H-Bridge con emisores seguidores

Eso se llama un "puente H".

A menudo se utiliza para impulsar motores hacia adelante y hacia atrás.

En su caso, le permite generar un campo magnético cuya polaridad e intensidad puede variar usando "señal de control 1" y "señal de control 2".

Cuando ambos son altos (o ambos son bajos,) no fluye corriente a través de la bobina.

Si uno es alto y el otro es bajo, entonces la corriente fluirá en una dirección particular.

Si cambia los valores altos y bajos, fluirá en la dirección opuesta.

Ahora, si mantiene presionado uno y pulsa el otro, obtendrá una corriente pulsada a través de la bobina. Será suavizado (algo) por la bobina a un campo magnético constante cuya fuerza es propicia al ciclo de trabajo de los pulsos.

Cambiar la polaridad de la corriente también cambia la polaridad del campo magnético.

Esa es una descripción muy simplificada, pero creo que contiene suficientes palabras clave para que puedas encontrar más detalles por tu cuenta.

Es un circuito común con muchos usos, y un montón de trucos y trampas para hacer, usar y controlarlo.

Un poco más sobre cómo funciona:

La clave de todo esto es cómo funcionan los transistores pnp y npn.

Cuando el voltaje en la base de un transistor npn es más de 0.7 voltios por encima del voltaje en el emisor, entonces la corriente fluirá a través del colector hacia el emisor.

Cuando el voltaje en la base de un transistor pnp es más de 0.7 voltios por debajo del voltaje en el colector, la corriente fluirá a través del colector hacia el emisor.

Entonces, al mirar el puente H, poner una señal alta en una de las señales de control apagará el pnp y el npn, ese lado del puente está conectado a la tensión de alimentación positiva.

Ahora, si coloca una señal baja en la otra línea de control, el transistor npn se apagará y el pnp se activará. Ese lado del puente está conectado al suelo.

La corriente ahora puede fluir desde V + en un lado del puente, a través de las bobinas, hasta la tierra en el otro lado del puente.

Entonces, qué señal de control es alta y cuál es baja dicta la dirección del flujo de corriente a través de la carga en el medio del puente.

También pidió que ambos transistores en un lado se enciendan y causen un cortocircuito.

Puede suceder, y se llama disparar a través. Parte del diseño y la operación de un puente en H es asegurarse de que no ocurra.

En el diseño que has publicado, no creo que pueda suceder.

Me parece que los transistores de cada lado nunca pueden estar encendidos al mismo tiempo. Pero, no soy un ingeniero y es posible que haya supervisado algo (aunque Tony es un ingeniero y no cree que pueda suceder con este circuito).

NO

El Vbe tiene una zona muerta para los niveles de manejo de < | +/- 0.7V | sin embargo, se producirá un retroceso de EMF durante el tiempo de carga L / R = T (63% V) donde R es la resistencia de CC de las bobinas. (DCR)

tenga cuidado con la necesidad de sujetar picos inductivos al riel opuesto con pares zener + diodo a través del motor o revertir los diodos Vce a través de cada transistor. En diseños más avanzados utilizan pinzas activas. Tenga cuidado con la energía reactiva y el área de bucle de corriente en el diseño. Manténgalo en pares apretados desde el conductor, la alimentación, la conexión a tierra hasta L para minimizar el ruido del CM.

Sin embargo, cuando se conmuta a la izquierda derecha para adelante y atrás. Debe detenerse haciendo que los impulsores superior o inferior sean altos (o bajos) para desviar la constante de tiempo L / R = T con otro tiempo muerto de frenado antes de la inversión de dirección. Esto lo hace su controlador inteligente utilizando Sig1 = Sig2 = 0 o 1. Si este no es un motor, ignórelo.

Cuando se regula la corriente si el lado izquierdo es alto, el lado derecho se usa para el voltaje promedio PWM para controlar la corriente de sobrecarga o la velocidad en estado estable. Luego, cuando se invierte la polaridad de la carga, se hace lo contrario. Lado derecho alto e izquierdo con PWM en rampa hacia Vavg completo en la polaridad opuesta. Si este es un motor, entonces lo mismo es cierto para la desaceleración. A menudo, se utiliza una derivación de corriente para la detección de corriente, donde la inercia de la carga afecta a la corriente durante la duración del tiempo de g.

