¿Cómo funciona este circuito H-bridge?

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Estoy tratando de reparar un viejo carro de juguete controlado por radio. Solo retrocedería, y el movimiento hacia adelante tartamudearía. Después de investigar un poco, resultó que uno de los transistores NPN del puente H está defectuoso. Como es difícil conseguir un reemplazo directo, encontré un sustituto. No me preocupaban demasiado los parámetros, pensé que los transistores en un puente H operan en la región de saturación y debería haber mucho margen de maniobra.

Aquí está el esquema, diseñado por ingeniería inversa desde la PCB:

HesustituidoelQ14original(2SD882,marcadocomoNECD882)conunBD238.ElBD238tieneunhFEmásbajo(>40,enlugarde>80),yunIcmásbajo,loquenocreíaquefueraimportante.[Editar:comolagenteseñalócorrectamente,elerrorbastanteridículoquecometífuequeelBD238esuntransistorPNP.Nohaynadacomootropardeojos.Entonces,almenosestapartedelapreguntayaestárespondida.]

Bueno,resultaqueelreemplazonofunciona.Loquemehizoinvestigarmásdecercaelcircuito,loquemehizodarmecuentadequerealmentenoentiendocómofunciona,ymuchomenosporquéelreemplazonofunciona.Yelcircuitoesbastanteinteresanteyutilizamuypocoscomponentes.Nótese,porejemplo,lafaltadediodosdecaptura.SupongoqueesporesoqueseutilizarontransistoresconVceo=30V,conlaesperanzadequeresistieranlospicosdevoltaje.

Despuésdereemplazareltransistordefectuoso,elmotornuncagiraenladirecciónquemanejaesaramadelpuenteH.

Heintentadounaseriedecosas.Loredujeaunasoladirecciónquenofuncionaba.ReemplazareltransistorNPNenesaramaconun2SD882hacequeestadirecciónfuncionenuevamente.Tambiénintentéduplicarlascorrientesdelabase(paracompensarposiblementelahFEmásbaja)conectandootraresistenciade47Ωenparaleloconlaresistenciade51Ωenlarama.Sincambios.

PenséenlacaídadevoltajeBEdelnuevotransistorBD238:despuésdetodo,elcircuitosealimentaaaproximadamente5voltios,loquetienequesersuficientepara3uniones(BEdeQ12,ECdeQ10yBEdeQ14),peronopuedovercómopodríaserlosuficientementealtocomoparaevitarqueelcircuitofuncione.

Estoybuscandorespuestasalassiguientespreguntas:

  • ¿Cómofuncionaestecircuito?Tieneincreíblementepocoscomponentes.Ponerunadelasentradasaunnivelbajodeberíaencendertrestransistores(porejemplo,Q10,Q12yQ14),peronoveocómohaceresoconsolotirardelabasedeQ10bajo.¿DedóndevieneelvoltajeenlabasedeQ12?Nohaysesgo,nohayflexiones.¿EslosuficientementebajalabasedeQ10paracomenzarafluirlacorrienteatravésdeQ12(E-B)?
  • ¿Porquénofuncionareemplazarun2SD882conunBD238?Tengoqueentenderestoantesdeirabuscarotrosreemplazos.[Editar:estaparteyaestárespondida,cometíelerrortontodesustituiruntransistorPNPsindarmecuenta.]
  • ¿QuéimportanciatienelacombinacióndeparescomplementariosPNP/PNPenunpuenteH?Nopudeencontrarningunainformaciónsobreeso.Todoelmundomencionaqueesbuenotenerunparquecoincida,peronosedaningunarazón.NoveocómopequeñasdiferenciasenhFEpodrían(odeberían)influirenelcomportamientodeuncircuitodecontroladordemotorsimple.

Elcarrodejuguetefuncionacon4bateríasD(tanligeramenteporencimade5voltios),yelmotorconsumeaproximadamente0.4Aenoperaciónnormal.TambiénmedílacorrientebaseparalostransistoresNPNH-bridgecuandoestánactivados:son60mAcuandoseinstalaun2SD882,y2.2mAcuandoseinstalaelBD238.

Enlacesahojasdedatosrelevantes,paraunaccesomásfácil:

pregunta Jan Rychter

3 respuestas

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Usted tiene bastante idea de cómo funciona el circuito. Cuando bajas Q10, terminarás con Vcc a través de las resistencias Vbe_12 + Vbe_10 +. Los Vbe generalmente tienen alrededor de 0.7 voltios, por lo que obtienes Vcc-1.4V = Vresistors Sabiendo el voltaje sobre las resistencias, puede calcular la corriente que va a través de esa ruta desde VCC a través de la base de Q10. Una vez que sepa la corriente pasando por Q10_base con un Hfe conocido, sabrá cuánta corriente fluye hacia la base de Q14. Esa corriente en Q14 lo encenderá y su Hfe debe permitir que pase una gran cantidad de corriente para que el motor fluya a través de él desde el colector hasta el emisor.

El aumento de la entrada alto en Q10 hace que la caída de voltaje en las resistencias Vbe + Vbe + ahora sea 0. Dado que no hay caída de voltaje, las PNP se eliminan y la corriente no fluye a través de esa ruta. Dado que no fluye corriente a través de esa ruta, no se permite que la corriente fluya desde el emisor al colector del PNP Q10. Ninguna corriente a través de ese camino evita que la corriente fluya hacia la base de Q14. Sin ninguna corriente que fluya hacia la base de Q14, evita que la corriente fluya desde el motor hasta la tierra desde esa ruta.

Tu tercera pregunta cae un poco en el espacio gris. Si ha combinado transistores, entonces puede esperar que cada complemento permita la misma cantidad de corriente, puede esperar que los tiempos de aumento y caída sean aproximadamente iguales y puede esperar que la resistencia de ENCENDIDO del transistor sea aproximadamente la misma. Si tiene una discordancia en este par, debe asegurarse de no comprometer ninguno de esos puntos. Si uno se enciende más rápido que el otro, el tiempo para apagarse, terminará con tiempos más prolongados cuando Q11 y Q14 estén encendidos al mismo tiempo. Esto causa un cortocircuito directo que a menudo resulta en chips quemados. Si un transistor no puede manejar la cantidad de corriente que el otro puede suministrar, evitará que su motor funcione de manera óptima o podría ocasionar que su transistor de tamaño insuficiente falle antes. Básicamente, si especifica el transistor no complementario correctamente (idealmente, sobreespecifique un poco), no debería tener ningún problema.

    
respondido por el horta
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¡El principal problema es que el BD238 es un transisor PNP, no NPN!

    
respondido por el Dave Tweed
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Cada uno de estos controladores controla un solo motor. El propósito principal del puente H es permitir el control bidireccional. Tomé su esquema y le hice marcas groseras para intentar y explicar el uso.

Q10 es un transistor PNP, por lo que si extrae la corriente base del dispositivo, entonces se "encenderá", de la misma manera que con la corriente base de origen para la variedad NPN. Como tal, si activa Q10 , y "apaga" Q9 , entonces tendrá la corriente de control (mostrada en rojo) y la corriente a través del motor (mostrada en azul).

Simplemente invierta la polaridad de control de Q10 y Q9 para impulsar el motor en la dirección opuesta.

    
respondido por el sherrellbc

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