The H-bridge

Summary

En este segundo capítulo de la serie de TI Precision Lab sobre motores DC corredizo, Hector Hernandez explica qué es un puente H, cómo está compuesto y cómo se utiliza para conducir un motor DC corredizo en ambas direcciones. El puente H es un circuito electrónico que controla la corriente a una carga, como un motor DC, y está compuesto por un suministro de alta tensión, diodos para recirculación y caída de corriente, un motor y cuatro interruptores, generalmente MOSFETs. Los MOSFETs son más comunes debido a sus capacidades térmicas y eficiencia. Se describe cómo los controladores de motor incorporan un circuito de bombeo de carga o bootstrap para activar el FET superior. Los controladores de motor interpretan señales de control, a menudo generadas por un microcontrolador, para activar o desactivar los MOSFETs. Se discuten diferentes métodos para controlar la corriente, incluido el recorrido inverso, el mantenimiento de la dirección de la corriente por la inductancia del motor y la prevención de un corto llamado 'shoot through' mediante el uso de tiempo muerto. También se exploran técnicas de caída rápida de corriente, como la caída asincrónica y sincrona, y se ofrecen consejos para una operación más eficiente y segura del motor.

Takeaways

• 🔌 El puente H es un circuito electrónico que controla la dirección y el flujo de corriente en un motor DC corredizo.
• 🏗️ Se compone de un suministro de alta voltaje, tierra, diodos, un motor y cuatro interruptores, generalmente transistores de efecto de campo (MOSFET).
• 🚫 Los MOSFET son más comunes que los transistores de unión bipolar debido a sus capacidades térmicas y eficiencia.
• 🔧 Los NMOSFET son preferidos sobre los PMOSFET debido a su menor área requerida para la misma capacidad de corriente.
• ⚡ El control de los MOSFET requiere una señal de control, que puede ser modulada en ancho de pulso o DC, y generalmente proviene de un microcontrolador.
• 🔄 Los diodos en el puente H son utilizados para la recirculación y disipación de corriente, evitando así que el motor se sobrecalente.
• 🚦 El motor puede girar en ambas direcciones, y la dirección actual de la corriente se mantiene por la inductancia del motor hasta que la corriente se reduce a cero.
• 🚫 El "shoot through", un período en el que dos FETs podrían conducir simultáneamente, es peligroso y se evita con el tiempo muerto.
• 🕒 El tiempo muerto es un intervalo en el que todos los FETs están desactivados, y se utiliza para prevenir el "shoot through".
• 🏎 El método de desintegración rápida, también conocido como "coast", hace que el motor se detenga más suavemente en lugar de frenar bruscamente.
• ⚙️ Hay dos tipos de desintegración rápida: asincrónica, que utiliza diodos, y sincrona, que utiliza la resistencia del FET para la disipación de corriente.
• 🔄 La desintegración sincrona es más eficiente y segura, pero requiere de un tiempo muerto previo para evitar el "shoot through".

Q & A

¿Qué es un puente H y cómo se relaciona con los motores DC corredos?

Un puente H es un circuito electrónico que se utiliza para conducir una carga, como un motor DC corredos, en ambas direcciones y controla el flujo de corriente hacia la carga. Se asemeja a la letra H y está compuesto por componentes como un suministro de alta voltaje, diodos, un motor y cuatro interruptores, generalmente transistores MOSFET.

¿Por qué se utilizan diodos en un circuito de puente H?

Los diodos en un circuito de puente H se utilizan para la recirculación de corriente y la caída de corriente. Estos diodos suelen ser los diodos del cuerpo de los FETs.

¿Cuál es la ventaja de los MOSFETs sobre los transistores de unión bipolar en un puente H?

Los MOSFETs son más comunes que los transistores de unión bipolar debido a sus capacidades térmicas y su eficiencia.

¿Por qué los FETs NMOS son más comunes que los PMOS en un puente H?

Los FETs NMOS son más comunes porque los PMOS requieren una área más grande para la misma capacidad de transporte de corriente.

¿Qué desafío presenta el uso de FETs NMOS y cómo se resuelve?

Los FETs NMOS requieren un voltaje de 5 a 10 voltios más alto en el puente para encender el FET de la parte superior. Para resolver esto, se utiliza un circuito de bombeo de carga o bootstrap.

¿Cómo se controlan los FETs en un puente H?

Los FETs se pueden encender o apagar con señales de control, que generalmente se generan desde un microcontrolador y pueden ser moduladas en ancho de pulso o DC.

¿Cómo evita el motor DC corredos el cambio de dirección de corriente cuando los FETs están desactivados?

La dirección de la corriente se mantiene debido a la inductancia del motor, y la corriente continúa fluyendo a través de los diodos del cuerpo de los FETs que no están siendo accionados.

¿Qué es el 'shoot through' y cómo se evita?

El 'shoot through' es un período en el que dos FETs podrían conducir simultáneamente, lo que puede ser peligroso para los FETs y el controlador del motor. Se evita agregando un tiempo muerto (dead time), en el que todos los FETs están desactivados.

¿Cómo se regula el flujo de corriente en un motor DC corredos utilizando el método de caída rápida?

En la caída rápida, la corriente se reduce hacia 0 más rápido que con otros métodos de caída, como la caída lenta. Este método también se conoce como 'coasting', ya que el motor se desacelera en lugar de frenar abruptamente.

¿Cuáles son los dos tipos de caída rápida y cómo se diferencian?

Los dos tipos de caída rápida son la caída asincrona y la caída sincrona. La caída asincrona ocurre cuando se utilizan diodos en la trayectoria de la caída de corriente, mientras que la caída sincrona implica utilizar la resistencia en el FET en lugar del diodo del cuerpo.

¿Por qué se utiliza el tiempo muerto antes de iniciar la caída sincrona?

El tiempo muerto se utiliza para prevenir una condición de 'shoot through', ya que los FETs de la dirección opuesta están por activarse. Después del tiempo muerto, se inicia la caída sincrona.

¿Dónde puedo encontrar más información sobre motores DC corredos y controladores de motores DC de TI?

Puedes encontrar más información en la página del Controlador de Motor DC Corredos en el sitio web ti.com.