H-Bridge dengan pengikut emitor

Saat ini saya sedang merekayasa balik sebuah sirkuit yang membutuhkan pengontrolan medan magnet. Untuk itu, sirkuit memiliki sepasang D882 dan B772 masing-masing. Jejak PCB menunjukkan bahwa transistor diatur seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini : Pengaturan ini tidak masuk akal sama sekali bagi saya. Tidakkah memberi tegangan pada salah satu sinyal kontrol menghasilkan arus melalui kedua transistor daripada melalui kumparan?

Itu disebut "H-Bridge."

Ini sering digunakan untuk menggerakkan motor ke depan maupun ke belakang.

Dalam kasus Anda, ini memungkinkan Anda untuk menghasilkan medan magnet yang polaritas dan intensitasnya dapat Anda ubah menggunakan "sinyal kontrol 1" dan "sinyal kontrol 2."

Ketika keduanya tinggi (atau keduanya rendah,) tidak ada arus yang mengalir melalui koil.

Jika satu tinggi dan yang lain rendah, maka arus akan mengalir ke arah tertentu.

Jika Anda menukar tinggi dan rendah, itu akan mengalir ke arah yang berlawanan.

Sekarang, jika Anda memegang satu mantap dan pulsa yang lain Anda akan mendapatkan arus berdenyut melalui koil. Ini akan dihaluskan (agak) oleh koil ke medan magnet yang mantap yang kekuatannya sebanding dengan siklus kerja pulsa.

Mengubah polaritas arus juga mengubah polaritas medan magnet.

Itu deskripsi yang sangat disederhanakan, tetapi saya pikir itu berisi kata-kata kunci yang cukup sehingga Anda harus dapat menemukan lebih banyak rincian sendiri.

Ini adalah sirkuit umum dengan banyak kegunaan - dan banyak trik dan perangkap yang digunakan untuk membuat, menggunakan, dan mengendalikannya.

Sedikit lagi tentang cara kerjanya:

Kunci dari semuanya adalah bagaimana transistor pnp dan npn berfungsi.

Ketika tegangan pada basis transistor npn lebih dari 0,7 volt di atas tegangan pada emitor, maka arus akan mengalir melalui kolektor ke emitor.

Ketika tegangan pada basis transistor pnp lebih dari 0,7 volt di bawah tegangan pada kolektor, maka arus akan mengalir melalui kolektor ke emitor.

Jadi, melihat jembatan-H, menempatkan sinyal tinggi pada salah satu sinyal kontrol akan mematikan pnp dan menghidupkan npn - sisi jembatan terhubung ke tegangan suplai positif.

Sekarang, jika Anda menaruh sinyal rendah di jalur kontrol lain, transistor npn akan mati dan pnp akan menyala. Sisi jembatan itu terhubung ke tanah.

Arus sekarang dapat mengalir dari V + di satu sisi jembatan, melalui kumparan, ke tanah di sisi lain jembatan.

Jadi, sinyal kontrol mana yang tinggi dan mana yang rendah menentukan arah aliran arus melalui beban di tengah jembatan.

Anda juga bertanya apakah mungkin kedua transistor di satu sisi menyala dan menyebabkan korsleting.

Itu bisa terjadi, dan disebut tembak. Bagian dari desain dan operasi H-bridge digunakan untuk memastikan bahwa itu tidak terjadi.

Dalam desain yang Anda poskan, saya tidak berpikir itu bisa terjadi.

Bagiku sepertinya transistor di setiap sisi tidak pernah bisa hidup pada saat yang bersamaan. Tapi, saya bukan insinyur dan mungkin mengawasi sesuatu (meskipun Tony adalah insinyur dan tidak berpikir itu bisa terjadi dengan sirkuit ini.)

TIDAK

Vbe memiliki zona mati untuk level drive <| +/- 0.7V | Namun, kembali EMF selama waktu beban L / R = T (63% V) akan terjadi di mana R adalah resistansi DC koil. (DCR)

Waspadalah terhadap kebutuhan untuk menjepit paku induktif ke rel yang berlawanan dengan pasangan zener + diode di motor atau membalikkan dice Vce di setiap transistor. Dalam desain yang lebih maju mereka menggunakan klem aktif. Waspadai energi reaktif dan area loop saat ini dalam tata letak. Jaga agar pasangan tetap kencang dari driver, power, ground ke L untuk meminimalkan noise CM.

Namun ketika pergantian kiri kanan untuk maju dan mundur. Anda harus berhenti dengan memiliki kedua driver atas atau bawah tinggi (atau rendah) untuk shunt L / R = konstanta waktu T dengan waktu mati rem lain sebelum pembalikan arah. Ini dilakukan oleh pengontrol cerdas Anda menggunakan Sig1 = Sig2 = 0 atau 1. Jika ini bukan motor, abaikan.

Ketika mengatur arus jika sisi kiri tinggi, sisi kanan digunakan untuk tegangan rata-rata PWM untuk mengontrol arus lonjakan atau kecepatan pada kondisi stabil. Lalu ketika membalik polaritas beban, kebalikannya dilakukan. Sisi kanan tinggi dan kiri dengan PWM menggenjot menuju Vavg penuh di polaritas berlawanan. Jika ini adalah motor, maka hal yang sama berlaku untuk pernisak. Seringkali shunt saat ini digunakan untuk penginderaan saat ini, di mana inersia beban mempengaruhi arus selama durasi waktu g.

