Как диоды защищают драйвер двигателя постоянного тока H-bridge?

Я не очень понимаю, как эти диоды в этой схеме и подобных схемах (например, управляющая схема реле) защищают схему контроллера от энергии, запасенной индуктивностью катушки. Я очень ценю, если кто-то может графически объяснить это. (Я имею в виду, как диоды блокируют ток и т. д.)

второй вопрос по этой схеме - конденсатор. что будет если его нет?

введите описание изображения здесь

Ответы (4)

Диоды в этом приложении предназначены не для того, чтобы блокировать ток, а для того, чтобы позволить катушкам разряжаться по пути с низким импедансом. Если такой путь не предусмотрен, то при прекращении питания катушки на каждом цикле накопленная магнитная энергия должна найти путь для разрядки. Это приводит к тому, что на концах катушки возникает произвольно высокое обратное напряжение, пока энергия не найдет способ выйти.

Результат: это высокое напряжение проявляется на полевых МОП-транзисторах, которые умирают жалкой смертью.

Таким образом, диоды обеспечивают путь разряда с коротким замыканием, рассеивая эту энергию в виде тепла внутри диода.

Функция конденсатора состоит в том, чтобы действовать как локальный накопитель энергии, обеспечивать часть энергии, необходимой двигателю во время начального всплеска при каждом включении, и сохранять часть энергии, которая отбрасывается обратно на шину питания при каждом включении. выключенный. Без конденсатора пики тока на каждом фронте должны были бы полностью обслуживаться шиной питания. Поскольку любое соединение питания будет иметь некоторое сопротивление, эти скачки тока приводят к провалам напряжения на шине питания.

Проще говоря, конденсатор сглаживает всплески из-за временной потребности в мощности и временного избытка мощности, когда катушки находятся под напряжением и обесточиваются.

Когда одна пара транзисторов выключается, а другая пара не включается немедленно, ток «противоэдс» должен протекать через C1 и/или сам источник питания. При обычном ШИМ-управлении это происходит мгновенно между выключением одной пары и включением другой. Вот как я это вижу.
@Anindo спасибо за ваш ответ, но я не понимаю две части этого. во-первых, что значит "умереть жалкой смертью"? во-вторых, «таким образом, эти скачки тока приводят к провалам напряжения на шине питания»?
@MehrdadKamelzadeh МОП-транзисторы имеют максимальные напряжения, с которыми они могут справиться, на стоке и истоке (фактически на любых двух контактах), которые обычно указываются в техническом описании. Когда обратная ЭДС катушки превышает это значение, полевой МОП-транзистор необратимо повреждается. В то время как полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения обычно включают внутренний диод, этот внутренний диод обычно недостаточно быстр / имеет достаточно низкое прямое напряжение, чтобы успешно шунтировать эту обратную ЭДС и защищать МОП-транзистор. Следовательно, внешний диод спасает МОП-транзистор от повреждения, т. е. от смерти.
Если есть всплеск потребляемого тока, этот ток вызовет мгновенное падение напряжения на шине питания, как видно на H-мосте - это происходит из-за эффектов индукции и сопротивления питающего провода от источника питания к H-мосту. , даже предполагая бесконечно стабильный источник питания. Установка локального конденсатора достаточной емкости сгладит эти локальные перепады напряжения, т.е. провалы.
@AnindoGhosh, ты идеальный учитель. Благодарю. Но еще один вопрос (обещаю быть последним ;)). как я должен был знать, что это должно быть 0,1 мкФ? есть ли способ его рассчитать?
@MehrdadKamelzadeh В приложениях, подобных этому, для умеренных токовых нагрузок я обычно использую один керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ параллельно электролитическому конденсатору емкостью 10 мкФ. Для сильноточной нагрузки я мог бы использовать 0,1 мкФ и 100 мкФ параллельно. Почему именно эти значения? Поскольку я ленив, я просто следую общему эмпирическому правилу, которое обсуждалось ранее в других вопросах на этом сайте. Можно ли рассчитать идеальные значения? Конечно, но не то, о чем я бы беспокоился.
@AnindoGhosh, судя по тому, что вы сказали о диодах в этой схеме, вам не кажется, что диоды нижнего плеча (d3, d4) перевернуты? Потому что, когда двигатель останавливается, напряжение на узлах двигателя больше, чем на земле. Я прав?
@MehrdadKamelzadeh Нет. Если вы поставите диоды наоборот, они закоротят ток на землю во время проводимости MOSFET.
@AnindoGhosh да, ты прав. Но вы знаете, что? Я разрабатываю эту схему, но вместо МОП-транзисторов NChannel на стороне высокого напряжения я хочу использовать PChannel. Но я запутался с их диодами. Должны ли они быть такими же, как эта схема, или наоборот?
@AnindoGhosh, когда двигатель останавливается, как вы сказали, у нас высокое напряжение в его узлах. Таким образом, кажется, что путь, который он находит для разрядки своей энергии, всегда проходит через D1 и D2. Когда D3 и D4 сделают свою работу?

В дополнение к прекрасному ответу Аниндо, в частности, напряжение на катушке индуктивности (т. Е. В данном случае на двигателе) равно

л г я г т

Таким образом, когда ток внезапно отключается (именно то, что хочет сделать h-мост, особенно когда он управляется как ШИМ), г я г т становится чрезвычайно большим, и возникает связанный с этим очень большой всплеск напряжения. Диоды защищают МОП-транзисторы от этих всплесков.

когда двигатель останавливается, как вы сказали имеем высокое напряжение на его узлах. Таким образом, кажется, что путь, который он находит для разрядки своей энергии, всегда проходит через D1 и D2. Когда D3 и D4 сделают свою работу?
Когда скачок напряжения отрицательный. Ток может течь в любом направлении через двигатель, поэтому всплеск может быть любого знака.
Скотт, поскольку ток может течь в любом направлении, означает ли это, что этот конденсатор должен быть неполяризованным? Или это имеет значение в данном случае? Я спрашиваю это, потому что большие электролитические конденсаторы поляризованы.
@ЛинкХ. Пока одна сторона колпачка находится на Vcc, а другая на земле, колпачок поляризован нормально. Ток может течь в любом направлении.
@ЛинкХ. -- Я не хочу показаться придирчивым, но я вижу ОДНУ диаграмму с крышкой во всем этом QA. Если у вас есть вопрос о конкретной конфигурации, опубликуйте его как новый вопрос.

Конденсатор предназначен для поглощения шума, исходящего от двигателя, который в противном случае испортил бы ваш источник питания. Однако 100 нФ — это очень низкое значение. В зависимости от мощности двигателя я бы использовал от 10 мкФ до 100 мкФ, но также оставил 100 нФ.

кое-что из вышеперечисленного верно, но диоды и конденсатор присутствуют, так что обратная ЭДС / энергия индуктивности, хранящаяся в двигателе, отправляется обратно в крышку в качестве резервуара для хранения, энергия не рассеивается в диодах, без крышки там цепь, вероятно, разрушится, поскольку энергии некуда будет деваться, пока напряжение не достигнет точки, в которой будет создан путь разряда.

Как диоды защищают драйвер двигателя постоянного тока H-bridge?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v