Если вы управляете мостом H, как вы описываете, то да, ваш двигатель будет реверсивным. Разумный подход состоит в том, чтобы использовать одну половину H-моста для ШИМ, а другую половину с логическими уровнями, которые включают либо верхний, либо нижний полевой МОП-транзистор на время вращения в нужном вам направлении.

По своей невиновности в отношении ШИМ-переключения я поднял этот вопрос (несколько лет назад), который может оказаться полезным для вас. Если вы все еще хотите иметь полную ШИМ на обеих половинах, вы должны учитывать, что сценарий 50% ШИМ - это ситуация «остановка двигателя».

Хорошо, я думаю, что в этом вопросе нужно учитывать разные вещи. Я стараюсь охватить их один за другим.

Общее переключение обеих ног одним и тем же ШИМ

Это был ваш первый подход, когда проводятся либо Q1 и Q4, либо Q2 и Q3 (нижние изображения в вопросе). Справедливости ради, это не на 100% правильно, но пока что его можно использовать как действительное упрощение.

Ваш двигатель (или то, что вы ставите на выходе) должен иметь индуктивные свойства, чтобы все работало. Это позволит току увеличиваться в одной фазе и уменьшаться в другой фазе. Ваш H-мост может достигать всех 4 квадрантов (напряжение и ток в обоих направлениях). Таким образом, по этому определению вы должны контролировать ток, протекающий через ваш двигатель, с разумным рабочим циклом ШИМ. Если ваша частота коммутации достаточно велика, пульсации тока будут достаточно малы, чтобы их можно было игнорировать, по сравнению со средним током через ваш двигатель.

Недостаток этого метода в том, что, как вы уже видели, ваш двигатель получает обратную поляризацию. Но это не проблема энергии в том смысле, что вы тратите энергию впустую! Когда вы меняете полярность, ток продолжает течь в том же направлении, поскольку индуктивность не позволяет току изменяться непостоянно. Теперь ваш двигатель работает как генератор и возвращает энергию в источник питания (обычно в некоторые конденсаторы). Это может стать проблемой, если ваш конденсатор слишком мал. Тогда напряжение может подняться выше желаемого уровня и повредить другие детали.

Преимущество, с другой стороны, заключается в том, что напряжения как на входе, так и на выходе точно определяют необходимый рабочий цикл: вам нужно$\tau =\frac12 + \frac{u_o}{2u_i}$с$u_o$выходное напряжение и$u_i$входное напряжение. Чтобы получить это уравнение, вам нужно решить идеализированные дифференциальные уравнения. Я сделал это для вас ;-). Таким образом, у вас есть одно уравнение для достижения всего интервала выходного напряжения.$[-u_i,u_i]$.

Переключение только одной ноги

Другой подход состоит в том, чтобы держать одну ногу зафиксированной и играть другой. Таким образом, вы должны оставить Q4 активным и переключать только Q1 / Q2, чередуя с вашим PWM. Это можно увидеть, как если бы двигатель был зафиксирован на 0 В с правой стороны.

Боковое замечание: Теперь у вас есть полумост на левой стороне переключения. Это всего лишь двухквадрантный преобразователь. Вы можете либо ускорить свой двигатель, либо использовать его в качестве генератора. Но все это возможно только в определенном направлении, а не произвольно.

Если вы включите Q1, ток будет течь через Q1. Если отключить, то через D2 (или Q2, если активирован). Теперь ваш рабочий цикл должен быть$\tau = \frac{u_o}{u_i}$. Но выходное напряжение теперь всегда положительное (в моем определении). Вы не можете изменить напряжение двигателя, то есть вы не можете изменить направление движения двигателя.

Чтобы изменить направление, вы должны держать активным Q2 и переключаться с Q3 (и, возможно, Q4). Тогда рабочий цикл должен быть выбран как$\tau=-\frac{u_o}{u_i}$.

Итак, в целом, во время проводимости Q1/Q4 (соответственно Q2/Q3) мощность течет от источника как к двигателю, так и к магнитному полю в индукторе. Во время второй фазы (Q2/Q4, Q1/Q3) мощность передается от магнитного поля к двигателю. Во время этой фазы источник не подает никакой энергии.

Преимущество заключается в том, что пульсации тока меньше, поскольку приложенное напряжение в фазе, где Q2 и Q4 проводят ток, меньше. Это делает ток более стабильным при заданной частоте ШИМ.

Недостатком является то, что вам нужно переключать ноги, когда вы хотите управлять своим двигателем. Когда вам нужны простые движения, этим можно пренебречь, но если вы хотите сделать это правильно, вы должны тщательно создать алгоритм, который обрабатывает эти характеристики переключения. Это выполнимо, но вы должны потратить некоторое время на размышления.

Оптимизация рассеиваемой мощности

Вы даже можете оптимизировать распределение рассеиваемой мощности в полевых транзисторах, выполнив некоторые причудливые действия. Вы можете начать с проведения Q1/Q4. Затем Q2/Q4, Q1/Q4, Q1/Q3. В противном случае полевой транзистор Q3 не получит энергии, а остальные — больше.

Подсказка: Если вам это не нужно, замкните неактивную ногу на 0V. Полевой транзистор с высокой стороной всегда хуже с точки зрения схемотехники, так как могут возникнуть проблемы с питанием затвора.

Несколько слов о переключении

Я сказал вам, что мы делаем некоторые упрощения, рассматривая только состояния Q1/Q4 и Q2/Q3 и т. д. Рассмотрим проводящие Q1/Q4, и прямо сейчас по ним течет некоторый ток. Теперь вы хотите отключить Q1/Q4 и включить Q2/Q3. Вы выключаете полевые транзисторы Q1/Q4 и включаете Q2/Q3. Поскольку драйверы затворов имеют некоторую защиту от сквозного пробоя, они напрямую деактивируют полевые транзисторы Q1/Q4, но ждут несколько нс, прежде чем активируются другие полевые транзисторы.

Ток должен куда-то течь. Единственный путь для тока теперь проходит через D3, источник и D2. Вот видите, почему диоды действительно важны! В противном случае ток вызовет всплеск напряжения и сломает любое подключенное устройство. Как только полевые транзисторы активируются, падение напряжения на диодах уменьшается, а рассеиваемая мощность уменьшается.

То же самое происходит и в случае с одной ногой.

для нормальной работы h-моста попробуйте использовать вывод выключения. если вам нужен 20% ШИМ-импульс в прямом направлении, то подайте 20% ШИМ-импульса на IN1 и в оставшиеся 80% времени остановите процесс, тем самым мы можем добиться нормальной работы h_bridge

Похоже, проще использовать драйвер затвора MOSFET с отдельными входами для каждого выхода.

Потребуется немного более сложный генератор ШИМ, такой как микроконтроллер с требуемым временем простоя в последовательности привода.

С отдельными контактами вы можете использовать, например, левый верхний МОП-транзистор для установки скорости с рабочим циклом ШИМ 5-95% и установить правый нижний МОП-транзистор в логическую 1 или 0 для установки направления. Ну, это мое видение проблемы.