H-Brücke mit Emitter-Followern

Ich bin gerade dabei, eine Schaltung zurückzuentwickeln, die die Steuerung eines Magnetfelds erfordert. Dafür hat die Schaltung jeweils ein Paar D882 und B772. Die Leiterplattenspuren deuten darauf hin, dass die Transistoren wie in der Abbildung unten dargestellt angeordnet sind: Diese Anordnung macht für mich überhaupt keinen Sinn. Würde das Anlegen einer Spannung an eines der Steuersignale nicht zu einem Strom durch beide Transistoren und nicht durch die Spulen führen?

Das nennt man eine "H-Brücke".

Es wird häufig verwendet, um Motoren sowohl vorwärts als auch rückwärts anzutreiben.

In Ihrem Fall können Sie ein Magnetfeld erzeugen, dessen Polarität und Intensität Sie mit "Steuersignal 1" und "Steuersignal 2" variieren können.

Wenn beide hoch sind (oder beide niedrig sind), fließt kein Strom durch die Spule.

Wenn einer hoch und der andere niedrig ist, fließt Strom in eine bestimmte Richtung.

Wenn Sie das Hoch und das Tief tauschen, fließt es in die entgegengesetzte Richtung.

Wenn Sie nun einen ruhig halten und den anderen pulsieren, erhalten Sie einen gepulsten Strom durch die Spule. Es wird von der Spule (etwas) auf ein stetiges Magnetfeld geglättet, dessen Stärke proportional zum Tastverhältnis der Impulse ist.

Durch Umschalten der Polarität des Stroms wird auch die Polarität des Magnetfelds geändert.

Das ist eine sehr vereinfachte Beschreibung, aber ich denke, sie enthält genug Schlüsselwörter, damit Sie in der Lage sein sollten, selbst mehr Details zu finden.

Es ist eine gemeinsame Schaltung mit vielen Verwendungszwecken - und vielen Tricks und Fallen, mit denen sie hergestellt, verwendet und gesteuert wird.

Ein bisschen mehr darüber, wie es funktioniert:

Der Schlüssel zum Ganzen ist, wie pnp- und npn-Transistoren funktionieren.

Wenn die Spannung an der Basis eines npn-Transistors mehr als 0,7 Volt über der Spannung am Emitter liegt, fließt Strom durch den Kollektor zum Emitter.

Wenn die Spannung an der Basis eines pnp-Transistors mehr als 0,7 Volt unter der Spannung am Kollektor liegt, fließt Strom durch den Kollektor zum Emitter.

Wenn Sie also auf die H-Brücke schauen und ein hohes Signal an eines der Steuersignale legen, wird der pnp ausgeschaltet und der npn eingeschaltet - diese Seite der Brücke ist mit der positiven Versorgungsspannung verbunden.

Wenn Sie nun ein niedriges Signal auf die andere Steuerleitung legen, wird der npn-Transistor ausgeschaltet und der pnp eingeschaltet. Diese Seite der Brücke ist mit dem Boden verbunden.

Strom kann nun von V + auf einer Seite der Brücke durch die Spulen zur Erde auf der anderen Seite der Brücke fließen.

Welches Steuersignal hoch und welches niedrig ist, bestimmt also die Richtung des Stromflusses durch die Last in der Mitte der Brücke.

Sie haben auch gefragt, ob beide Transistoren auf einer Seite eingeschaltet werden und einen Kurzschluss verursachen können.

Es kann passieren und heißt Durchschießen. Ein Teil des Entwurfs und des Betriebs einer H-Brücke besteht darin, sicherzustellen, dass dies nicht geschieht.

In dem Design, das Sie gepostet haben, glaube ich nicht, dass es passieren kann.

Es sieht für mich so aus, als ob die Transistoren auf jeder Seite niemals gleichzeitig eingeschaltet sein können. Aber ich bin kein Ingenieur und habe vielleicht etwas beaufsichtigt (obwohl Tony Ingenieur ist und nicht glaubt, dass es mit dieser Schaltung passieren kann.)

