Controlul podului. Circuite H-bridge pentru controlul motoarelor de deplasare ale roboților și altor dispozitive în mișcare
În acest articol ne vom uita la desemnarea elementelor radio pe diagrame.
De unde să începi să citești diagrame?
Pentru a învăța cum să citim circuitele, în primul rând, trebuie să studiem cum arată un anumit element radio într-un circuit. În principiu, nu este nimic complicat în acest sens. Ideea este că, dacă alfabetul rus are 33 de litere, atunci pentru a învăța simbolurile elementelor radio, va trebui să încercați din greu.
Până acum, întreaga lume nu poate fi de acord asupra modului de desemnare a unui element sau dispozitiv radio. Prin urmare, țineți cont de acest lucru atunci când colectați scheme burgheze. În articolul nostru, vom lua în considerare versiunea noastră rusă GOST a denumirii elementelor radio
Studierea unui circuit simplu
Bine, să trecem la subiect. Să ne uităm la un circuit electric simplu al unei surse de alimentare, care apărea în orice publicație de hârtie sovietică:
Dacă aceasta nu este prima zi în care ați ținut un fier de lipit în mâini, atunci totul va deveni imediat clar pentru dvs. la prima vedere. Dar printre cititorii mei sunt și cei care întâlnesc astfel de desene pentru prima dată. Prin urmare, acest articol este în principal pentru ei.
Ei bine, hai să o analizăm.
Practic, toate diagramele sunt citite de la stânga la dreapta, la fel cum citești o carte. Orice circuit diferit poate fi reprezentat ca un bloc separat căruia îi furnizăm ceva și din care scoatem ceva. Aici avem un circuit al unei surse de alimentare căreia îi furnizăm 220 Volți de la priza casei tale, iar din unitatea noastră iese o tensiune constantă. Adică trebuie să înțelegi care este funcția principală a circuitului tău?. Puteți citi acest lucru în descrierea acestuia.
Cum sunt conectate radioelementele într-un circuit?
Deci, se pare că ne-am hotărât asupra sarcinii acestei scheme. Liniile drepte sunt fire sau conductori imprimați prin care va curge curentul electric. Sarcina lor este de a conecta radioelemente.
Se numește punctul în care trei sau mai mulți conductori se conectează nod. Putem spune că aici este lipit cablajul:
Dacă te uiți cu atenție la diagramă, poți vedea intersecția a doi conductori
O astfel de intersecție va apărea adesea în diagrame. Amintiți-vă o dată pentru totdeauna: în acest moment firele nu sunt conectate și trebuie izolate unele de altele. În circuitele moderne, puteți vedea cel mai adesea această opțiune, care arată deja vizual că nu există nicio legătură între ele:
Aici, este ca și cum un fir se învârte în jurul celuilalt de sus și nu se contactează în niciun fel.
Dacă ar exista o legătură între ei, atunci am vedea această imagine:
Desemnarea literei radioelementelor din circuit
Să ne uităm din nou la diagrama noastră.
După cum puteți vedea, diagrama constă din câteva pictograme ciudate. Să ne uităm la una dintre ele. Să fie aceasta pictograma R2.
Deci, să ne ocupăm mai întâi de inscripții. R înseamnă . Deoarece nu îl avem singurul din schemă, dezvoltatorul acestei scheme i-a dat numărul de serie „2”. Există până la 7 dintre ele în diagramă. Elementele radio sunt, în general, numerotate de la stânga la dreapta și de sus în jos. Un dreptunghi cu o linie în interior arată deja clar că acesta este un rezistor constant cu o putere de disipare de 0,25 Watt. De asemenea, scrie 10K lângă el, ceea ce înseamnă că denumirea sa este de 10 kilohmi. Ei bine, ceva de genul asta...
Cum sunt desemnate radioelementele rămase?
Codurile cu o singură literă și cu mai multe litere sunt utilizate pentru a desemna radioelemente. Codurile cu o singură literă sunt grup, căruia îi aparține cutare sau cutare element. Iată principalele grupuri de radioelemente:
A – acestea sunt diverse dispozitive (de exemplu, amplificatoare)
ÎN – convertoare de mărimi neelectrice în cele electrice și invers. Acestea pot include diverse microfoane, elemente piezoelectrice, difuzoare etc. Generatoare și surse de alimentare aici nu se aplica.
