Ponte H com seguidores de emissor

Atualmente, estou fazendo engenharia reversa de um circuito que requer controle de um campo magnético. Para isso, o circuito possui um par de D882 e B772 cada. Os traços de PCB sugerem que os transistores são organizados conforme mostrado na figura abaixo: Esse arranjo não faz nenhum sentido para mim. A aplicação de uma tensão a qualquer um dos sinais de controle não resultaria em corrente nos dois transistores, e não nas bobinas?

Isso é chamado de "ponte H".

É freqüentemente usado para acionar motores para frente e para trás.

No seu caso, permite gerar um campo magnético cuja polaridade e intensidade podem variar usando "sinal de controle 1" e "sinal de controle 2".

Quando ambos estão altos (ou ambos estão baixos), nenhuma corrente flui através da bobina.

Se um estiver alto e o outro baixo, a corrente fluirá em uma direção específica.

Se você trocar o alto e o baixo, ele fluirá na direção oposta.

Agora, se você mantiver um pulso firme e pulsar o outro, receberá uma corrente pulsada através da bobina. Ele será suavizado (um pouco) pela bobina para um campo magnético constante, cuja força é propícia ao ciclo de trabalho dos pulsos.

Mudar a polaridade da corrente também altera a polaridade do campo magnético.

Essa é uma descrição muito simplificada, mas acho que contém palavras-chave suficientes para que você possa localizar mais detalhes por conta própria.

É um circuito comum com muitos usos - e muitos truques e armadilhas que são usados ​​para fazer, usar e controlar.

Um pouco mais sobre como funciona:

A chave para tudo isso é como os transistores pnp e npn funcionam.

Quando a tensão na base de um transistor npn é superior a 0,7 volts acima da tensão no emissor, a corrente flui através do coletor para o emissor.

Quando a tensão na base de um transistor pnp é maior que 0,7 volts abaixo da tensão no coletor, a corrente flui através do coletor para o emissor.

Portanto, olhando para a ponte H, colocar um sinal alto em um dos sinais de controle desligará o pnp e ligará o npn - esse lado da ponte está conectado à tensão de alimentação positiva.

Agora, se você colocar um sinal baixo na outra linha de controle, o transistor npn será desligado e o pnp será ligado. Esse lado da ponte está conectado ao chão.

A corrente agora pode fluir de V + de um lado da ponte, através das bobinas, para o terra do outro lado da ponte.

Então, qual sinal de controle é alto e qual é o baixo dita a direção do fluxo de corrente através da carga no meio da ponte.

Você também pediu que os dois transistores de um lado ligassem e causassem um curto-circuito.

Isso pode acontecer e é chamado de disparar. Parte do projeto e operação de uma ponte H é feita para garantir que isso não aconteça.

No design que você postou, não acho que isso possa acontecer.

Parece-me que os transistores de cada lado nunca podem estar ligados ao mesmo tempo. Mas eu não sou engenheiro e pode muito bem ter supervisionado algo (embora Tony seja um engenheiro e não pense que isso possa acontecer com este circuito).

NÃO

O Vbe possui uma zona morta para níveis de acionamento de <| +/- 0.7V | no entanto, EMF de volta durante o tempo de carga L / R = T (63% V) ocorrerá onde R é a resistência CC das bobinas (DCR)

cuidado com a necessidade de prender picos indutivos no trilho oposto com pares zener + diodo nos motores ou diodos Vce reversos em cada transistor. Em projetos mais avançados, eles usam braçadeiras ativas. Cuidado com a energia reativa e a área do circuito atual no layout. Mantenha pares apertados de driver, energia, terra e L para minimizar o ruído do CM.

No entanto, ao comutar para a esquerda para a direita para frente e para trás. Você deve parar com os drivers superior ou inferior altos (ou baixos) para desviar a constante de tempo L / R = T com outro tempo morto do freio antes da reversão da direção. Isso é feito pelo seu controlador inteligente usando Sig1 = Sig2 = 0 ou 1. Se este não for um motor, desconsidere.

Ao regular a corrente, se o lado esquerdo estiver alto, o lado direito é usado para a tensão média PWM para controlar a corrente ou a velocidade de pico no estado estacionário. Então, ao reverter a polaridade da carga, o oposto é feito. Lado direito alto e esquerdo com PWM rampado em direção a Vavg completo na polaridade oposta. Se este é um motor, o mesmo vale para a desaceleração. Freqüentemente, um desvio de corrente é usado para detecção de corrente, onde a inércia da carga afeta a corrente durante a duração do tempo g.

