Extraña disposición del transistor de la bobina

Question

Actualmente estoy realizando la ingeniería inversa de un circuito que requiere el control de un campo magnético. Para ello, el circuito tiene un par de D882 y B772 cada uno. Las trazas de la placa de circuito impreso sugieren que los transistores están dispuestos como se muestra en la imagen siguiente: Esta disposición no tiene ningún sentido para mí. ¿La aplicación de un voltaje a cualquiera de las señales de control no daría lugar a una corriente a través de ambos transistores en lugar de a través de las bobinas?

Answer 1

Eso se llama "puente H".

A menudo se utiliza para impulsar motores tanto hacia delante como hacia atrás.

En su caso, le permite generar un campo magnético cuya polaridad e intensidad puede variar mediante la "señal de control 1" y la "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, la corriente fluirá en una dirección determinada.

Si intercambias las altas y las bajas, fluirá en la dirección opuesta.

Ahora, si mantienes uno fijo y pulsas el otro, obtendrás una corriente pulsada a través de la bobina. La bobina la suavizará (en cierto modo) hasta conseguir un campo magnético estable cuya intensidad es propocional al ciclo de trabajo de los pulsos.

Al cambiar la polaridad de la corriente también cambia la polaridad del campo magnético.

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Se trata de una descripción muy simplificada, pero creo que contiene suficientes palabras clave para que puedas localizar más detalles por tu cuenta.

Es un circuito común con muchos usos - y un montón de trucos y trampas que van en la fabricación, el uso y el control.

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Un poco más sobre su funcionamiento:

La clave de todo es el funcionamiento de los transistores pnp y npn.

Cuando la tensión en la base de un transistor npn es superior a 0,7 voltios por encima de la tensión en el emisor, la corriente fluye a través del colector hacia el emisor.

Cuando la tensión en la base de un transistor pnp está más de 0,7 voltios por debajo de la tensión en el colector, la corriente fluye a través del colector hacia el emisor.

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

Ahora, si pones una señal baja en la otra línea de control el transistor npn se apagará y el pnp se encenderá. Ese lado del puente está conectado a la tierra.

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

Por lo tanto, qué señal de control es alta y cuál es baja dicta la dirección del flujo de corriente a través de la carga en el centro del puente.

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También preguntaste que es posible que los dos transistores de un lado se enciendan y provoquen un cortocircuito.

Puede ocurrir, y se denomina "shoot through". Parte del diseño y el funcionamiento de un puente H consiste en asegurarse de que no ocurra.

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

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

Answer 2

NO

El Vbe tiene una zona muerta para niveles de accionamiento de < |+/-0,7V| sin embargo, se producirá una retroemisión durante el tiempo de carga L/R=T(63%V) donde R es la resistencia DC de las bobinas.(DCR)

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

Sin embargo, cuando se conmuta a la izquierda y a la derecha para avanzar y retroceder. Debes parar teniendo ambos controladores superiores o inferiores altos ( o bajos) para derivar la constante de tiempo L/R =T con otro tiempo muerto del freno antes de la inversión de dirección. Esto es hecho por su controlador inteligente usando Sig1=Sig2 = ya sea 0 o 1. Si no se trata de un motor, no haga caso.

Cuando se regula la corriente si el lado izquierdo es alto, el lado derecho se utiliza para la tensión media PWM para controlar la corriente de sobretensión o la velocidad en estado estacionario. Entonces cuando se invierte la polaridad de la carga, se hace lo contrario. El lado derecho alto y el lado izquierdo con PWM en rampa hacia la Vavg completa en la polaridad opuesta. Si se trata de 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 g tiempo de duración.

También hay que tener en cuenta que estos simples interruptores de transistor tienen un hFE de alrededor del 10~5% del hFE máximo durante la saturación, por lo que hay que calcular 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. Por eso se prefieren los MOSFETs pero tienen problemas de disparos como si fueran colectores abiertos en vez de seguidores de emisor. Entonces las 2 entradas deben ser separadas a 4 entradas con tiempo muerto controlado.

Este es el controlador de puente más sencillo, pero compromete la Vdrop en cada interruptor, pero está bien para puentes pequeños a 12V. Aunque puede funcionar a 5V, no se recomienda por su baja eficiencia.

Answer 3

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

Answer 4

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

Answer 5

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

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

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

En un comentario, @immibis afirma 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 de al colector. La salida sigue la tensión de la entrada, dentro de una caída de tensión del diodo.

Los transistores en seguidores de emisor Permanezca en , excepto cuando la tensión de entrada está cerca de los raíles de alimentación. Por ello, los seguidores de emisor son conocidos por desperdiciar energía y necesitar disipadores de calor. El corazón de un regulador de voltaje lineal es un seguidor de emisor, y estos reguladores son conocidos por ser ineficientes y necesitar disipadores de calor. La lógica acoplada a emisores (como la utilizada en los superordenadores Cray) utiliza seguidores de emisores para conmutar las señales digitales. La producción de calor en el Cray era tan grande que la unidad de refrigeración era más grande que la electrónica. Y el tercer ejemplo de seguidores de emisor es un...

Amplificador de clase B, que señala @RRomano010. Están hechos por dos seguidores de emisor, con un transistor NPN tirando al carril de alta y un transistor PNP tirando al carril de baja. Eso es lo que tenemos aquí. Se utilizan comúnmente como la etapa de salida de los amplificadores de audio para conducir los altavoces, son ineficientes, y requieren una amplia disipación de calor.

Si es absolutamente necesario 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 yo añadiría los diodos de protección de @TonyEErocketscientist). Obtendrás algo de distorsión de cruce debido a las compensaciones de voltaje de los diodos; estas se pueden compensar de la misma manera que se hace en un amplificador de clase AB.

Si estás manejando tu carga on/off o con PWM, entonces es un diseño ineficiente. La forma habitual de hacer un puente H es con transistores PNP tirando al carril de alta y transistores NPN tirando al carril de baja. En otras palabras, cambie los transistores NPN de este circuito por PNP, y viceversa. Sin embargo, entonces necesitará resistencias en la base de cada transistor. Tal vez el diseñador de este circuito estaba tratando de evitar los componentes adicionales - que también explicaría la falta de diodos de protección. Asegúrate de poner también esos diodos de protección.

O bien podrías utilizar un chip de puente H, en el que otra persona se ha encargado de estos problemas por ti.