CU – condensatoare
D – circuite integrate și diverse module
E – elemente diverse care nu se încadrează în nicio grupă
F – descărcătoare, siguranțe, dispozitive de protecție
H – dispozitive de indicare și semnalizare, de exemplu, dispozitive de indicare a sunetului și luminii
K – relee și demaroare
L – inductori și șocuri
M – motoare
R – instrumente si echipamente de masura
Q – întrerupătoare și întrerupătoare în circuitele de putere. Adică, în circuitele în care tensiunea înaltă și curentul mare „merg”
R – rezistențe
S – dispozitive de comutare în circuitele de comandă, semnalizare și măsurare
T – transformatoare și autotransformatoare
U – convertoare de mărimi electrice în cele electrice, dispozitive de comunicare
V – dispozitive semiconductoare
W – linii și elemente de microunde, antene
X – conexiuni de contact
Y – dispozitive mecanice cu antrenare electromagnetică
Z – dispozitive terminale, filtre, limitatoare
Pentru a clarifica elementul, după codul cu o literă există o a doua literă, care indică deja tip de element. Mai jos sunt principalele tipuri de elemente împreună cu grupul de litere:
BD – detector de radiatii ionizante
FI – receptor selsyn
B.L. – fotocelula
BQ – element piezoelectric
BR - senzor de viteza
B.S. - ridica
B.V. - senzor de viteza
B.A. – difuzor
BB – element magnetostrictiv
B.K. – senzor termic
B.M. – microfon
B.P. - contor de presiune
B.C. – senzor selsyn
D.A. – circuit analogic integrat
DD – circuit digital integrat, element logic
D.S. – dispozitiv de stocare a informațiilor
D.T. – dispozitiv de întârziere
EL - lampă de iluminat
E.K. - un element de incalzire
FA. – element de protecţie a curentului instantaneu
FP – element de protecţie a curentului de inerţie
F.U. - siguranta
F.V. – element de protectie la tensiune
G.B. - baterie
HG – indicator simbolic
H.L. – dispozitiv de semnalizare luminoasă
HA. – dispozitiv de alarmă sonoră
KV – releu de tensiune
K.A. – releu de curent
KK – releu electrotermic
K.M. - comutator magnetic
KT – releu de timp
PC – contor de puls
PF – frecvențămetru
P.I. – contor de energie activă
relatii cu publicul – ohmmetru
PS - dispozitiv de inregistrat
PV – voltmetru
PW – wattmetru
PA – ampermetru
PK – contor de energie reactivă
P.T. - ceas
QF
QS – deconectator
RK – termistor
R.P. – potențiometru
R.S. – șunt de măsurare
RU – varistor
S.A. – comutator sau comutator
S.B. - apasă întrerupătorul
SF - Comutator automat
S.K. – întrerupătoare declanșate de temperatură
SL – comutatoare activate de nivel
SP – presostate
S.Q. – comutatoare activate de pozitie
S.R. – comutatoare activate de viteza de rotatie
televizor – transformator de tensiune
T.A. - transformator de curent
UB – modulator
UI – discriminator
UR – demodulator
UZ – convertor de frecvență, invertor, generator de frecvență, redresor
VD – diodă, diodă zener
VL – dispozitiv de electrovacuum
VS – tiristor
VT –
W.A. – antenă
W.T. – defazator
WU. – atenuator
XA – colector de curent, contact culisant
XP – pin
XS - cuib
XT – conexiune pliabilă
XW – conector de înaltă frecvență
DA – electromagnet
YB – frana cu actionare electromagnetica
Y C – ambreiaj cu antrenare electromagnetică
YH – placă electromagnetică
ZQ – filtru de cuarț
Desemnarea grafică a radioelementelor din circuit
Voi încerca să dau cele mai comune denumiri ale elementelor utilizate în diagrame:
Rezistoarele și tipurile lor
A) desemnare generala
b) putere de disipare 0,125 W
V) putere de disipare 0,25 W
G) putere de disipare 0,5 W
d) putere de disipare 1 W
e) putere de disipare 2 W
și) putere de disipare 5 W
h) putere de disipare 10 W
Și) putere de disipare 50 W
Rezistoare variabile