NEIN

Der Vbe hat eine Totzone für Antriebspegel von <| +/- 0,7 V | Es tritt jedoch eine Gegen-EMK während der Lastzeit L / R = T (63% V) auf, wobei R der Gleichstromwiderstand der Spulen ist. (DCR)

Achten Sie darauf, dass keine induktiven Spitzen mit Zener + Diodenpaaren über den Motor oder über die Vce-Dioden über jeden Transistor auf die gegenüberliegende Schiene geklemmt werden müssen. In fortgeschritteneren Designs verwenden sie aktive Klemmen. Achten Sie im Layout auf Blindleistung und Stromschleifenbereich. Halten Sie die Paare von Treiber, Stromversorgung, Masse bis L eng zusammen, um CM-Rauschen zu minimieren.

Beim Pendeln von links nach rechts für Vorwärts und Rückwärts. Sie müssen anhalten, indem Sie beide oberen oder unteren Treiber hoch (oder niedrig) haben, um die Zeitkonstante L / R = T mit einer anderen Bremstotzeit vor der Richtungsumkehr zu überbrücken. Dies wird von Ihrem Smart Controller mit Sig1 = Sig2 = entweder 0 oder 1 durchgeführt. Wenn dies kein Motor ist, ignorieren Sie dies.

Wenn der Strom reguliert wird, wenn die linke Seite hoch ist, wird die rechte Seite für die durchschnittliche PWM-Spannung verwendet, um den Stoßstrom oder die Stoßgeschwindigkeit im stationären Zustand zu steuern. Beim Umkehren der Lastpolarität ist das Gegenteil der Fall. Rechte Seite hoch und linke Seite mit rampenförmiger PWM in Richtung voller Vavg in entgegengesetzter Polarität. Wenn dies ein Motor ist, gilt dies auch für das Abbremsen. Oft wird ein Stromshunt zur Stromerfassung verwendet, bei dem die Lastträgheit den Strom während der g-Zeitdauer beeinflusst.

Denken Sie auch daran, dass diese einfachen Transistorschalter während der Sättigung einen hFE von etwa 10 bis 5% des maximalen hFE aufweisen, sodass der Eingangsstrom und die Wärmeableitung berechnet werden sollten. während das Steuersignal über +12 V liegen sollte oder ein zusätzlicher Abfall aufgrund von Vbe auftritt. Aus diesem Grund werden MOSFETs bevorzugt, haben jedoch Probleme beim Durchschießen, als wären diese Open-Collectors anstelle von Emitter-Followern. DANN müssen die 2 Eingänge mit kontrollierter Totzeit auf 4 Eingänge getrennt werden.

Dies ist der einfachste Brückentreiber, beeinträchtigt jedoch Vdrop bei jedem Switch, ist jedoch für kleine Brücken mit 12 V in Ordnung. Obwohl es bei 5 V arbeiten kann, wird es für schlechte Effizienz nicht empfohlen.

Auf jeder Seite haben Sie einen NPN- und einen PNP-Transistor. Wenn die Steuerspannungspegel richtig ausgewählt sind, werden der NPN- und der PNP-Transistor nicht gleichzeitig eingeschaltet.

Ist ein PWM-Signal an der Steuerung oder ein analoges Design von OPAmp? Diese Schaltung ähnelt einem analogen Bridge Class B Booster. Eine äquivalente komplementäre H-PWM benötigt im Allgemeinen, dass jeder Transistor separat angesteuert und zur Sättigung gebracht wird. Dieser befindet sich für immer in der linearen Zone, VCE kann niemals die Sättigung erreichen. Bei PWM H-Brücken wird Common Emitter dem Common Collector vorgezogen. Es ist einfacher, jeden Brückentransistor ohne zusätzliche Versorgungsspannungen zu sättigen. Common Collector hat den Nachteil, dass BEMF auf BASE-Fahren übertragen wird. Dies kann den Fahrer zerstören.

