H-köprü - H-bridge
Bir H-köprü bir bir elektronik devre için voltajın polaritesi bir yük tatbik geçer. Bu devreler genellikle robotik ve diğer uygulamalarda DC motorların ileri veya geri çalışmasına izin vermek için kullanılır.
Çoğu DC-AC dönüştürücü ( güç inverterleri ), çoğu AC/AC dönüştürücü , DC-DC itme-çekme dönüştürücü , yalıtılmış DC-DC dönüştürücü çoğu motor denetleyicisi ve diğer birçok güç elektroniği türü H köprüleri kullanır. . Özellikle, bir bipolar step motor hemen hemen her zaman iki H köprüsü içeren bir motor kontrolörü tarafından sürülür.
Genel
H köprüsü terimi , böyle bir devrenin tipik grafik gösteriminden türetilmiştir. Bir H köprüsü, dört anahtarla (katı hal veya mekanik) yapılmıştır. S1 ve S4 anahtarları (birinci şekle göre) kapatıldığında (ve S2 ve S3 açık olduğunda) motora pozitif bir voltaj uygulanır. S1 ve S4 anahtarları açılarak ve S2 ve S3 anahtarları kapatılarak bu voltaj tersine çevrilir ve motorun ters çalışmasına izin verilir.
Yukarıdaki isimlendirmeyi kullanarak, S1 ve S2 anahtarları, giriş voltajı kaynağında kısa devreye neden olacağından asla aynı anda kapatılmamalıdır. Aynısı S3 ve S4 anahtarları için de geçerlidir. Bu durum, ateş etme olarak bilinir.
Operasyon
H-köprü düzenlemesi genellikle motorun polaritesini/yönünü tersine çevirmek için kullanılır, ancak motorun terminalleri kısa devre yaptığından motorun aniden durduğu yerde motoru 'frenlemek' için veya motor etkin bir şekilde devreden ayrıldığından, motor 'serbest çalışma' durur. Aşağıdaki tablo, yukarıdaki şemaya karşılık gelen S1-S4 ile çalışmayı özetlemektedir.
|S1||S2||S3||S4||Sonuç|
|1||0||0||1||Motor sağa hareket ediyor|
|0||1||1||0||Motor sola hareket eder|
|0||0||0||0||Motorlu kıyılar|
|1||0||0||0|
|0||1||0||0|
|0||0||1||0|
|0||0||0||1|
|0||1||0||1||Motor frenleri|
|1||0||1||0|
|x||x||1||1||Kısa devre|
|1||1||x||x|
İnşaat
Röleler
H köprüsü kurmanın bir yolu , bir röle kartından bir dizi röle kullanmaktır .
Bir " çift kutuplu çift atış " (DPDT) rölesi, genellikle bir H köprüsüyle aynı elektriksel işlevselliği sağlayabilir (cihazın olağan işlevi göz önüne alındığında). Bununla birlikte, daha küçük bir fiziksel boyutun, yüksek hızlı anahtarlamanın veya düşük sürüş voltajının (veya düşük sürüş gücünün) gerekli olduğu veya mekanik parçaların aşınmasının istenmediği durumlarda, yarı iletken tabanlı bir H köprüsü röleye tercih edilir.
Diğer bir seçenek, akım akışının yönünü ayarlamak için bir DPDT rölesine ve akım akışını etkinleştirmek için bir transistöre sahip olmaktır. Bu, transistör kapalıyken röle anahtarlanacağı ve dolayısıyla akım akışı olmayacağı için röle ömrünü uzatabilir. Ayrıca mevcut seviyeyi kontrol etmek için PWM anahtarlamanın kullanılmasını sağlar.
N ve P kanal yarı iletkenleri
Bir katı hal H köprüsü tipik olarak , yüksek voltaj veriyoluna bağlı PNP bipolar bağlantı transistörleri (BJT) veya P-kanalı MOSFET'ler ve düşük voltaj veriyoluna bağlı NPN BJT'ler veya N-kanal MOSFET'ler gibi zıt kutuplu cihazlar kullanılarak oluşturulur .
N kanallı yarı iletkenler
En verimli MOSFET tasarımları, hem yüksek hem de düşük tarafta N-kanallı MOSFET'leri kullanır çünkü bunlar tipik olarak P-kanalı MOSFET'lerin AÇIK direncinin üçte birine sahiptir. Yüksek taraf MOSFET'lerin kapılarının DC besleme rayına göre pozitif yönlendirilmesi gerektiğinden, bu daha karmaşık bir tasarım gerektirir. Birçok entegre devre MOSFET kapı sürücüsü , bunu başarmak için cihaz içinde bir şarj pompası içerir .