Termistori
Tensometre
Varistoare
Shunt
Condensatoare
A) denumirea generală a unui condensator
b) variconde
V) condensator polar
G) condensator trimmer
d) condensator variabil
Acustică
A) căști
b) difuzor (difuzor)
V) denumirea generală a unui microfon
G) microfon electret
Diode
A) punte de diode
b) denumirea generală a unei diode
V) diodă Zener
G) diodă zener cu două fețe
d) diodă bidirecțională
e) Dioda Schottky
și) diodă tunel
h) diodă inversată
Și) varicap
La) Dioda electro luminiscenta
l) fotodioda
m) diodă emițătoare în optocupler
n) diodă receptoare de radiații în optocupler
Contoare electrice de cantitate
A) ampermetru
b) voltmetru
V) voltampermetru
G) ohmmetru
d) frecvențămetru
e) wattmetru
și) faradometru
h) osciloscop
Inductori
A) inductor fără miez
b) inductor cu miez
V) inductor de acordare
Transformatoare
A) denumirea generală a unui transformator
b) transformator cu iesire infasurata
V) transformator de curent
G) transformator cu două înfășurări secundare (poate mai multe)
d) transformator trifazat
Dispozitive de comutare
A) închidere
b) deschidere
V) deschidere cu retur (buton)
G) inchidere cu intoarcere (buton)
d) comutare
e) comutator lamelă
Releu electromagnetic cu diferite grupuri de contacte
Întrerupătoare de circuit
A) desemnare generala
b) este evidenţiată partea care rămâne sub tensiune la arderea siguranţei
V) inerțială
G) cu acţiune rapidă
d) serpentina termica
e) întrerupător-secționator cu siguranță
tiristoare
Tranzistor bipolar
Tranzistor unijunction
Pentru controlul motoarelor se folosesc așa-numitele punți în H, care fac posibilă producerea de rotație în ambele direcții prin furnizarea de semnale logice de control la intrări. În acest articol am adunat mai multe opțiuni pentru poduri H. Fiecare are propriile sale avantaje și dezavantaje, alegerea vă aparține.
OPȚIUNEA 1Acesta este un tranzistor H-bridge, demnitatea sa este ușurința sa de fabricare, aproape toată lumea are piese pentru el în coșul de gunoi și este, de asemenea, destul de puternic, mai ales dacă utilizați tranzistoare KT816 și KT817 în loc de KT814, KT815 indicate în diagramă. . Log.1 nu poate fi furnizat la ambele intrări ale acestui pod, deoarece va avea loc un scurtcircuit.
OPȚIUNEA #2
Acest H-bridge este asamblat pe un microcircuit, avantajul lui este că este un singur microcircuit :-), și de asemenea faptul că are deja 2 H-bridges. Dezavantajele includ faptul că microcircuitul este de putere redusă - max. curent de ieșire 600 mA. Un semnal PWM poate fi furnizat pe linia E pentru a controla viteza; dacă acest lucru nu este necesar, atunci pinul E trebuie conectat la puterea pozitivă.
OPȚIUNEA #3
Această opțiune de control este și pe un cip, mai puternic decât L293D, dar are doar o punte. Microcircuitul vine în trei versiuni S, P, F. Figura arată opțiunea S. Opțiunea P este mai puternică, iar opțiunea F este pentru montare la suprafață. Toate microcircuitele au pinouts diferite; pentru altele, consultați fișa tehnică. Apropo, acest circuit vă permite să aplicați unități la ambele intrări, ceea ce provoacă frânarea motorului.
OPȚIUNEA #4
Această punte este asamblată folosind tranzistori MOSFET, este foarte simplă și destul de puternică. Două unități nu pot fi alimentate la acesta în același timp.
Există încă destul de multe cipuri de control al motorului (de exemplu TLE4205, L298D), dar cele menționate mai sus sunt cele mai populare. De asemenea, puteți asambla o punte H folosind relee electromagnetice convenționale.
Astăzi ne vom uita la un circuit care vă permite să schimbați polaritatea tensiunii continue aplicate sarcinii.
