带射极跟随器的 H 桥

电器工程 晶体管 线圈
2022-01-07 13:20:31

我目前正在对需要控制磁场的电路进行逆向工程。为此,该电路各有一对 D882 和 B772。PCB 走线表明晶体管的排列如下图所示: 晶体管排列 这种排列对我来说根本没有任何意义。向任何控制信号施加电压不会导致电流通过两个晶体管而不是通过线圈吗?

4个回答

这就是所谓的“H桥”。

它通常用于向前和向后驱动电机。

在您的情况下,它允许您生成一个磁场,您可以使用“控制信号 1”和“控制信号 2”来改变其极性和强度。

当两者都高(或两者都低)时,没有电流流过线圈。

如果一个高而另一个低,则电流将沿特定方向流动。

如果您交换高点和低点,它将以相反的方向流动。

现在,如果您保持一个稳定并脉冲另一个,您将通过线圈获得脉冲电流。它会被线圈(在某种程度上)平滑成一个稳定的磁场,该磁场的强度与脉冲的占空比成正比。

切换电流的极性也会改变磁场的极性。


这是一个非常简化的描述,但我认为它包含了足够的关键词,你应该能够自己找到更多的细节。

它是一个具有多种用途的常见电路 - 并且在制造、使用和控制它时有很多技巧和陷阱。


关于它如何运作的更多信息:

整个事情的关键是 pnp 和 npn 晶体管的功能。

当 npn 晶体管的基极电压高于发射极电压 0.7 伏以上时,电流将通过集电极流向发射极。

当 pnp 晶体管基极上的电压比集电极上的电压低 0.7 伏以上时,电流将通过集电极流向发射极。

因此,查看 H 桥,在其中一个控制信号上放置高信号将关闭 pnp 并打开 npn - 桥的一侧连接到正电源电压。

现在,如果您在另一条控制线上放置一个低信号,npn 晶体管将关闭,pnp 将打开。桥的那一侧接地。

电流现在可以从电桥一侧的 V+ 通过线圈流向电桥另一侧的接地。

因此,哪个控制信号高哪个低决定了电流流经桥中间负载的方向。


您还问过一侧的两个晶体管都可能打开并导致短路。

它可能发生,称为击穿。H 桥的部分设计和操作涉及确保它不会发生。

在您发布的设计中,我认为这不可能发生。

在我看来,每一侧的晶体管永远不可能同时开启。但是,我不是工程师,很可能监督了一些事情(尽管托尼是一名工程师,并且认为这条电路不会发生这种情况。)

Vbe 的驱动电平死区 < |+/-0.7V| 但是,在负载 L/R=T(63%V) 期间会出现反电动势,其中 R 是线圈的直流电阻。(DCR)

注意需要将电感尖峰钳位到相反的电源轨上,电机两端的齐纳二极管 + 二极管对或每个晶体管两端的反向 Vce 二极管。在更先进的设计中,他们使用有源钳位。注意布局中的无功电能和电流回路区域。保持驱动器、电源、接地到 L 的紧密配对,以最大限度地减少 CM 噪声。

然而,当左右换向前进和倒车时。您必须通过让顶部或底部驱动器都处于高位(或低位)来停止,以在方向反转之前将 L/R =T 时间常数与另一个制动死区时间分流。这是由您的智能控制器使用 Sig1=Sig2 = 0 或 1 完成的。如果这不是电机,请忽略。

调节电流时,如果左侧为高电平,右侧用于PWM平均电压,以控制稳定状态下的浪涌电流或速度。那么当反转负载极性时,则相反。右侧高和左侧具有斜向相反极性的全 Vavg 的 PWM。如果这是电机,那么减速也是如此。电流分流器通常用于电流检测,其中负载惯性会在 g 持续时间内影响电流。

还要记住,这些简单的晶体管开关在饱和期间的 hFE 约为最大 hFE 的 10~5%,因此应计算输入电流和散热量。而控制信号应高于+12V 或由于Vbe 而出现额外的压降。这就是为什么 MOSFET 是首选但存在直通问题的原因,就像这些是集电极开路而不是射极跟随器一样。那么必须将 2 个输入分离为 4 个具有受控死区时间的输入。

这是最简单的桥驱动器,但会影响每个开关上的 Vdrop,但对于 12V 的小桥来说还可以。即使它可能在 5V 下工作,但由于效率低,不推荐使用。

在每一侧都有一个 NPN 和一个 PNP 晶体管。如果控制电压电平选择正确,NPN和PNP晶体管不会同时导通。

是控制上的 PWM 信号还是 OPAmp 的模拟设计?该电路类似于模拟桥 B 类升压器。一个等效的互补H PWM一般需要每个晶体管单独驱动并达到饱和,这个永远处于线性区,VCE永远不会达到饱和。在 PWM H 桥上,公共发射极优先于公共集电极;在没有额外电源电压的情况下使每个桥式晶体管饱和更简单。Common Collector 的缺点是会将 BEMF 传播到 BASE 驱动,这会破坏驱动程序。