Juga perlu diingat bahwa saklar transistor sederhana ini memiliki hFE sekitar 10 ~ 5% dari hFE maksimum selama saturasi sehingga arus input dan pembuangan panas harus dihitung. sementara sinyal kontrol harus di atas + 12V atau penurunan tambahan terjadi karena Vbe. Inilah sebabnya mengapa MOSFET lebih disukai tetapi menembak melalui masalah seperti jika ini adalah kolektor terbuka, bukan pengikut emitor. Maka 2 input harus dipisahkan menjadi 4 input dengan waktu mati yang terkontrol.

Ini adalah driver jembatan paling sederhana, tetapi kompromi Vdrop pada setiap switch tetapi ok untuk jembatan kecil di 12V. Meskipun dapat bekerja pada 5V, tidak disarankan untuk efisiensi yang buruk.

Di setiap sisi Anda memiliki NPN dan transistor PNP. Jika level tegangan kontrol dipilih dengan benar, transistor NPN dan PNP tidak akan dihidupkan secara bersamaan.

Apakah sinyal PWM di kontrol atau desain analog dari OPAmp? Rangkaian ini menyerupai Bridge analog kelas B Booster. H PWM komplementer yang setara umumnya membutuhkan masing-masing transistor untuk didorong secara terpisah dan untuk saturasi, yang satu ini selamanya berada di zona linear, VCE tidak pernah dapat mencapai saturasi. Pada PWM, jembatan Common Emitter lebih disukai daripada kolektor umum; lebih mudah untuk menjenuhkan masing-masing transistor jembatan tanpa tegangan suplai tambahan. Common Collector memiliki kekurangan dalam menyebarkan BEMF ke BASE mengemudi, ini dapat menghancurkan pengemudi.

Beberapa jawaban sebelumnya membuat pernyataan yang benar, tetapi tidak ada jawaban yang memuaskan menjawab pertanyaan.

@ JRE benar bahwa kami menyebut topologi sirkuit ini sebagai H-bridge, yang biasa digunakan untuk mengendalikan motor, dan bagaimana Anda akan mengatur jalur kontrol untuk mengoperasikan motor.

@TonyEErocketscientist benar bahwa Anda memerlukan sesuatu untuk menghilangkan arus saat beban induktif dimatikan. Sarannya tentang dioda zener back-to-back, paralel dengan beban, adalah solusi terbaik. Jika arusnya kecil, Anda juga bisa lolos dengan kapasitor non-terpolarisasi.

Dalam komentar, @immibis menyatakan dengan benar bahwa masing-masing transistor terhubung dalam pengikut emitor. Dengan kata lain, output terhubung ke emitor dari transistor, daripada kolektor. Output mengikuti tegangan input, dalam drop tegangan dioda.

Transistor dalam pengikut emitor tetap menyala , kecuali ketika tegangan input dekat dengan rel suplai. Karena itu, pengikut emitor terkenal karena membuang-buang tenaga dan membutuhkan pendingin. Jantung dari pengatur tegangan linier adalah pengikut emitor, dan regulator ini terkenal karena tidak efisien dan membutuhkan pendingin. Logika yang dipasangkan dengan emitor (seperti yang digunakan dalam superkomputer Cray) menggunakan pengikut emitor untuk mengganti sinyal digital. Produksi panas di Cray sangat buruk sehingga unit pendingin lebih besar dari elektronik! Dan contoh ketiga dari pengikut emitor adalah ...

Amplifier Kelas B, yang ditunjukkan oleh @ RRomano010. Mereka dibuat oleh dua pengikut emitor, dengan transistor NPN menarik ke rel tinggi dan transistor PNP menarik ke rel rendah. Itu yang kita miliki di sini. Mereka umumnya digunakan sebagai tahap output dari penguat audio untuk menggerakkan pengeras suara, tidak efisien, dan membutuhkan banyak heat sink.

Jika Anda benar-benar harus menggerakkan beban induktif Anda dengan sinyal analog (yaitu PWM tidak dapat diterima), maka rangkaian yang disajikan dalam pertanyaan adalah desain yang baik-baik saja hampir tidak akan berfungsi (walaupun saya akan menambahkan dioda perlindungan @ TonyEErocketscientist). Anda akan mendapatkan beberapa distorsi crossover karena offset tegangan dioda; ini dapat dikompensasi dengan cara yang sama dilakukan di penguat kelas AB.

Jika Anda mengemudi on / off beban Anda atau dengan PWM, maka itu adalah desain yang tidak efisien. Cara biasa untuk membuat jembatan H adalah dengan menarik transistor PNP ke rel tinggi dan transistor NPN menarik ke rel rendah. Dengan kata lain, tukar transistor NPN di sirkuit ini dengan PNP, dan sebaliknya. Namun, Anda kemudian akan memerlukan resistor pada setiap basis transistor. Mungkin perancang sirkuit ini berusaha menghindari komponen tambahan - yang juga akan menjelaskan kurangnya dioda perlindungan. Pastikan Anda memasukkan dioda perlindungan itu juga.

Atau Anda bisa menggunakan chip H bridge, di mana orang lain telah mengurus masalah ini untuk Anda.