Necesitatea de a schimba polaritatea tensiunii apare adesea la controlul motoarelor sau în circuitele convertoarelor de tensiune în punte. De exemplu, pentru motoarele de curent continuu, acest lucru este necesar pentru a schimba sensul de rotație, iar motoarele pas cu pas sau convertoarele DC-DC cu punte în impulsuri nu vor funcționa deloc fără a rezolva această problemă.
Deci, mai jos puteți vedea o diagramă care, datorită asemănării sale externe cu litera H, se numește de obicei un H-bridge.
K1, K2, K3, K4 - chei controlate
A, B, C, D - semnale de comandă cheie
Ideea din spatele acestui circuit este foarte simplă:
Dacă cheile K1 și K4 sunt închise, iar cheile K2 și K3 sunt deschise, atunci tensiunea de alimentare este aplicată la punctul h1, iar punctul h2 este scurtcircuitat la firul comun. Curentul prin sarcină în acest caz circulă din punctul h1 în punctul h2.
Dacă faceți invers - deschideți tastele K1 și K4 și închideți tastele K2 și K3, atunci polaritatea tensiunii la sarcină se va schimba în opus - punctul h1 va fi închis la firul comun, iar punctul h2 - la magistrala de alimentare. Curentul prin sarcină va curge acum din punctul h2 în punctul h1.
Pe lângă schimbarea polarității, podul h, în cazul controlului unui motor electric, ne adaugă un alt bonus - capacitatea de a scurtcircuita capetele înfășurărilor, ceea ce duce la frânarea bruscă a motorului nostru. Acest efect poate fi obținut prin închiderea simultană fie a tastelor K1 și K3, fie a tastelor K2 și K4. Să numim acest caz „mod de frânare”. Pentru a fi corect, este de remarcat faptul că acest bonus H-bridge este folosit mult mai rar decât simpla schimbare a polarității (mai târziu va fi clar de ce).
Orice poate acționa ca chei: relee, tranzistoare cu efect de câmp, tranzistoare bipolare. Industria produce punți H încorporate în microcircuite (de exemplu, cipul LB1838, un driver de motor pas cu pas, conține două punți H încorporate) și produce drivere speciale pentru controlul punților H (de exemplu, driverul IR2110 pentru controlul câmpului). muncitorii). În acest caz, dezvoltatorii de cipuri, desigur, încearcă să stoarce cât mai multe bonusuri și să elimine cât mai multe efecte nedorite. Este clar că astfel de soluții industriale fac față cel mai bine sarcinii, dar junkerii radio sunt oameni săraci, iar microcircuitele bune costă bani, așa că, desigur, vom lua în considerare versiunile pur de casă ale podurilor și circuitele lor de control.
În arta autopropulsată (adică în practica radioamatorilor), punțile H sunt cel mai adesea folosite fie pe MOSFET-uri puternice (pentru curenți mari), fie pe tranzistoare bipolare (pentru curenți scăzuti).
Destul de des, semnalele de control ale tastelor sunt combinate în perechi. Ele sunt combinate în așa fel încât un semnal de control extern generează două semnale de control în circuitul nostru simultan (adică pentru două comutatoare simultan). Acest lucru ne permite să reducem numărul de semnale de control extern de la patru la două (și să salvăm 2 picioare de controler dacă avem controlul controlerului).
Semnalele sunt cel mai adesea combinate în două moduri: fie A este combinat cu B și C este combinat cu D, fie A este combinat cu D și B este combinat cu C. Pentru a identifica și înregistra diferențele, să numim metoda când perechile AB și CD sunt formate întrerupătoare antifază „de control comun” (pentru a schimba polaritatea tensiunii aplicate sarcinii, aceste întrerupătoare trebuie să funcționeze în antifază, adică dacă unul se deschide, celălalt trebuie să se închidă), iar metoda când perechile AD și BC sunt formate se vor numi „control general al comutatoarelor de mod comun” (aceste comutatoare pentru a schimba polaritatea pe care lucrează în fază, adică fie ambele trebuie să se deschidă, fie ambele trebuie să se închidă).
