Pont en H avec émetteurs

Je suis actuellement en ingénierie inverse d'un circuit qui nécessite de contrôler un champ magnétique. Pour cela, le circuit a une paire de D882 et B772 chacun. Les traces de PCB suggèrent que les transistors sont disposés comme indiqué dans l'image ci-dessous: Cet arrangement n'a aucun sens pour moi. L'application d'une tension à l'un des signaux de commande ne provoquerait-elle pas un courant à travers les deux transistors plutôt qu'à travers les bobines?

C'est ce qu'on appelle un «pont en H».

Il est souvent utilisé pour faire avancer ou reculer les moteurs.

Dans votre cas, il vous permet de générer un champ magnétique dont vous pouvez faire varier la polarité et l'intensité en utilisant "signal de commande 1" et "signal de commande 2".

Lorsque les deux sont élevés (ou les deux sont faibles), aucun courant ne circule dans la bobine.

Si l'un est élevé et l'autre faible, le courant circulera dans une direction particulière.

Si vous échangez le haut et le bas, il coulera dans la direction opposée.

Maintenant, si vous maintenez l'un stable et impulsez l'autre, vous obtiendrez un courant pulsé à travers la bobine. Elle sera lissée (quelque peu) par la bobine en un champ magnétique constant dont la force est proportionnelle au rapport cyclique des impulsions.

La commutation de la polarité du courant modifie également la polarité du champ magnétique.

Il s'agit d'une description simplifiée, mais je pense qu'elle contient suffisamment de mots clés pour que vous puissiez trouver vous-même plus de détails.

C'est un circuit commun avec de nombreuses utilisations - et de nombreuses astuces et pièges qui permettent de le fabriquer, de l'utiliser et de le contrôler.

Un peu plus sur son fonctionnement:

La clé de tout est de savoir comment fonctionnent les transistors pnp et npn.

Lorsque la tension sur la base d'un transistor npn est supérieure de plus de 0,7 volt à la tension sur l'émetteur, le courant circule à travers le collecteur vers l'émetteur.

Lorsque la tension à la base d'un transistor pnp est inférieure de plus de 0,7 volt à la tension du collecteur, le courant circule à travers le collecteur vers l'émetteur.

Donc, en regardant le pont en H, mettre un signal haut sur l'un des signaux de commande éteindra le pnp et allumera le npn - ce côté du pont est connecté à la tension d'alimentation positive.

Maintenant, si vous mettez un signal bas sur l'autre ligne de contrôle, le transistor npn s'éteindra et le pnp s'allumera. Ce côté du pont est relié à la terre.

Le courant peut maintenant passer de V + d'un côté du pont, à travers les bobines, à la terre de l'autre côté du pont.

Ainsi, quel signal de commande est élevé et lequel est faible dicte la direction du flux de courant à travers la charge au milieu du pont.

Vous avez également demandé qu'il soit possible que les deux transistors d'un côté s'allument et provoquent un court-circuit.

Cela peut arriver et s'appelle tirer à travers. Une partie de la conception et du fonctionnement d'un pont en H consiste à s'assurer que cela ne se produit pas.

Dans la conception que vous avez publiée, je ne pense pas que cela puisse arriver.

Il me semble que les transistors de chaque côté ne peuvent jamais être allumés en même temps. Mais, je ne suis pas ingénieur et j'ai peut-être bien supervisé quelque chose (bien que Tony soit ingénieur et ne pense pas que cela puisse arriver avec ce circuit.)

NON

Le Vbe a une zone morte pour les niveaux d'entraînement de <| +/- 0,7 V | cependant, un retour EMF pendant le temps de charge L / R = T (63% V) se produira où R est la résistance CC des bobines. (DCR)

méfiez-vous de la nécessité de fixer des pointes inductives au rail opposé avec des paires zener + diode sur le moteur ou des diodes Vce inverses sur chaque transistor. Dans des conceptions plus avancées, ils utilisent des pinces actives. Méfiez-vous de l'énergie réactive et de la zone de boucle de courant dans le schéma. Gardez les paires serrées du conducteur, de l'alimentation, de la terre à L pour minimiser le bruit CM.

Cependant lors de la commutation gauche droite pour avancer et reculer. Vous devez vous arrêter en ayant les deux pilotes haut ou bas hauts (ou bas) pour shunter la constante de temps L / R = T avec un autre temps mort de freinage avant l'inversion de direction. Ceci est fait par votre contrôleur intelligent en utilisant Sig1 = Sig2 = soit 0 ou 1. Si ce n'est pas un moteur, ne tenez pas compte.

Lors de la régulation du courant si le côté gauche est élevé, le côté droit est utilisé pour la tension moyenne PWM pour contrôler le courant de surtension ou la vitesse à l'état stable. Ensuite, lors de l'inversion de la polarité de la charge, l'inverse se fait. Côté droit haut et côté gauche avec PWM rampé vers pleine Vavg dans la polarité opposée. S'il s'agit d'un moteur, il en va de même pour la décélération. Souvent, un shunt de courant est utilisé pour la détection de courant, où l'inertie de la charge affecte le courant pendant la durée g.