También tenga en cuenta que estos interruptores de transistores simples tienen un hFE de aproximadamente el 10 ~ 5% del hFE máximo durante la saturación, por lo que debe calcularse la corriente de entrada y la disipación de calor. mientras que la señal de control debe estar por encima de + 12V o se produce una caída adicional debido a Vbe. Esta es la razón por la que se prefieren los MOSFET, pero tienen problemas de resolución, como si fueran coleccionistas abiertos en lugar de seguidores emisores. Luego, las 2 entradas se deben separar en 4 entradas con tiempo muerto controlado.

Este es el controlador de puente más simple, pero compromete Vdrop en cada interruptor, pero está bien para puentes pequeños a 12V. A pesar de que puede funcionar a 5 V, no se recomienda para una eficiencia deficiente.

En cada lado tiene un NPN y un transistor PNP. Si los niveles de voltaje de control se seleccionan correctamente, el transistor NPN y PNP no se encenderán al mismo tiempo.

¿Hay una señal PWM en control o un diseño analógico de OPAmp?  Este circuito se asemeja a un puente analógico clase B Booster.  Un PWM H complementario equivalente generalmente necesita que cada transistor se maneje por separado y hasta la saturación, este está siempre en la zona lineal, el VCE nunca puede alcanzar la saturación. En los puentes PWM H, Common Emitter se prefiere al colector común; Es más simple saturar cada transistor de puente sin voltajes de alimentación adicionales.  Common Collector tiene la desventaja de propagar BEMF a la conducción BASE, esto puede destruir el controlador.

Algunas de las respuestas anteriores hacen afirmaciones correctas, pero ninguna de ellas responde satisfactoriamente a la pregunta.

@JRE tiene razón al llamar a esta topología de circuito un puente en H, que se usa comúnmente para controlar motores y cómo establecería las líneas de control para operar un motor.

@TonyEErocketscientist tiene razón en que necesitas algo para disipar la corriente cuando la carga inductiva está desactivada. Su sugerencia de diodos zener de espalda con espalda, en paralelo con la carga, es la mejor solución. Si la corriente es pequeña, también podría salirse con un condensador no polarizado.

En un comentario, @immibis indica correctamente que cada transistor individual está conectado en un seguidor de emisor. En otras palabras, la salida está conectada al emisor del transistor, en lugar del colector. La salida sigue el voltaje de la entrada, dentro de una caída de voltaje del diodo.

Los transistores en los seguidores emisores DEBEN permanecer encendidos , excepto cuando el voltaje de entrada está cerca de los rieles de suministro. Debido a esto, los seguidores de los emisores son conocidos por desperdiciar poder y necesitar disipadores de calor. El corazón de un regulador de voltaje lineal es un seguidor de emisores, y estos reguladores son conocidos por ser ineficientes y requieren sumideros de calor. La lógica acoplada al emisor (como la utilizada en los supercomputadores Cray) utiliza seguidores emisores para cambiar las señales digitales. ¡La producción de calor en el Cray era tan mala que la unidad de refrigeración era más grande que la electrónica! Y el tercer ejemplo de seguidores emisores es un ...

Amplificador de clase B, que apunta @ RRomano010. Están formados por dos seguidores emisores, con un transistor NPN que tira hacia el riel superior y un transistor PNP hacia el riel bajo. Eso es lo que tenemos aquí. Comúnmente se utilizan como la etapa de salida de los amplificadores de audio para controlar los altavoces, son ineficientes y requieren un amplio disipador de calor.

Si absolutamente debe conducir su carga inductiva con una señal analógica (es decir, PWM no es aceptable), entonces el circuito presentado en la pregunta es un diseño correcto apenas funcionará (aunque agregaría @ Diodos de proteccion de TonyEErocketscientist). Obtendrá cierta distorsión cruzada debido a las compensaciones de voltaje del diodo; estos se pueden compensar de la misma forma que se hace en un amplificador de clase AB.

Si está activando / desactivando su carga o con PWM, es un diseño ineficiente. La forma habitual de hacer un puente H es con los transistores PNP tirando hacia el riel superior y los transistores NPN hacia el riel bajo. En otras palabras, intercambie los transistores NPN en este circuito con PNP, y viceversa. Sin embargo, entonces necesitará resistencias en cada base de transistor. Quizás el diseñador de este circuito estaba tratando de evitar los componentes adicionales, lo que también explicaría la falta de diodos de protección. Asegúrate también de colocar esos diodos de protección.

O simplemente puede usar un chip H bridge, donde alguien más se ha ocupado de estos problemas por usted.