Pentru a înțelege mai clar despre ce vorbim, uită-te la figura din dreapta. În continuare, să fim de acord să considerăm un nivel de tensiune înaltă drept unu și un nivel de tensiune scăzut ca zero. În partea stângă a figurii, tranzistorii sunt controlați independent unul de celălalt. Pentru a deschide tranzistorul superior, trebuie să aplicați semnalul de control A=0, iar pentru a-l închide, trebuie să aplicați A=1. Pentru a deschide și închide tranzistorul inferior trebuie să aplicați B=1 sau B=0. Dacă utilizați un tranzistor suplimentar pentru a combina semnalele A și B (vezi partea dreaptă a figurii), atunci puteți controla tranzistoarele superioare și inferioare cu un semnal comun AB. Când AB = 1, ambele tranzistoare se deschid, iar când AB = 0, ambele se închid.
Figura din stânga arată o punte în H cu control comun al comutatoarelor anti-fază, iar figura din dreapta arată controlul comun al comutatoarelor în mod comun. U1 și U2 sunt noduri care permit unui semnal comun extern să genereze un semnal separat pentru fiecare dintre tastele care operează într-o pereche.
Acum să ne gândim la ce ne oferă fiecare dintre aceste două metode de control.
Cu controlul general al comutatoarelor antifazate, ne putem asigura cu ușurință că ambele taste superioare sau inferioare sunt deschise (dacă circuitul este ca al nostru din stânga, atunci acest lucru se va întâmpla când AB = CD), adică modul de frânare este disponibil pentru noi. Cu toate acestea, dezavantajul este că, cu această metodă de control, aproape sigur vom trece prin curenți prin tranzistori; singura întrebare va fi magnitudinea lor. În microcipurile moderne, pentru a combate această problemă, este introdus un circuit special de întârziere pentru unul dintre tranzistori.
Cu controlul general al comutatoarelor în mod comun, putem depăși cu ușurință prin curenți (trebuie doar să trimitem mai întâi un semnal pentru a opri perechea de tranzistoare care este în uz curent și abia apoi un semnal pentru a porni perechea pe care o plănuim a folosi). Cu toate acestea, cu un astfel de control, puteți uita de modul de frânare (mai mult, dacă aplicăm accidental simultan unul la ambele semnale de control externe, vom crea un scurtcircuit în circuit).
Deoarece trecerea prin curenți este o opțiune mult mai acidă (nu este ușor să lupți cu ei), de obicei preferă să uite de modul de frânare.
În plus față de toate cele de mai sus, este necesar să înțelegem că, cu comutarea constantă frecventă (în convertoare sau când controlăm stepper), va fi fundamental pentru noi nu numai să evităm apariția curenților de trecere, ci și să obținem comutarea maximă. viteza tastelor, deoarece încălzirea lor depinde de aceasta. Dacă folosim podul h pur și simplu pentru a inversa un motor de curent continuu, atunci viteza de comutare nu este atât de critică, deoarece comutarea nu este sistematică și comutatoarele, chiar dacă se încălzesc, cel mai probabil vor avea timp să se răcească înainte de următoarea comutarea.
Aceasta este practic întreaga teorie, dacă îmi amintesc altceva important, cu siguranță o voi scrie.
După cum înțelegeți, puteți veni cu destul de multe circuite practice H-bridge, precum și cu opțiuni pentru controlul lor, deoarece, așa cum ne-am dat seama deja, este important să luați în considerare curentul maxim, viteza de comutare. a tastelor și opțiunile de combinare a controlului cheilor (precum și posibilitatea generală a unor astfel de asocieri), astfel încât fiecare schemă practică are nevoie de un articol separat (indicând unde este adecvată utilizarea acestei scheme). Aici voi da, ca exemplu, doar un circuit simplu bazat pe tranzistoare bipolare, potrivit, să zicem, pentru controlul motoarelor de curent continuu nu foarte puternice (dar voi arăta cum să-l calculez).
Deci, un exemplu:
Puntea H în sine este realizată pe tranzistoarele T1, T2, T3, T4, iar cu ajutorul tranzistoarelor suplimentare T5, T6, controlul comutatoarelor de mod comun este combinat (semnalul A controlează tranzistoarele T1 și T4, semnalul B controlează tranzistoarele T2 și T3).
Această schemă funcționează după cum urmează:
Când nivelul semnalului A devine ridicat, curentul începe să circule prin rezistorul R2 și joncțiunile p-n ale tranzistoarelor BE T5 și T4, acești tranzistori se deschid, rezultând un curent care curge prin joncțiunea BE a tranzistorului T1, rezistorul R1 și tranzistorul deschis. T5, ca urmare a căruia tranzistorul T1 se deschide.
