Warum beschädigen Flyback-Dioden in H-Brücken die Stromversorgung nicht?

Ich lerne gerade, einen kleinen Gleichstrommotor (~ 5 V) anzutreiben. Meine bisherigen Recherchen deuteten darauf hin, dass ein L298N eine gute Wahl sein könnte, um schnell etwas zum Laufen zu bringen. Ich versuche jedoch auch zu verstehen, was genau passiert (dh die interne H-Brücke), und es gibt etwas, das mir nicht wirklich klar ist. Die Beispielschaltung im Datenblatt auf Seite 6 verwendet vier Flyback-Dioden in einer Konfiguration, die für H-Brücken üblich zu sein scheint (da andere Websites ähnliche H-Brücken-Schaltungen empfehlen). Die Konfiguration sieht, wenn man den L298N für einen Moment vernachlässigt, im Wesentlichen so aus:

Wenn ich es richtig verstehe, bieten diese Dioden einen Weg für den Motor, um den Stromfluss aufrechtzuerhalten, wenn die MOSFETs ausgeschaltet werden, um große Spannungsspitzen zu verhindern. Der Weg für diesen Strom scheint jedoch in umgekehrter Richtung direkt durch die Stromquelle zu gehen . Das heißt, umgekehrt relativ zu der Richtung des Stroms, den eine Stromquelle normalerweise liefert. Dies ist in der Abbildung unten angegeben.

Da ich relativ neu in der Welt der Elektronik bin, scheint dies eine seltsame Sache zu sein. Ich verstehe, dass dies auf dem Papier funktioniert, wenn die Stromquelle eine ideale Konstantspannungsquelle ist. Aber ist das im wirklichen Leben wirklich sicher? Nehmen wir an, ich verwende ein paar Alkalibatterien, um mein Projekt mit Strom zu versorgen, dann scheint dieser Rückstrom wie ein Aufladen zu sein. Und die Wikipedia-Seite über Alkalibatterien sagt:

Wiederaufladeversuche können zu Rissen oder zum Austreten gefährlicher Flüssigkeiten führen, die das Gerät korrodieren lassen.

Oder was ist, wenn ich ein Labornetzteil oder sogar einen Spannungsregler als Spannungsquelle verwende? Wie mit diesen Rückströmen umgegangen wird, ist für mich nicht sehr sinnvoll, und ich mache mir Sorgen, dass ich meine Ausrüstung in die Luft jagen könnte. Könnte mich jemand darüber aufklären, warum die obige Schaltung tatsächlich sicher ist? Und wenn es nicht sicher ist, warum wird es dann von vielen Websites empfohlen und welche Schaltung sollte ich stattdessen verwenden?

FYI, Es gibt Batterieladegeräte auf dem Markt, die mit Einweg-Alkalizellen funktionieren sollen. Einige behaupten, dass Sie eine Alkalizelle dutzende Male wiederverwenden können. Andere sagen zwei- oder dreimal. YMMV. Aber was ich sagen will, ist, dass eine Alkalibatterie nicht sofort platzt, sobald sie einen negativen Strom sieht.

Antworten (4)

Die Dioden dienen zwei unterschiedlichen Zwecken.

  1. Beim regenerativen Bremsen geben sie die erzeugte Spannung an die Stromversorgung zurück (wo sie mit geeigneter Elektronik zum Aufladen der Batterie verwendet werden kann). Beachten Sie, dass die erzeugte Spannung nicht höher als die Versorgungsspannung ist, es sei denn, der Motor wird über seiner normalen Drehzahl betrieben, so dass sie innerhalb der Nennspannung der Stromversorgung liegt. Das Netzteil kann dies also normalerweise aushalten - aber wenn es keinen Strom aufnehmen kann (entweder zum Laden einer Batterie oder zum Abgeben in einen Bremswiderstand), ist die Bremswirkung gering oder nicht vorhanden.
  2. Die Dioden geben auch induktive Spitzen (von den Motorbürsten) an die Versorgung zurück, und diese können für eine sehr kurze Dauer Hunderte von Volt betragen, was sich als zerstörerisch für die Stromversorgung erweisen kann. Um dann die eigentliche Frage zu beantworten: Die Versorgung KANN durch Hochspannungsspitzen beschädigt werden, daher muss der Konstrukteur Vorkehrungen treffen, um diesen Schaden zu verhindern - wie eine Induktivität (Ferritperle) in Reihe und reichlich Entkopplungskondensatoren über die Versorgung und möglicherweise einen Transienten Unterdrücker oder Varistor zur Absorption von HV-Transienten

Beachten Sie, dass diese Spitzen im Allgemeinen nicht genug Energie enthalten, um einer Primärzelle irgendeinen Schaden zuzufügen. Entspannen Sie sich also, wenn Sie die Brücke direkt an eine Batterie anschließen. Aber regulierte Netzteile, die nicht für den Antrieb von Motoren ausgelegt sind, können ein Problem darstellen.