Lembre-se também de que esses comutadores de transistor simples têm um hFE de cerca de 10 ~ 5% do hFE máximo durante a saturação, portanto a corrente de entrada e a dissipação de calor devem ser calculadas. enquanto o sinal de controle deve estar acima de + 12V ou ocorre uma queda adicional devido ao Vbe. É por isso que os MOSFETs são os preferidos, mas apresentam problemas como se fossem coletores abertos em vez de seguidores de emissores. ENTÃO, as 2 entradas devem ser separadas para 4 entradas com tempo morto controlado.

Este é o driver de ponte mais simples, mas compromete o Vdrop em cada switch, mas é bom para pequenas pontes em 12V. Mesmo que funcione a 5V, não é recomendado para baixa eficiência.

Em cada lado você tem um transistor NPN e PNP. Se os níveis de tensão de controle forem selecionados corretamente, o transistor NPN e PNP não será ligado ao mesmo tempo.

Há um sinal PWM no controle ou um design analógico do OPAmp? Esse circuito se assemelha a um Booster analógico de classe B da Bridge. Um H PWM complementar equivalente geralmente precisa que cada transistor seja acionado separadamente e saturado; este fica para sempre na zona linear; o VCE nunca pode atingir a saturação. Nas pontes PWM H, o Emissor comum é preferido ao coletor comum; é mais simples saturar cada transistor de ponte sem tensões de alimentação adicionais. O Common Collector tem a desvantagem de propagar o BEMF para a condução BASE, isso pode destruir o driver.

Algumas das respostas anteriores fazem afirmações corretas, mas nenhuma resposta única responde satisfatoriamente à pergunta.

O @JRE está correto ao chamar essa topologia de circuito de ponte H, que é comumente usada para controlar motores e como você definiria as linhas de controle para operar um motor.

O @TonyEErocketscientist está certo de que você precisa dissipar a corrente quando a carga indutiva é desligada. Sua sugestão de diodos zener consecutivos, paralelamente à carga, é a melhor solução. Se a corrente for pequena, você também poderá usar um capacitor não polarizado.

Em um comentário, @immibis afirma corretamente que cada transistor individual está conectado em um seguidor de emissor. Em outras palavras, a saída é conectada ao emissor do transistor e não ao coletor. A saída segue a tensão da entrada, dentro de uma queda de tensão do diodo.

Os transistores nos seguidores do emissor permanecem ligados , exceto quando a tensão de entrada está próxima aos trilhos de alimentação. Por esse motivo, os seguidores de emissores são famosos por desperdiçar energia e necessitar de dissipadores de calor. O coração de um regulador de tensão linear é um seguidor de emissor, e esses reguladores são notórios por serem ineficientes e exigirem dissipadores de calor. A lógica acoplada a emissor (como foi usada nos supercomputadores Cray) usa seguidores de emissor para alternar sinais digitais. A produção de calor no Cray era tão ruim que a unidade de refrigeração era maior que a eletrônica! E o terceiro exemplo de seguidores de emissor é um ...

Amplificador de classe B, que @ RRomano010 aponta. Eles são feitos por dois seguidores de emissor, com um transistor NPN puxando para o trilho alto e um transistor PNP puxando para o trilho baixo. É o que temos aqui. Eles são comumente usados ​​como estágio de saída de amplificadores de áudio para acionar alto-falantes, são ineficientes e requerem amplo dissipador de calor.

Se você absolutamente precisar conduzir sua carga indutiva com um sinal analógico (ou seja, o PWM não é aceitável), o circuito apresentado na pergunta é de bom design mal funcionará (embora eu acrescentasse os diodos de proteção do @ TonyEErocketscientist). Você obterá alguma distorção cruzada por causa dos desvios de tensão do diodo; estes podem ser compensados ​​da mesma maneira que em um amplificador de classe AB.

Se você estiver ligando / desligando sua carga ou com PWM, é um projeto ineficiente. A maneira usual de fazer uma ponte H é com transistores PNP puxando para o trilho alto e transistores NPN puxando para o trilho baixo. Em outras palavras, troque os transistores NPN neste circuito com PNP e vice-versa. No entanto, você precisará de resistores em cada base do transistor. Talvez o projetista desse circuito estivesse tentando evitar os componentes extras - isso também explicaria a falta de diodos de proteção. Certifique-se de colocar esses diodos de proteção também.

Ou você pode simplesmente usar um chip ponte H, onde outra pessoa já resolveu esses problemas para você.