Einige der vorherigen Antworten geben korrekte Aussagen ab, aber keine einzige Antwort beantwortet die Frage zufriedenstellend.

@JRE ist richtig, dass wir diese Schaltungstopologie eine H-Brücke nennen, dass sie üblicherweise zur Steuerung von Motoren verwendet wird und wie Sie die Steuerleitungen für den Betrieb eines Motors einstellen würden.

@TonyEErocketscientist ist richtig, dass Sie etwas benötigen, um den Strom abzuleiten, wenn die induktive Last ausgeschaltet wird. Sein Vorschlag, parallel zur Last Zenerdioden hintereinander zu schalten, ist die beste Lösung. Wenn der Strom klein ist, können Sie auch mit einem nicht polarisierten Kondensator davonkommen.

In einem Kommentar gibt @immibis korrekt an, dass jeder einzelne Transistor in einem Emitterfolger verbunden ist. Mit anderen Worten, der Ausgang ist eher mit dem Emitter des Transistors als mit dem Kollektor verbunden. Der Ausgang folgt der Spannung des Eingangs innerhalb eines Diodenspannungsabfalls.

Die Transistoren in den Emitterfolgern bleiben eingeschaltet , außer wenn die Eingangsspannung nahe an den Versorgungsschienen liegt. Aus diesem Grund sind Emitterfolger dafür berüchtigt, Energie zu verschwenden und Kühlkörper zu benötigen. Das Herz eines linearen Spannungsreglers ist ein Emitterfolger, und diese Regler sind bekannt dafür, dass sie ineffizient sind und Kühlkörper erfordern. Emittergekoppelte Logik (wie sie in Cray-Supercomputern verwendet wurde) verwendet Emitterfolger, um digitale Signale zu schalten. Die Wärmeerzeugung im Cray war so schlecht, dass die Kühleinheit größer als die Elektronik war! Und das dritte Beispiel für Emitter-Follower ist ein ...

Klasse-B-Verstärker, auf den @ RRomano010 hinweist. Sie werden von zwei Emitterfolgern hergestellt, wobei ein NPN-Transistor an der hohen Schiene und ein PNP-Transistor an der niedrigen Schiene ziehen. Das haben wir hier. Sie werden üblicherweise als Ausgangsstufe von Audioverstärkern zur Ansteuerung von Lautsprechern verwendet, sind ineffizient und erfordern eine ausreichende Wärmeableitung.

Wenn Sie Ihre induktive Last unbedingt mit einem analogen Signal ansteuern müssen (dh PWM ist nicht akzeptabel), funktioniert die in der Frage dargestellte Schaltung in Ordnung kaum (obwohl ich die Schutzdioden von @ TonyEErocketscientist hinzufügen würde). Aufgrund der Diodenspannungsversätze tritt eine gewisse Überkreuzungsverzerrung auf. Diese können auf die gleiche Weise wie bei einem Verstärker der Klasse AB kompensiert werden.

Wenn Sie Ihre Last ein- oder ausschalten oder mit PWM fahren, ist dies ein ineffizientes Design. Die übliche Art, eine H-Brücke herzustellen, besteht darin, dass PNP-Transistoren an der hohen Schiene und NPN-Transistoren an der niedrigen Schiene ziehen. Mit anderen Worten, tauschen Sie die NPN-Transistoren in dieser Schaltung gegen PNP aus und umgekehrt. Sie benötigen dann jedoch Widerstände an jeder Transistorbasis. Vielleicht hat der Entwickler dieser Schaltung versucht, die zusätzlichen Komponenten zu vermeiden - das würde auch das Fehlen von Schutzdioden erklären. Stellen Sie sicher, dass Sie auch diese Schutzdioden einsetzen.

Oder Sie können einfach einen H-Bridge-Chip verwenden, bei dem sich jemand anderes um diese Probleme gekümmert hat.