ความไร้เดียงสาของสะพาน H 'ลึกลับ': 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

สวัสดี…..

สำหรับมือสมัครเล่นอิเล็กทรอนิกส์มือใหม่ H-Bridge เป็น 'ลึกลับ' (H-Bridge แบบแยก) สำหรับฉันเช่นกัน แต่แท้จริงแล้วเขาเป็นคนบริสุทธิ์ ดังนั้น ในที่นี้ ฉันพยายามจะเปิดเผยความบริสุทธิ์ของสะพานเอช 'ลึกลับ'

พื้นหลัง:

เมื่อฉันอยู่ในมาตรฐานที่ 9 ฉันสนใจในด้านของตัวแปลง DC เป็น AC (อินเวอร์เตอร์) แต่ฉันไม่รู้ว่ามันทำได้อย่างไร ฉันพยายามอย่างมากและในที่สุดฉันก็พบวิธีการที่แปลง DC เป็น AC แต่มันไม่ใช่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ แต่เป็นวงจรเชิงกล นั่นคือมอเตอร์กระแสตรงประกอบกับไดนาโมกระแสสลับ เมื่อมอเตอร์หมุน ไดนาโมก็จะหมุนและผลิตไฟฟ้ากระแสสลับเช่นกัน AC ได้รับจาก DC แต่ฉันไม่พอใจเพราะเป้าหมายของฉันคือการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ จากนั้นฉันก็พบว่ามันทำผ่าน H-Bridge แต่ตอนนั้นฉันไม่รู้เกี่ยวกับทรานซิสเตอร์และการทำงานของมันมากนัก ดังนั้นฉันต้องเผชิญกับปัญหาและปัญหามากมาย ดังนั้น H-Bridge จึงเป็น 'ความลึกลับ' สำหรับฉัน แต่หลังจากผ่านไปหลายปี ฉันก็ออกแบบ H-Bridges ประเภทต่างๆ นั่นเป็นวิธีที่ฉันค้นพบความบริสุทธิ์ของ 'สะพานเอช' ลึกลับ

ผลลัพธ์:

วันนี้มี H-Bridge IC ที่แตกต่างกัน แต่ฉันไม่สนใจมัน เพราะมันไม่มีปัญหาอะไร เลยไม่ต้องแก้จุดบกพร่อง เมื่อความล้มเหลวเกิดขึ้น เราเรียนรู้เพิ่มเติมจากมัน ฉันสนใจรุ่นวงจรแยก (รุ่นทรานซิสเตอร์) ดังนั้น ในที่นี้ ฉันพยายามขจัดปัญหาของคุณที่มีต่อ H-Bridge และฉันเชื่อว่าโครงการนี้จะขจัดความกลัวของคุณที่มีต่อวงจรระดับทรานซิสเตอร์ เราจึงเริ่มต้นการเดินทางของเรา….

ขั้นตอนที่ 1: ทฤษฎี H-Bridge

วิธีแปลง AC เป็น DC? คำตอบนั้นง่าย โดยใช้วงจรเรียงกระแส (ส่วนใหญ่เป็นวงจรเรียงกระแสแบบเต็มบริดจ์) แต่วิธีการแปลง DC เป็น AC? มันยากกว่าที่หนึ่ง AC หมายถึงขนาดและขั้วที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ขั้นแรก เราพยายามเปลี่ยนขั้ว เพราะมันทำให้ไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ หลังจากครุ่นคิดเล็กน้อย สังเกตได้ว่าขั้วเปลี่ยนแปลงโดยการสลับการเชื่อมต่อของ + และ - พร้อมกัน เราใช้สวิตช์สำหรับมัน (SPDT) วงจรได้รับในรูป สวิตช์ S1 และ S3 สวิตช์ S2 และ S4 ไม่เปิดพร้อมกันเนื่องจากทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ('อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับสูบบุหรี่')

• เมื่อสวิตช์ S1 และ S4 ON เป็นค่าบวก (+) อยู่ที่จุด " a " และค่าลบ (-) อยู่ที่จุด "b" (ปิด S2 และ S3) (รูปที่ 1.1)
• เมื่อ S2 และ S3 อยู่ใน ON positive(+) จะได้รับที่จุด " b " และค่าลบ (-) อยู่ที่จุด " a " (S1 และ S4 OFF) (รูปที่ 1.2)

