verwendet vier Flyback-Dioden in einer Konfiguration, die für H-Brücken üblich zu sein scheint (da andere Standorte ähnliche H-Brückenschaltungen empfehlen). Die Konfiguration, bei der der L298N für einen Moment vernachlässigt wird, sieht im Wesentlichen folgendermaßen aus:

Wenn ich es richtig verstehe, bieten diese Dioden einen Weg für den Motor, um den Stromfluss aufrechtzuerhalten, wenn die MOSFETs ausgeschaltet werden, um große Spannungsspitzen zu verhindern. Der Pfad für diesen Strom scheint jedoch in umgekehrter Richtung direkt durch die Stromquelle zu verlaufen . Das heißt, umgekehrt in Bezug auf die Richtung des Stroms, den eine Stromquelle normalerweise liefert. Dies ist in der folgenden Abbildung angegeben.

Da ich in der Welt der Elektronik relativ neu bin, scheint dies eine seltsame Sache zu sein. Ich verstehe, dass dies auf Papier funktioniert, wenn die Stromquelle eine ideale Konstantspannungsquelle ist. Aber ist das im wirklichen Leben wirklich sicher? Nehmen wir an, ich verwende ein paar Alkalibatterien, um mein Projekt mit Strom zu versorgen. Dann scheint dieser Rückstrom wie ein Aufladen zu sein. Und die Wikipedia-Seite über Alkalibatterien sagt:

Aufladeversuche können zum Bersten oder zum Austreten gefährlicher Flüssigkeiten führen, die das Gerät angreifen.

Oder was ist, wenn ich ein Labornetzteil oder sogar einen Spannungsregler als Spannungsquelle verwende? Wie mit diesem Rückstrom umgegangen wird, macht für mich wenig Sinn und ich mache mir Sorgen, dass ich meine Ausrüstung in die Luft jagen könnte. Könnte mich jemand darüber aufklären, warum die obige Schaltung tatsächlich sicher ist? Und wenn es nicht sicher ist, warum empfehlen es dann viele Websites und welche Schaltung sollte ich stattdessen verwenden?

Die Dioden dienen zwei unterschiedlichen Zwecken.

1. Beim regenerativen Bremsen geben sie die erzeugte Spannung an die Stromversorgung zurück (wo sie mit geeigneter Elektronik zum Aufladen der Batterie verwendet werden kann). Beachten Sie, dass die erzeugte Spannung nicht höher als die Versorgungsspannung ist, sofern der Motor nicht über seiner normalen Drehzahl läuft, sodass sie innerhalb der Nennspannung der Stromversorgung liegt. Das Netzteil kann dies normalerweise aushalten. Wenn es jedoch keinen Strom aufnehmen kann (entweder um eine Batterie aufzuladen oder in einen Bremswiderstand zu entleeren), tritt nur eine geringe oder keine Bremswirkung auf.
2. Die Dioden führen auch induktive Spitzen (von den Motorbürsten) zur Versorgung zurück, und diese können für eine sehr kurze Dauer Hunderte von Volt betragen, was sich für die Stromversorgung als zerstörerisch erweisen kann. Um dann die eigentliche Frage zu beantworten: Die Versorgung kann durch Hochspannungsspitzen beschädigt werden. Daher muss der Entwickler Vorkehrungen treffen, um diese Beschädigung zu verhindern - wie eine Induktivität (Ferritperle) in Reihe und ausreichend Entkopplungskondensatoren über die Versorgung und möglicherweise einen Übergang Suppressor oder Varistor zur Absorption von HV-Transienten

Beachten Sie, dass diese Spikes im Allgemeinen nicht genug Energie enthalten, um einer Primärzelle Schaden zuzufügen. Entspannen Sie sich also, wenn Sie die Brücke direkt an eine Batterie anschließen. Geregelte Verbrauchsmaterialien, die nicht für den Antrieb von Motoren ausgelegt sind, können jedoch ein Problem darstellen.

Wenn der Motor Strom erzeugt, muss die Nettoleistung in den Motor positiv sein, sodass der Nettostrom aus den Batterien in der Richtung sein muss, in der sie entladen werden, damit es Ihnen gut geht.

Wenn der Motor regenerativ gebremst wird, kann Strom aus dem Motor fließen und die Versorgungsspannung erhöhen und die Batterien aufladen (dies wird bei Elektrofahrzeugen vorteilhaft verwendet). Bei einem kleinen Motor, der direkt an Primärzellen angeschlossen ist, müssen Sie sich im Allgemeinen keine Sorgen machen. Wenn Sie jedoch über eine Versorgung verfügen, die keinen Strom aufnehmen kann (z. B. Gleichrichter + Filter), kann dies zu Problemen führen, wenn der Kondensator nicht groß genug ist.

Ich bin mit Motoren nicht sehr vertraut, werde aber hier eine Antwort riskieren. Bei der Modellierung elektrischer Schaltkreise, beispielsweise mit SPICE oder einem ähnlichen Gehäuse, werden die Gleichstromversorgungen normalerweise als Kurzschlüsse gegen Masse modelliert. Dies wird in Lehrbüchern zur elementaren Elektrotechnik meist etwas kurz erklärt.

Denken Sie auch daran, dass ein Gleichstromnetzteil im Allgemeinen Kondensatoren über seinen Ausgang verwendet, normalerweise, um Welligkeiten auszugleichen. Diese Kondensatoren wirken als "Kurzschlüsse nach Masse" für transiente Ströme.

Normalerweise werden die High-Side-Treiber für die Richtung von Bürstenmotoren oder Schritt- und BLDC-Polschaltungen verwendet, während die Low-Side für PWM Strom, Drehmoment und Beschleunigung begrenzt.

Wenn der Low-Side-Treiber abschaltet, steigt die Spannung an und der Strom geht weiter, während er mit einem Kurzschluss nach V + abfällt, sodass beim Ausschalten kein Strom durch die Batterie oder die Versorgung fließt. Es wird auf dem High-Side-Treiber und der High-Side-Diode mit entgegengesetzter Motorpolarität fortgesetzt.

Dies wechselt mit Polarität und Richtung auf dieselbe Weise und blockiert den Strom zur Versorgung, während dieser bis zu mehreren L / R-Zeitkonstanten weiter durch den gegenüberliegenden Treiber zirkuliert.