Când nivelul semnalului A devine scăzut, joncțiunile p-n ale tranzistoarelor BE T5 și T4 sunt închise, acești tranzistori se închid, curentul nu mai curge prin joncțiunea tranzistorului BE T1 și se închide și el.
Cum se calculează o astfel de schemă? Foarte simplu. Să avem o tensiune de alimentare de 12V, un curent maxim al motorului de 1A și un semnal de control tot de 12 volți (starea „1” corespunde unui nivel de tensiune de aproximativ 12V, starea „0” corespunde unui nivel de aproximativ zero volți) .
Mai întâi, selectați tranzistorii T1, T2, T3, T4. Orice tranzistoare care poate rezista la o tensiune de 12V și un curent de 1A sunt potrivite, de exemplu, KT815 (npn) și perechea sa complementară - KT814 (pnp). Aceste tranzistoare sunt proiectate pentru curent de până la 1,5 Amperi, tensiune de până la 25 Volți și au un câștig de 40.
Calculăm curentul minim de control al tranzistoarelor T1, T4: 1A/40=25 mA.
Calculăm rezistența R1, presupunând că la joncțiunile p-n ale tranzistoarelor BE T1, T4 și la tranzistorul deschis T5 scade fiecare 0,5V: (12-3*0,5)/25=420 Ohm. Aceasta este rezistența maximă la care vom obține curentul de control dorit, așa că vom selecta cea mai apropiată valoare inferioară din gama standard: 390 Ohmi. În acest caz, curentul nostru de control va fi (12-3*0,5)/390=27 mA, iar puterea disipată de rezistor: U 2 /R=283 mW. Adică, rezistorul trebuie setat la 0,5 W (sau puneți mai multe rezistențe de 0,125 W în paralel, dar astfel încât rezistența lor totală să fie de 390 ohmi)
Tranzistorul T5 trebuie să reziste la același curent de 12V și 27 mA. Potrivit, de exemplu, KT315A (25 volți, 100 mA, câștig minim 30).
Calculăm curentul său de control: 27 mA / 30 = 0,9 mA.
Calculăm rezistența R2, presupunând că la tranzițiile BE ale tranzistoarelor T5 și T4 scade fiecare 0,5 V: (12-2*0,5)/0,9 = 12 kOhm. Din nou, selectați cea mai apropiată valoare mai mică din seria standard: 10 kOhm. În acest caz, curentul de control T5 va fi de 1,1 mA și 12,1 mW de căldură vor fi disipați pe acesta (adică o rezistență obișnuită de 0,125 W va fi suficientă).
Acesta este tot calculul.
În continuare aș vrea să vorbesc despre asta. În diagramele teoretice ale punților H prezentate în articol, avem doar chei desenate, dar în exemplul luat în considerare, pe lângă chei, există și alte elemente - diode. Fiecare dintre cheile noastre este manevrată cu o diodă. De ce s-a făcut acest lucru și se poate face altfel?
În exemplul nostru, controlăm un motor electric. Sarcina pe care comutăm polaritatea folosind podul H este înfășurarea acestui motor, adică sarcina noastră este inductivă. Și inductanța are o caracteristică interesantă - curentul prin ea nu se poate schimba brusc.
Inductanța funcționează ca un volant - atunci când o învârtim, stochează energie (și interferează cu rotirea), iar când o eliberăm, continuă să se rotească (consumând
energie stocată). De asemenea, atunci când o bobină este aplicată o tensiune externă, curentul începe să circule prin ea, dar nu crește brusc, ca printr-un rezistor, ci treptat, deoarece o parte din energia transmisă de sursa de energie nu este cheltuită pentru accelerarea electronilor. , dar este stocat de bobină în câmpul magnetic. Când înlăturăm această tensiune externă, curentul prin bobină, de asemenea, nu scade instantaneu, ci continuă să curgă, scăzând treptat, doar că acum energia stocată anterior în câmpul magnetic este cheltuită pentru a menține acest curent.