บิงโก!! เข้าใจแล้ว ขั้วเปลี่ยนไป ที่นี่สวิตช์ดำเนินการด้วยตนเองสำหรับการใช้งานจริง สวิตช์จะถูกแทนที่ด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ส่วนประกอบคืออะไร? ส่วนประกอบง่าย ๆ ที่ควบคุมกระแสขนาดใหญ่โดยใช้กระแสเล็ก ๆ เช่น:- รีเลย์, ทรานซิสเตอร์, มอสเฟต, IGBT, ฯลฯ… รีเลย์เป็นส่วนประกอบระบบเครื่องกลไฟฟ้า เริ่มต้นด้วยสิ่งนี้ เพราะมันเป็นเรื่องง่ายๆ

วงจรรูปแบบการทำงานของ H-Bridge โดยใช้สวิตช์แสดงไว้ด้านล่าง (รูปที่ 1.3) ไฟ LED แสดงขั้ว ตัวต้านทานใช้เพื่อจำกัดกระแสผ่าน LED และให้แรงดันใช้งานที่เหมาะสมสำหรับไฟ LED

ส่วนประกอบ:-

• สวิตช์ Double Throw (SPDT) ขั้วเดี่ยว - 4
• แบตเตอรี่ 9V และขั้วต่อ - 1
• LED สีแดง - 1
• LED สีเขียว -1
• ตัวต้านทาน 1k - 2
• สายไฟ

ขั้นตอนที่ 2: สะพาน H โดยใช้รีเลย์

รีเลย์คืออะไร?

เป็นส่วนประกอบทางไฟฟ้าเครื่องกล ส่วนหลักคือขดลวด เมื่อขดลวดมีพลังงาน จะเกิดสนามแม่เหล็กและดึงดูดให้สัมผัสกับโลหะและปิดวงจร รีเลย์มีสวิตช์ SPDT ขาข้างหนึ่งปกติเปิด (NO) จะปิดเมื่อคอยล์มีพลังงาน ส่วนอื่นๆ จะปิดตามปกติ (NC) จะปิดเมื่อคอยล์ไม่จ่ายไฟ และพินของโหนดทั่วไป อธิบายในรูปครับ

การทำงาน

ที่นี่สวิตช์ SPDT ถูกแทนที่ด้วยรีเลย์ เป็นข้อแตกต่างที่สำคัญจากวงจรข้างต้น คอยล์รีเลย์กินกระแสประมาณ 100 mA สำหรับสเตจไดรเวอร์นั้นจำเป็นต้องเพิ่มกระแสโดยการลดอิมพีแดนซ์ ที่นี่ฉันใช้ทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบไดรเวอร์ ตัวต้านทาน R1 และ R2 ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานแบบดึงลง โดยจะดึงแรงดันเกตลงสู่กราวด์โดยไม่มีสภาวะสัญญาณอินพุต

แผนภาพวงจรแสดงไว้ที่นี่ มอเตอร์ของเล่นทำหน้าที่เป็นภาระ

ส่วนประกอบ

รีเลย์ 5V - 2

มอเตอร์ของเล่น(3v) - 1

ทรานซิสเตอร์, T1 & T2 - BC 547 -2

ตัวต้านทาน R1&R2 - 56K - 2

แบตเตอรี่ 9V และขั้วต่อ - 1

สายไฟ

ขั้นตอนที่ 3: H-Bride โดยใช้ทรานซิสเตอร์

รุ่น - 1

ที่นี่สวิตช์แต่ละตัวจะถูกแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วน สำหรับการควบคุมประจุบวกจะใช้ PNP และสำหรับการควบคุมประจุลบจะใช้ NPN NPN ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ปิดเมื่อแรงดันเกตมีค่ามากกว่าแรงดันอิมิตเตอร์ 0.7V ที่นี่ยังเป็น 0.7V สำหรับ PNP จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ปิดเมื่อแรงดันเกตมีค่าน้อยกว่าแรงดันอีมิตเตอร์ 0.7V นี่คือ 8.3V เพราะที่นี่แรงดันอิมิตเตอร์ PNP คือ 9V ที่นี่ทรานซิสเตอร์ PNP เปิดอยู่โดยทรานซิสเตอร์ NPN ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเปลี่ยนเฟส 180 องศา มันให้ 8.3V ที่จำเป็นสำหรับทรานซิสเตอร์ PNP

การทำงาน

เมื่ออินพุต 1 อยู่ในระดับสูง และอินพุต 2 อยู่ที่ระดับต่ำ T1 จะเปิดโดยสวิตช์เปิดการทำงานคือ ทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์ เนื่องจากเป็น NPN และอินพุตก็สูงเช่นกัน T4 ยังเปิดอยู่ เมื่ออินพุตสลับกัน เอาต์พุตก็จะสลับกันเช่นกัน ตัวต้านทาน R3, R4, R7, R8 ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานจำกัดกระแสสำหรับกระแสฐาน R1, R2 ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานดึงขึ้นสำหรับ T1 และ T2 R5, R6 ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานแบบดึงลง

ส่วนประกอบ

T1, T2 - SS8550 - 2

T3, T4 - SS8050 - 2

ทรานซิสเตอร์อื่นๆ - BC 547 - 2

R1, R2, R5, R6 - 100K - 4

R3, R4, R7, R8 - 39K - 4

แบตเตอรี่ 9V และขั้วต่อ - 1

สายไฟ

MODEL- 2

ที่นี่ทรานซิสเตอร์ของไดรเวอร์จะถูกลบออกและใช้ตรรกะอย่างง่าย ซึ่งช่วยลดฮาร์ดแวร์ การลดฮาร์ดแวร์เป็นสิ่งสำคัญมาก ในแบบจำลองข้างต้น ตัวขับจะถูกใช้เพื่อสร้างศักยภาพเชิงลบ (เทียบกับ VCC) เพื่อขับเคลื่อน PNP นี่คือค่าลบที่นำมาจากครึ่งตรงข้ามของสะพาน นั่นคือครั้งแรกที่ NPN ถูกเปิด มันจะสร้างค่าลบที่เอาต์พุต มันจะขับทรานซิสเตอร์ PNP ตัวต้านทานทั้งหมดที่ใช้ในที่นี้มีจุดประสงค์เพื่อจำกัดกระแส วงจรได้รับในรูป

ส่วนประกอบ

T1, T2 - SS8550 - 2T3, T4 - SS8050 - 2

R1, R2, R3, R4 - 47K - 49V แบตเตอรี่และขั้วต่อ - 1 สาย

ขั้นตอนที่ 4: สะพาน H โดยใช้ NE555

ฉันสนใจวงจรนี้มากเพราะที่นี่ใช้ไอซี 555 ไอซีตัวโปรดของฉัน

NE 555

555 เป็น IC ที่ดีมากสำหรับผู้เริ่มต้น โดยทั่วไปมันเป็นตัวจับเวลา แต่มันก็ทำงานเป็น oscillator, switch, modulator, flip-flop ฯลฯ และตอนนี้ฉันบอกว่ามันยังทำหน้าที่เป็น H-Bridge ที่นี่ 555 ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ดังนั้นขา 2 และ 6 จึงย่อให้สั้นลง เมื่อใช้ค่าบวก (Vcc) กับพิน 2 และ 6 เอาต์พุตจะต่ำ และเมื่ออินพุตต่ำ เอาต์พุตจะสูงขึ้น สเตจเอาต์พุต 555 เป็นวงจรครึ่งตัว H เลยใช้ 555 สองตัว

การทำงาน

วงจรได้รับในรูป เมื่ออินพุต 1 สูง และอินพุต 2 ต่ำ จุด ' a ' จะอยู่ที่ระดับต่ำและจุด ' b ' ที่ระดับสูง เมื่ออินพุตเปลี่ยนแปลง เอาต์พุตก็เปลี่ยนเช่นกัน โหลดเป็นมอเตอร์ของเล่น ดังนั้นจึงทำหน้าที่เป็นตัวขับมอเตอร์เพราะจะเปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์ ตัวเก็บประจุทำให้แรงดันไฟฟ้าของตัวเปรียบเทียบมีเสถียรภาพ (ภายใน 555 ic) ตัวต้านทานทำหน้าที่เป็นตัวดึงเมื่อไม่มีอินพุต

ส่วนประกอบ

NE555 - 2

R1, R2 - -56K - 2

C1, C2 - 10nF - 2

มอเตอร์ของเล่น - 1

แบตเตอรี่ 9V และขั้วต่อ - 1

สายไฟ

ขั้นตอนที่ 5: H-BRIDGE IC

ฉันเชื่อว่าทุกคนเคยได้ยินเกี่ยวกับ H-Bridge IC หรือ IC ควบคุมมอเตอร์กระแสตรง เนื่องจากเป็นเรื่องปกติในโมดูลไดรเวอร์มอเตอร์ทั้งหมด มันง่ายในการก่อสร้างเพราะไม่ต้องการส่วนประกอบภายนอกเพียงแค่เดินสายเท่านั้น ไม่มีปัญหาสำหรับมัน

IC ที่มีอยู่ทั่วไปคือ L293D นอกจากนี้ยังมีบริการอื่นๆ