Alternatif olarak, geçit sürücü devresine yalıtılmış ('kayan') besleme sağlamak için anahtarlamalı bir güç kaynağı DC-DC dönüştürücü kullanılabilir. Çok çıkışlı bir geri dönüş dönüştürücüsü bu uygulama için çok uygundur.
MOSFET köprülerini sürmek için başka bir yöntem, üst FET kapılarını sürmek için izole çıkışlar veren GDT (kapı tahrik transformatörü) olarak bilinen özel bir transformatörün kullanılmasıdır. Transformatör çekirdeği genellikle 1:1 veya 4:9 sargı oranına sahip bir ferrit toroiddir. Ancak bu yöntem yalnızca yüksek frekanslı sinyallerle kullanılabilir. Kaçak endüktansın en aza indirilmesi gerektiği veya çapraz iletim meydana gelebileceği için transformatörün tasarımı da çok önemlidir . Transformatörün çıkışları genellikle Zener diyotları tarafından sıkıştırılır , çünkü yüksek voltaj yükselmeleri MOSFET kapılarını tahrip edebilir.
Varyantlar
Bu devrenin yaygın bir varyasyonu, AB sınıfı bir amplifikatöre benzer şekilde, yükün bir tarafında sadece iki transistör kullanır . Böyle bir konfigürasyona "yarım köprü" denir. Elektronik geçiş anahtarı görevi görür, yarım köprü yüke uygulanan voltajın polaritesini değiştiremez. Yarım köprü, senkron doğrultucular kullanan bazı anahtarlamalı güç kaynaklarında ve anahtarlama amplifikatörlerinde kullanılır . Yarım H köprü tipi, tam ("Full-H") H köprülerinden ayırt etmek için genellikle "Yarım-H" olarak kısaltılır. Diğer bir yaygın varyasyon, köprüye üçüncü bir 'bacak' ekleyerek, üç fazlı bir invertör oluşturur . Üç fazlı invertör, herhangi bir AC motor sürücüsünün çekirdeğidir .
Diğer bir varyasyon, köprünün bir tarafındaki alçak taraf anahtarlama cihazının ve köprünün karşı tarafındaki yüksek taraf anahtarlama cihazının her birinin diyotlarla değiştirildiği yarı kontrollü köprüdür. Bu, geçiş hatası modunu ortadan kaldırır ve çift yönlü akım akışının gerekli olmadığı durumlarda değişken veya anahtarlamalı relüktans makineleri ve aktüatörleri sürmek için yaygın olarak kullanılır .
Ticari kullanılabilirlik
L293x serisinin en yaygın olanları içeren, ticari olarak temin edilebilen birçok ucuz tekli ve ikili H-köprü paketi vardır. L9110 gibi birkaç pakette, geri EMF koruması için yerleşik geri dönüş diyotları bulunur .
İnverter olarak çalışma
H köprüsünün yaygın bir kullanımı bir invertördür . Düzenleme bazen tek fazlı köprü invertörü olarak bilinir.
DC beslemeli H köprüsü, yük boyunca bir kare dalga voltaj dalga formu oluşturacaktır. Tamamen endüktif bir yük için, mevcut dalga biçimi, tepe noktası endüktansa, anahtarlama frekansına ve giriş voltajına bağlı olan bir üçgen dalga olacaktır.
Ayrıca bakınız
Referanslar
- H-Köprü Teorisi ve Uygulaması
- Kısa H-Köprü Çalışması Teorisi
- Çeşitli sürüş modlarını tartışan ve geri EMF'yi kullanan H köprüsü eğitimi
- MOSFET'leri ve IR2110 H-Bridge Sürücüsünü Kullanan PWM DC Motor Kontrol Cihazı
- BEAM Robotics Wiki'de H-Köprüler
- H-köprü kontrolör akımını tahmin etmek için formüllerin türetilmesi (Vex, JAGUAR,Victor). Robotikte kullanılan bazı H köprülerinin neden doğrusal olmayan akım ve hız tepkilerine sahip olduğunu tartışır.
Projeler
- Işığı izlemek için fotoselli bir H köprüsü kontrollü motor inşa etmek
- 4017 ile H köprü motor kontrolü (Türkçe)
- H-köprü kontrolü için HIP4081A'yı kullanma
- DC motor kontrolü için L293D H köprüsünü kullanma
- L293D motor sürücüsü IC etrafında tasarlanmış basit bir devre