H köprüsü - H-bridge
Bir H-köprü bir bir elektronik devre için voltajın polaritesi bir yük tatbik geçer. Bu devreler genellikle robotikte ve diğer uygulamalarda DC motorların ileri veya geri çalışmasına izin vermek için kullanılır.
Çoğu DC-AC dönüştürücüsü ( güç çeviricileri ), çoğu AC / AC dönüştürücü , DC-DC itmeli-çek dönüştürücü , izole edilmiş DC-DC dönüştürücü çoğu motor denetleyicisi ve diğer birçok güç elektroniği türü H köprüleri kullanır . Özellikle, iki kutuplu bir step motor , neredeyse her zaman iki H köprüsü içeren bir motor kontrolörü tarafından çalıştırılır.
Genel
H köprüsü terimi , böyle bir devrenin tipik grafik gösteriminden türetilmiştir. Bir H köprüsü, dört anahtarla (katı hal veya mekanik) oluşturulur. S1 ve S4 anahtarları (ilk şekle göre) kapatıldığında (ve S2 ve S3 açıkken) motora pozitif bir voltaj uygulanır. S1 ve S4 anahtarlarını açıp S2 ve S3 anahtarlarını kapatarak, bu voltaj ters çevrilerek motorun ters çalışmasına izin verilir.
Yukarıdaki terim kullanıldığında, S1 ve S2 anahtarları asla aynı anda kapatılmamalıdır, çünkü bu, giriş voltajı kaynağında kısa devreye neden olabilir. Aynısı S3 ve S4 anahtarları için de geçerlidir. Bu duruma ateş açma adı verilir.
Operasyon
H-köprü düzenlemesi genellikle motorun polaritesini / yönünü tersine çevirmek için kullanılır, ancak aynı zamanda motorun terminalleri kısa devre yaptığında motorun aniden durduğu yerde motoru 'frenlemek' veya Motorun devreden etkin bir şekilde bağlantısı kesildiği için motorun durması için 'serbest çalışma'. Aşağıdaki tablo, yukarıdaki diyagrama 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||Motor kıyıları|
|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
Bir H köprüsü oluşturmanın bir yolu , bir röle kartından bir dizi röle kullanmaktır .
Bir " çift kutuplu çift atış " (DPDT) röle, genellikle bir H-köprüsü ile aynı elektriksel işlevselliği elde edebilir (cihazın normal işlevi dikkate alınarak). Bununla birlikte, daha küçük bir fiziksel boyut, yüksek hızlı anahtarlama veya düşük sürüş voltajının (veya düşük sürüş gücünün) gerekli olduğu veya mekanik parçaların aşınmasının istenmediği yerlerde röleye göre yarı iletken bazlı bir H köprüsü tercih edilebilir.
Diğer bir seçenek de, akım akışının yönünü ayarlamak için bir DPDT rölesine ve akım akışını etkinleştirmek için bir transistöre sahip olmaktır. Bu, transistör kapalıyken röle anahtarlanacağından ve dolayısıyla akım akışı olmadığından röle ömrünü uzatabilir. Ayrıca, akım seviyesini kontrol etmek için PWM geçişinin kullanılmasını sağlar.
N ve P kanal yarı iletkenleri
Bir katı hal H köprüsü, tipik olarak, PNP bipolar bağlantı transistörleri (BJT) veya yüksek voltaj veriyoluna bağlı P-kanallı MOSFET'ler ve düşük voltajlı veriyoluna bağlı NPN BJT'ler veya N-kanallı MOSFET'ler gibi zıt kutup cihazları kullanılarak oluşturulur .
N kanallı yarı iletkenler
En verimli MOSFET tasarımları, hem yüksek hem de düşük tarafta N-kanallı MOSFET'leri kullanır çünkü tipik olarak P-kanallı MOSFET'lerin AÇIK direncinin üçte birine sahiptirler. 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 izole edilmiş ('yüzer') beslemeler sağlamak için anahtarlamalı mod güç kaynağı DC – DC dönüştürücü kullanılabilir. Çok çıkışlı bir geri dönüş dönüştürücü , bu uygulamaya çok uygundur.
MOSFET köprülerini sürmek için başka bir yöntem, üst FET kapılarını sürmek için izole edilmiş çıktılar veren, GDT (kapı tahrik trafosu) olarak bilinen özel bir transformatörün kullanılmasıdır. Transformatör çekirdeği genellikle 1: 1 veya 4: 9 sargı oranına sahip bir ferrit toroidtir. Ancak bu yöntem yalnızca yüksek frekanslı sinyallerle kullanılabilir. Transformatörün tasarımı da çok önemlidir, çünkü kaçak endüktans en aza indirilmelidir, aksi takdirde çapraz iletkenlik meydana gelebilir. Transformatörün çıkışları genellikle Zener diyotları tarafından sıkıştırılır , çünkü yüksek voltaj yükselmeleri MOSFET kapılarını tahrip edebilir.
Varyantlar
Bu devrenin yaygın bir varyasyonu, bir AB sınıfı amplifikatöre benzer şekilde, yükün bir tarafındaki sadece iki transistörü kullanır . Böyle bir konfigürasyona "yarım köprü" denir. Elektronik bir 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, onu tam ("Tam-H") H-köprülerinden ayırmak için genellikle "Yarım-H" olarak kısaltılır. Diğer bir yaygın varyasyon, köprüye üçüncü bir 'ayak' ekleyerek üç fazlı bir invertör oluşturur . Üç fazlı invertör, herhangi bir AC motor sürücüsünün temelidir.
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, ateşleme arıza modunu ortadan kaldırır ve genellikle çift yönlü akım akışının gerekli olmadığı değişken veya anahtarlamalı relüktans makineleri ve aktüatörleri çalıştırmak için kullanılır.
Ticari kullanılabilirlik
L293x serisinin en yaygın olanlarını içeren, ticari olarak temin edilebilen, pahalı olmayan tek ve çift H-köprü paketleri vardır. L9110 gibi çok az paket, arka EMF koruması için yerleşik geri dönüş diyotlarına sahiptir .
İnverter olarak çalıştırma
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, akım dalga biçimi, tepe noktası endüktansa, anahtarlama frekansına ve giriş voltajına bağlı olan bir üçgen dalga olacaktır.
Ayrıca bakınız
Referanslar
- H-Bridge Teorisi ve Uygulaması
- Kısa H-Bridge Çalışma 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-Bridges
- 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