Deci aici este. Să ne uităm din nou la primul nostru desen (iată-l, în dreapta). Să presupunem că aveam cheile K1 și K4 închise. Când deschidem aceste întrerupătoare, curentul continuă să circule prin înfășurare, adică sarcinile continuă să se deplaseze din punctul h1 în punctul h2 (datorită energiei acumulate de înfășurare în câmpul magnetic). Ca urmare a acestei mișcări a sarcinilor, potențialul punctului h1 scade, iar potențialul punctului h2 crește. Apariția unei diferențe de potențial între punctele h1 și h2 atunci când bobina este deconectată de la o sursă de alimentare externă este cunoscută și sub numele de fem de auto-inducție. În timpul în care deschidem tastele K3 și K2, potențialul punctului h1 poate scădea semnificativ sub zero, la fel cum potențialul punctului h2 poate crește semnificativ peste potențialul magistralei de alimentare. Adică, cheile noastre pot fi expuse riscului de a se defecta din cauza tensiunii înalte.
Cum să te descurci cu asta? Există două moduri.
Prima cale. Puteți ocoli tastele cu diode, ca în exemplul nostru. Apoi, când potențialul punctului h1 scade sub nivelul firului comun, se va deschide dioda D3, prin care curentul va curge de la firul comun în punctul h1, iar scăderea suplimentară a potențialului acestui punct se va opri. În mod similar, atunci când potențialul punctului h2 crește peste potențialul magistralei de alimentare, se va deschide dioda D2, prin care curentul va curge din punctul h2 către magistrala de alimentare, ceea ce va împiedica din nou creșterea potențialului punctului h2.
A doua modalitate se bazează pe faptul că atunci când sarcinile sunt pompate dintr-un punct al circuitului în altul, modificarea potențialelor dintre aceste două puncte va depinde de capacitatea circuitului dintre aceste puncte. Cu cât capacitatea este mai mare, cu atât mai multă sarcină trebuie mutată dintr-un punct în altul pentru a obține aceeași diferență de potențial (citiți mai multe în articolul „Cum funcționează condensatorii”). Pe baza acesteia, este posibil să se limiteze creșterea diferenței de potențial dintre capetele înfășurării motorului (și, în consecință, creșterea diferenței de potențial dintre punctele h1, h2 și magistralele de putere și de masă) prin derivarea acestei înfășurări cu un condensator. Aceasta, de fapt, este a doua cale.
Asta e tot pentru azi, succes!
Transformatoarele electronice înlocuiesc transformatoarele voluminoase cu miez de oțel. Transformatorul electronic în sine, spre deosebire de cel clasic, este un întreg dispozitiv - un convertor de tensiune.
Astfel de convertoare sunt utilizate în iluminat pentru a alimenta lămpi cu halogen de 12 volți. Dacă ai reparat candelabre cu telecomandă, atunci probabil că le-ai întâlnit.
Iată o diagramă a unui transformator electronic JINDEL(model GET-03) cu protectie la scurtcircuit.
Principalele elemente de putere ale circuitului sunt tranzistoarele n-p-n MJE13009, care sunt conectate conform circuitului de semi-punte. Acestea funcționează în antifază la o frecvență de 30 - 35 kHz. Toată puterea furnizată sarcinii - lămpi cu halogen EL1...EL5 - este pompată prin ele. Diodele VD7 și VD8 sunt necesare pentru a proteja tranzistoarele V1 și V2 de tensiune inversă. Un dinistor simetric (aka diac) este necesar pentru a porni circuitul.
Pe tranzistorul V3 ( 2N5551) și elementele VD6, C9, R9 - R11, la ieșire este implementat un circuit de protecție la scurtcircuit ( protectie la scurtcircuit).
Dacă apare un scurtcircuit în circuitul de ieșire, curentul crescut care trece prin rezistorul R8 va face ca tranzistorul V3 să funcționeze. Tranzistorul se va deschide și va bloca funcționarea dinistorului DB3, care pornește circuitul.
Rezistorul R11 și condensatorul electrolitic C9 împiedică funcționarea falsă a protecției atunci când lămpile sunt aprinse. Când lămpile sunt aprinse, filamentele sunt reci, astfel încât convertorul produce un curent semnificativ la începutul pornirii.
Pentru a rectifica tensiunea de rețea de 220 V, se folosește un circuit clasic în punte de diode de 1,5 amperi. 1N5399.
