H-můstek - H-bridge

An H-můstek je elektronický obvod který přepíná polaritu napětí aplikovaného na zátěž. Tyto obvody se často používají v robotika a další aplikace umožňující stejnosměrným motorům běžet dopředu nebo dozadu.[1]

Většina převodníků DC-na-střídač (výkonové měniče ),většina AC / AC převaděče, DC-to-DC převodník push-pull,většina řadiče motorů a mnoho dalších druhů výkonová elektronika používat můstky H. Zejména a bipolární krokový motor je téměř vždy poháněn ovladačem motoru obsahujícím dva H můstky.

Všeobecné

Struktura H můstku (zvýrazněno červeně)

H můstky jsou k dispozici jako integrované obvody, nebo z nichž lze stavět diskrétní součásti.[1]

Termín H můstek je odvozeno z typického grafického znázornění takového obvodu. Most H je postaven se čtyřmi přepínači (polovodičovými nebo mechanickými). Když jsou spínače S1 a S4 (podle prvního obrázku) sepnuty (a S2 a S3 jsou rozpojeny), bude na motor přivedeno kladné napětí. Otevřením spínačů S1 a S4 a sepnutím spínačů S2 a S3 je toto napětí obráceno, což umožňuje reverzní provoz motoru.

Při použití výše uvedené nomenklatury by spínače S1 a S2 neměly být nikdy sepnuty současně, protože by to způsobilo zkrat na zdroji vstupního napětí. Totéž platí pro spínače S3 a S4. Tento stav se nazývá přestřelka.

Úkon

Dva základní stavy můstku H.

Uspořádání H-můstku se obecně používá k obrácení polarity / směru motoru, ale lze jej také použít k „brzdění“ motoru, kde se motor náhle zastaví, protože svorky motoru jsou zkratovány, nebo k „volný běh“ motoru na doraz, protože motor je účinně odpojen od obvodu. Následující tabulka shrnuje provoz, přičemž S1-S4 odpovídá výše uvedenému diagramu.

S1S2S3S4Výsledek
1001Motor se pohybuje doprava
0110Motor se pohybuje doleva
0000Motorové dojezdy
1000
0100
0010
0001
0101Motorové brzdy
1010
XX11Zkrat
11XX

Konstrukce

L298 duální H můstkový motor Řidič

Relé

Jedním ze způsobů, jak postavit most H, je použít pole relé z reléové desky.[2]

Advojitý pól dvojitý hod „Relé (DPDT) může obecně dosáhnout stejné elektrické funkce jako můstek H (s ohledem na obvyklou funkci zařízení). H můstek na bázi polovodičů by však byl vhodnější než relé, kde je menší fyzická velikost, vysokorychlostní přepínání nebo je zapotřebí nízké hnací napětí (nebo nízký hnací výkon) nebo tam, kde je nežádoucí opotřebení mechanických částí.

Další možností je mít DPDT relé pro nastavení směru toku proudu a tranzistor pro povolení toku proudu. To může prodloužit životnost relé, protože relé bude spínáno, když je tranzistor vypnutý, a tudíž neproudí žádný proud. Umožňuje také použití přepínání PWM k řízení aktuální úrovně.

Polovodiče N a P kanálu

H můstek s N kanálem MOSFET

A pevné skupenství H můstek je obvykle konstruován pomocí zařízení s opačnou polaritou, jako je PNP bipolární tranzistory (BJT) nebo P-kanál MOSFETy připojeno k vysokonapěťové sběrnici a NPN BJT nebo N-kanálové MOSFET připojené k nízkonapěťové sběrnici.

N polovodičů pouze pro kanál

Nejúčinnější návrhy MOSFET používají N-kanálové MOSFETy na vysoké i nízké straně, protože obvykle mají třetinu odporu ON MOSFETů s P-kanálem. To vyžaduje složitější konstrukci, protože brány vysokofrekvenčních MOSFET musí být kladeny kladně vzhledem k napájecí liště DC. Mnoho integrovaných obvodů MOSFET ovladače brány patří a plnicí čerpadlo k dosažení tohoto cíle.

Alternativně a spínaný napájecí zdroj Měnič DC – DC lze použít k zajištění izolovaných („plovoucích“) napájení obvodů pohonu brány. Převaděč zpětného chodu s více výstupy je vhodný pro tuto aplikaci.

Další metodou pro řízení mostů MOSFET je použití specializovaného transformátoru známého jako GDT (gate drive transformer), který poskytuje izolované výstupy pro řízení horních bran FET. Jádro transformátoru je obvykle feritový toroid s poměrem vinutí 1: 1 nebo 4: 9. Tuto metodu lze však použít pouze u vysokofrekvenčních signálů. Konstrukce transformátoru je také velmi důležitá, protože úniková indukčnost by měly být minimalizovány, jinak může dojít k příčnému vedení. Výstupy transformátoru jsou obvykle sevřeny Zenerovy diody, protože vysoko napěťové špičky mohl zničit brány MOSFET.

Varianty

Běžná variace tohoto obvodu využívá pouze dva tranzistory na jedné straně zátěže, podobně jako a zesilovač třídy AB. Taková konfigurace se nazývá „poloviční můstek“.[3] Poloviční můstek se používá u některých spínaných napájecích zdrojů, které používají synchronní usměrňovače a v spínací zesilovače. Typ můstku typu poloviční H se běžně zkracuje na „Half-H“, aby se odlišil od plných („Full-H“) mostů typu H. Další společná variace, přidání třetí „nohy“ k můstku, vytváří třífázový střídač. Třífázový měnič je jádrem každého střídavého motoru.

Další variantou je polořízený můstek, kde spínací zařízení na nízké straně na jedné straně můstku a spínací zařízení na vysoké straně na opačné straně můstku jsou nahrazeny diodami. To vylučuje režim selhání průstřelu a běžně se používá k řízení proměnných nebo spínané reluktanční stroje a akční členy, u nichž není vyžadován obousměrný tok proudu.

Komerční dostupnost

Existuje mnoho komerčně dostupných levných jednoduchých a duálních balíků H-bridge, z nichž řada L293x zahrnuje ty nejběžnější. Několik balíčků, jako L9110,[4] mít vestavěný zpětné diody pro ochranu zpětného EMF.

Provoz jako střídač

Běžné použití mostu H je střídač. Uspořádání je někdy známé jako jednofázový mostový měnič.

H můstek se stejnosměrným napájením bude generovat průběh napětí ve čtvercové vlně napříč zátěží. Pro čistě indukční zátěž by proudový průběh byl trojúhelníkovou vlnou, jejíž vrchol by závisel na indukčnosti, spínací frekvenci a vstupním napětí.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Al Williams (2002). Projekty mikrokontroléru využívající Základní razítko (2. vyd.). Focal Press. str. 344. ISBN  978-1-57820-101-3.
  2. ^ "Relé H-můstek (ovladač motoru relé)". 11. prosince 2012.
  3. ^ ""Poloviční můstek odhalen (2012) ".
  4. ^ „wordpress.com“ (PDF).

externí odkazy

Projekty