Gardez également à l'esprit que ces commutateurs à transistors simples ont un hFE d'environ 10 à 5% de hFE max pendant la saturation, donc le courant d'entrée et la dissipation thermique doivent être calculés. tandis que le signal de commande doit être supérieur à +12 V ou une baisse supplémentaire se produit en raison de Vbe. C'est pourquoi les MOSFET sont préférés mais ont des problèmes de shoot thru comme s'il s'agissait de collecteurs ouverts au lieu de suiveurs d'émetteurs. Ensuite, les 2 entrées doivent être séparées en 4 entrées avec un temps mort contrôlé.

C'est le pilote de pont le plus simple, mais compromet Vdrop sur chaque commutateur, mais ok pour les petits ponts à 12V. Même si cela peut fonctionner à 5V, déconseillé pour une faible efficacité.

De chaque côté, vous avez un transistor NPN et PNP. Si les niveaux de tension de commande sont sélectionnés correctement, les transistors NPN et PNP ne seront pas activés en même temps.

Un signal PWM est-il sous contrôle ou une conception analogique d'OPAmp? Ce circuit ressemble à un Booster de pont analogique de classe B. Un H PWM complémentaire équivalent nécessite généralement que chaque transistor soit piloté séparément et à saturation, celui-ci est toujours en zone linéaire, le VCE ne pourra jamais atteindre la saturation. Sur les ponts PWM H, l'émetteur commun est préféré au collecteur commun; il est plus simple de saturer chaque transistor de pont sans tensions d'alimentation supplémentaires. Common Collector a l'inconvénient de propager BEMF à la conduite BASE, ce qui peut détruire le conducteur.

Certaines des réponses précédentes font des déclarations correctes, mais aucune réponse unique ne répond de manière satisfaisante à la question.

@JRE a raison de dire que nous appelons cette topologie de circuit un pont en H, qu'elle est couramment utilisée pour contrôler les moteurs, et comment définir les lignes de commande pour faire fonctionner un moteur.

@TonyEErocketscientist a raison: vous avez besoin de quelque chose pour dissiper le courant lorsque la charge inductive est désactivée. Sa suggestion de diodes zener dos à dos, en parallèle avec la charge, est la meilleure solution. Si le courant est faible, vous pouvez également vous en sortir avec un condensateur non polarisé.

Dans un commentaire, @immibis déclare correctement que chaque transistor individuel est connecté dans un émetteur suiveur. En d'autres termes, la sortie est connectée à l'émetteur du transistor, plutôt qu'au collecteur. La sortie suit la tension de l'entrée, à l'intérieur d'une chute de tension de diode.

Les transistors des émetteurs adeptes restent allumés , sauf lorsque la tension d'entrée est proche des rails d'alimentation. Pour cette raison, les adeptes des émetteurs sont connus pour gaspiller de l'énergie et avoir besoin de dissipateurs de chaleur. Le cœur d'un régulateur de tension linéaire est un émetteur adepte, et ces régulateurs sont connus pour être inefficaces et nécessitant des dissipateurs de chaleur. La logique couplée à l'émetteur (comme celle utilisée dans les supercalculateurs Cray) utilise des adeptes d'émetteur pour commuter les signaux numériques. La production de chaleur dans le Cray était si mauvaise que l'unité de réfrigération était plus grande que l'électronique! Et le troisième exemple d'émetteurs adeptes est un ...

Amplificateur de classe B, ce que @ RRomano010 souligne. Ils sont réalisés par deux émetteurs suiveurs, avec un transistor NPN tirant vers le rail haut et un transistor PNP tirant vers le rail bas. Voilà ce que nous avons ici. Ils sont couramment utilisés comme étage de sortie des amplificateurs audio pour alimenter les haut-parleurs, sont inefficaces et nécessitent un dissipateur de chaleur suffisant.

Si vous devez absolument piloter votre charge inductive avec un signal analogique (c'est-à-dire que PWM n'est pas acceptable), alors le circuit présenté dans la question est une conception correcte fonctionnera à peine (bien que j'ajouterais les diodes de protection de @ TonyEErocketscientist). Vous obtiendrez une distorsion de croisement en raison des décalages de tension de diode; ceux-ci peuvent être compensés de la même manière que dans un amplificateur de classe AB.

Si vous conduisez votre charge on / off ou avec PWM, alors c'est une conception inefficace. La manière habituelle de faire un pont en H consiste à tirer des transistors PNP vers le rail haut et des transistors NPN vers le rail bas. En d'autres termes, permutez les transistors NPN dans ce circuit avec PNP, et vice versa. Cependant, vous aurez alors besoin de résistances sur chaque base de transistor. Peut-être que le concepteur de ce circuit essayait d'éviter les composants supplémentaires - cela expliquerait également le manque de diodes de protection. Assurez-vous également d'installer ces diodes de protection.

Ou vous pouvez simplement utiliser une puce de pont H, où quelqu'un d'autre a pris soin de ces problèmes pour vous.