Si opera el puente H como lo describe, entonces sí, su motor se invertirá. El enfoque sensato es usar la mitad del puente H para PWM y la otra mitad con niveles lógicos que encienden el MOSFET superior o inferior durante la rotación en la dirección que desea ir.

En mi inocencia sobre este tema de la conmutación PWM, planteé esta pregunta (hace unos años) que puede resultarle útil leer. Si aún desea tener PWM completo en ambas mitades, debe considerar que el escenario de PWM al 50% es la situación de "motor detenido".

OK, creo que hay diferentes cosas a considerar en esta pregunta. Trato de cubrirlos uno por uno.

Conmutación común de ambas piernas con el mismo PWM

Este fue su primer enfoque, donde Q1 y Q4 o Q2 y Q3 están conduciendo (imágenes inferiores en la pregunta). Para ser justos, esto no es 100% correcto, pero puede usarse como una simplificación válida por ahora.

Su motor (o lo que sea que ponga en la salida) debe tener propiedades inductivas para que todo funcione. Esto permitirá que la corriente aumente durante una fase y disminuya durante la otra fase. Su puente H puede alcanzar los 4 cuadrantes (voltaje y corriente en ambas direcciones). Entonces, según esta definición, debe controlar la corriente que fluye a través de su motor con un ciclo de trabajo PWM razonable. Si su frecuencia de conmutación es lo suficientemente grande, la ondulación actual será lo suficientemente pequeña como para ignorarla en comparación con la corriente promedio a través de su motor.

El inconveniente de esta técnica es que, como ya viste, tu motor se polariza inversamente. ¡Pero esto no es un problema de energía en el sentido de que desperdicies energía! Cuando invierte la polaridad, la corriente sigue fluyendo en la misma dirección, ya que la inductividad no permite que la corriente cambie de forma discontinua. Ahora su motor está funcionando como un generador y devuelve energía a la fuente de alimentación (normalmente a algunos condensadores). Esto puede volverse problemático si su condensador es demasiado pequeño. Entonces el voltaje podría subir por encima del nivel deseado y dañar otras partes.

El beneficio por otro lado es que los voltajes tanto en la entrada como en la salida dictan exactamente el ciclo de trabajo necesario: necesita$\tau =\frac12 + \frac{u_o}{2u_i}$con$u_o$el voltaje de salida y$u_i$el voltaje de entrada Para obtener esta ecuación necesitas resolver las ecuaciones diferenciales idealizadas. Hice esto por ti ;-). Entonces tiene una ecuación para alcanzar todo el intervalo de voltaje de salida$[-u_i,u_i]$.

Cambio de una sola pierna

Otro enfoque es mantener una de las piernas fija y jugar con la otra. Por lo tanto, mantendría Q4 activo y solo cambiaría Q1/Q2 alternando con su PWM. Esto se puede ver como si el motor estuviera fijo a 0V en el lado derecho.

Comentario adicional: ahora tiene un medio puente en el lado izquierdo cambiando. Este es solo un convertidor de 2 cuadrantes. Puede acelerar su motor o usarlo como generador. Pero todo esto sólo es posible en una dirección dedicada y ya no arbitraria.

Si enciende Q1, la corriente fluye a través de Q1. Si lo apagas, a través de D2 (o Q2 si está activado). Ahora su ciclo de trabajo debe ser$\tau = \frac{u_o}{u_i}$. Pero el voltaje de salida ahora siempre es positivo (en mi definición). No puede invertir el voltaje del motor, es decir, no puede invertir la dirección del movimiento del motor.

Para invertir la dirección, debe mantener Q2 activo y alternar con Q3 (y potencialmente Q4). Entonces el ciclo de trabajo debe elegirse como$\tau=-\frac{u_o}{u_i}$.

Entonces, en general, durante la conducción de Q1/Q4 (resp. Q2/Q3), la energía fluye desde la fuente tanto al motor como al campo magnético en el inductor. Durante la segunda fase (Q2/Q4, Q1/Q3) la potencia fluye del campo magnético al motor. La fuente no entrega energía durante esta fase.

El beneficio es que la ondulación de corriente es más pequeña ya que el voltaje aplicado durante la fase en la que conducen Q2 y Q4 es más pequeño. Esto hace que la corriente sea más estable con una frecuencia PWM dada.

El inconveniente es que tienes que cambiar las piernas cuando quieres controlar la posición de tu motor. Cuando desea movimientos simples, esto puede descuidarse, pero si desea hacerlo bien, debe crear cuidadosamente un algoritmo que maneje estas características de cambio. Es factible, pero tienes que pasar un poco de tiempo pensando allí.

Optimización de la potencia disipada

Incluso puede optimizar la distribución de energía disipada en los FET haciendo algunas cosas sofisticadas. Podría comenzar realizando Q1/Q4. Luego Q2/Q4, Q1/Q4, Q1/Q3. De lo contrario, el FET Q3 no obtendrá energía y los demás más.

Sugerencia: si no necesita esto, sujete la pata inactiva a 0V. El FET del lado alto siempre es peor desde la perspectiva del diseño del circuito, ya que podría tener problemas con el suministro de la puerta.

Algunas palabras sobre el cambio

Le dije que estamos haciendo algunas simplificaciones solo observando los estados Q1/Q4 y Q2/Q3, etc. Considere la conducción de Q1/Q4 y está fluyendo bastante corriente en este momento. Ahora desea deshabilitar Q1/Q4 y habilitar Q2/Q3. Apaga los FET Q1/Q4 y enciende Q2/Q3. Como los controladores de la puerta tienen cierta protección contra disparos, desactivan directamente los FET Q1/Q4 pero esperan unos ns antes de que se activen los otros FET.

La corriente debe fluir a alguna parte. La única forma de que la corriente ahora pase por D3, la fuente y D2. ¡Aquí puede ver por qué los diodos son realmente importantes! De lo contrario, la corriente provocaría un pico de voltaje y rompería cualquier dispositivo conectado. Tan pronto como se activan los FET, se reduce la caída de voltaje en los diodos y se reduce la disipación de energía.

Lo mismo sucede en el caso de una sola pierna.

para el funcionamiento normal del puente h, intente usar el pin de apagado. si necesita un pulso de 20 % pwm en la dirección de avance, entonces dé un pulso de 20 % pwm a IN1 y en el 80 % restante de tiempo apague el proceso, al hacer esto podemos lograr una operación normal de h_bridge

Parece que es más fácil usar el controlador de puerta MOSFET con entradas individuales para cada salida.

Se necesitará un generador PWM un poco más sofisticado, como un microcontrolador con tiempo muerto requerido en la secuencia de accionamiento.

Con pines individuales, puede usar, por ejemplo, el MOSFET superior izquierdo para establecer la velocidad con un ciclo de trabajo PWM del 5 al 95 % y establecer el MOSFET inferior derecho en lógica 1 o 0 para establecer la dirección. Bueno, esa es mi visión del problema.