Wenn der Motor Strom erzeugt, muss die Nettoleistung in den Motor positiv sein, also muss der Nettostrom aus den Batterien in die Richtung gehen, in der sie entladen werden, also ist alles in Ordnung.

Wenn der Motor regenerativ gebremst wird, kann Strom aus dem Motor fließen und die Versorgungsspannung erhöhen und die Batterien laden (dies wird vorteilhaft in Elektrofahrzeugen genutzt). Bei einem kleinen Motor, der direkt an Primärzellen angeschlossen ist, müssen Sie sich im Allgemeinen keine Sorgen machen, aber wenn Sie eine Versorgung haben, die keinen Strom aufnehmen kann (z. B. einen Gleichrichter + Filter), kann dies zu Problemen führen, wenn der Kondensator nicht groß genug ist.

Danke für deine schnelle Antwort, ich glaube ich fange an es zu verstehen. Eine der Funktionen des Kondensators zwischen + Vs und Masse in der Datenblattschaltung besteht also darin, einen Pfad für den Stromfluss bereitzustellen, falls die Versorgung keinen Strom aufnehmen kann? Ich frage dies, weil mein anfängliches Verständnis war, dass dies nur ein Glättungskondensator war, der getrost weggelassen werden konnte (wie in der Abbildung mit dem violetten Pfad). Wenn also die Versorgung keinen Strom aufnehmen kann, ist die Kappe unbedingt erforderlich, um die Versorgung nicht zu beschädigen, da der Strom dann eher durch die Kappe als durch die Versorgung fließt. Ist das korrekt?
Sie benötigen unbedingt den Kondensator und die Leitungen sollten kurz sein. Sie möchten die Schleifenfläche (und damit die Induktivität) klein halten oder die MOSFETs können beschädigt werden.
Es ist wichtig, niemals einen LDO auf einer Vollbrücke zu verwenden, da sie nur Strom liefern und nicht senken können.
@TonyEErocketscientist Danke für die zusätzliche Klarstellung. Aber ich kann einen LDO trotzdem sicher auf einer Vollbrücke verwenden, wenn der Kondensator ausreichend groß ist, oder?
Ja, dV = Ic dt/C, aber je nach Toleranz von dV oder einer Batterie muss es möglicherweise eine Ultra-Kappe sein

Bin mit Motoren nicht sehr vertraut, werde aber hier eine Antwort riskieren. Bei der Modellierung elektrischer Schaltungen, beispielsweise mit SPICE oder einem ähnlichen Paket, werden die Gleichstromversorgungen normalerweise als Kurzschlüsse gegen Masse modelliert. In Lehrbüchern der elementaren Elektrotechnik wird dies meist etwas kurz erklärt.

Denken Sie auch daran, dass eine Gleichstromversorgung im Allgemeinen Kondensatoren an ihrem Ausgang verwendet, normalerweise zum Glätten von Welligkeit. Diese Kondensatoren fungieren als "Kurzschlüsse gegen Masse" für transiente Ströme.

Normalerweise werden die High-Side-Treiber für die Richtung bei Bürstenmotoren oder Schritt- und BLDC-Polumschaltungen verwendet, während die Low-Side für PWM verwendet wird, um Strom, Drehmoment und Beschleunigung zu begrenzen.

Wenn der Low-Side-Treiber abschaltet, steigt die Spannung und der Strom setzt sich fort, während er mit einem Kurzschluss zu V+ abfällt, sodass kein Strom durch die Batterie oder die Versorgung zirkuliert, wenn er abgeschaltet ist. Es setzt sich auf dem High-Side-Treiber und der High-Side-Diode mit entgegengesetzter Motorpolarität fort.

Dies wechselt mit Polarität und Richtung auf die gleiche Weise, wodurch der Strom zur Versorgung blockiert wird, während er weiter durch den entgegengesetzten Treiber fließt, bis mehrere L/R-Zeitkonstanten erreicht sind.

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