Inductorul L2 este folosit ca transformator coborâtor. Ocupă aproape jumătate din spațiul de pe PCB-ul convertorului.
Datorită structurii sale interne, nu este recomandată pornirea transformatorului electronic fără sarcină. Prin urmare, puterea minimă a sarcinii conectate este de 35 - 40 wați. Gama de putere de operare este de obicei indicată pe corpul produsului. De exemplu, pe corpul transformatorului electronic din prima fotografie este indicat domeniul de putere de ieșire: 35 - 120 wați. Puterea sa minimă de încărcare este de 35 wați.
Este mai bine să conectați lămpile cu halogen EL1...EL5 (sarcină) la un transformator electronic cu fire de cel mult 3 metri. Deoarece un curent semnificativ trece prin conductorii de conectare, firele lungi cresc rezistența totală a circuitului. Prin urmare, lămpile situate mai departe vor străluci mai slab decât cele situate mai aproape.
De asemenea, merită luat în considerare faptul că rezistența firelor lungi contribuie la încălzirea acestora datorită trecerii unui curent semnificativ.
De asemenea, este de remarcat faptul că, datorită simplității lor, transformatoarele electronice sunt surse de interferență de înaltă frecvență în rețea. De obicei, un filtru este plasat la intrarea unor astfel de dispozitive pentru a bloca interferența. După cum putem vedea din diagramă, transformatoarele electronice pentru lămpi cu halogen nu au astfel de filtre. Dar în sursele de alimentare pentru computer, care sunt, de asemenea, asamblate folosind un circuit în jumătate de punte și cu un oscilator principal mai complex, un astfel de filtru este de obicei montat.
O nișă clară este vizibilă pe piața componentelor electronice sub forma unei lipse a celor integrate care ar putea controla o sarcină care consumă curent semnificativ (aproximativ 2 A) la o tensiune de alimentare scăzută (aproximativ 3 V). Acest proiect ar putea fi soluția la această problemă. Tranzistoarele IRF7307 fabricate de International Rectifier sunt utilizate ca elemente de acționare în podul H.
Pachetul SO-8 găzduiește două MOSFET, unul cu un canal P și celălalt cu un canal N. Acești tranzistori sunt foarte potriviti pentru aplicații de joasă tensiune. În plus, rezistența scăzută a canalului deschis asigură o cădere de tensiune scăzută: o sarcină care consumă un curent de 1 A creează o cădere de tensiune de cel mult 140 mV la o tensiune de alimentare de 4,5 V, adică doar 3% din tensiunea totală de alimentare.
În plus, IRF7307 conține o diodă amortizor, care este proiectată pentru a proteja tranzistorul de emisiile de energie la comutarea sarcinilor inductive.
Punte H pe tranzistoare cu efect de câmp IRF7307
Figura de mai jos arată schema de circuit a unei punți H de putere mare de joasă tensiune. Pentru control, sunt utilizate elemente logice „ȘI-NU” ale microcircuitului CD4093, care conțin un declanșator Schmitt în structura lor. Tensiunea maximă la ieșirile elementelor logice este de aproximativ 50 mV (conform Texas Instruments). Această valoare este suficientă pentru a determina deschiderea sau închiderea completă a canalelor MOSFET, indiferent de tensiunea de control de intrare.
Dacă elementele logice sunt fără un declanșator Schmitt, atunci există riscul ca alimentarea simultană a tensiunii de control să deterioreze tranzistoarele uneia dintre ramurile circuitului, precum și să deterioreze sursa de alimentare din cauza unui scurtcircuit. Rezistoarele R1 și R2 formează tensiunea de intrare în absența unui semnal de control.
După asamblare, nu sunt necesare setări; dispozitivul este imediat gata de utilizare. Tensiunea de alimentare este în intervalul 3-12 volți și este strict limitată de tensiunea maximă a tranzistoarelor MOSFET. În starea inițială, când nu există sarcină, circuitul consumă un curent mai mic de 1 mA.
Timpul de comutare al elementelor logice este relativ lung, deci este de dorit ca frecvența de comutare a sarcinii să nu depășească câteva sute de herți. La frecvențe mai mari, există posibilitatea ca ambele canale ale tranzistorului să fie deschise, ceea ce va duce la un consum mare de curent.