¿Por qué los diodos flyback en el puente H no dañan la fuente de alimentación?

Actualmente estoy aprendiendo a conducir un pequeño motor de CC (~ 5V). Mi investigación hasta ahora indicó que un L298N podría ser una buena opción para poner algo en funcionamiento rápidamente. Sin embargo, también estoy tratando de entender qué está sucediendo exactamente (es decir, el puente H interno) y hay algo que no me queda muy claro. El circuito de ejemplo en la hoja de datos de la página 6 usa cuatro diodos flyback en una configuración que parece ser común para los puentes H (ya que otros sitios recomiendan circuitos de puente H similares). La configuración, dejando de lado el L298N por un momento, esencialmente se ve así:

Ahora, si lo entiendo correctamente, estos diodos proporcionan un camino para que el motor mantenga el flujo de corriente cuando los MOSFET se apagan para evitar grandes picos de voltaje. Sin embargo, el camino de esta corriente parece ir directamente a través de la fuente de energía en la dirección opuesta . Es decir, invertida en relación con la dirección de la corriente que normalmente suministra una fuente de alimentación. Esto se indica en la siguiente figura.

Como soy relativamente nuevo en el mundo de la electrónica, esto parece algo extraño. Entiendo que esto funciona en papel si la fuente de alimentación es una fuente de voltaje constante ideal . Pero, ¿es esto realmente seguro en la vida real? Digamos que estoy usando algunas baterías alcalinas para alimentar mi proyecto, entonces esta corriente inversa parece recargarse. Y la página de Wikipedia sobre pilas alcalinas dice:

Los intentos de recarga pueden provocar la ruptura o la fuga de líquidos peligrosos que corroerán el equipo.

¿O qué pasa si estoy usando una fuente de alimentación de laboratorio o incluso un regulador de voltaje como fuente de voltaje? La forma en que se manejan estas corrientes inversas no tiene mucho sentido para mí y me preocupa que pueda explotar mi equipo. ¿Alguien podría aclararme por qué el circuito anterior es realmente seguro? Y si no es seguro, ¿por qué muchos sitios lo recomiendan y qué circuito debo usar en su lugar?

Para su información, hay cargadores de batería en el mercado que se supone que funcionan con pilas alcalinas desechables. Algunos afirman que se puede reutilizar una pila alcalina docenas de veces. Otros dicen dos o tres veces. YMMV. Pero, lo que estoy diciendo es que una batería alcalina no explotará instantáneamente en el momento en que vea corriente negativa.

Respuestas (4)

Los diodos sirven para dos propósitos distintos.

  1. Bajo el frenado regenerativo, devuelven el voltaje generado a la fuente de alimentación (donde, con la electrónica adecuada, se puede usar para recargar la batería). Tenga en cuenta que, a menos que el motor esté funcionando por encima de su velocidad normal, el voltaje generado no será mayor que el voltaje de suministro, por lo que se encuentra dentro de la clasificación de voltaje de la fuente de alimentación. Por lo tanto, la fuente de alimentación normalmente puede soportar esto, pero si no puede absorber la corriente (ya sea para cargar una batería o descargarla en una resistencia de frenado), habrá poco o ningún efecto de frenado.
  2. Los diodos también devuelven picos inductivos (de las escobillas del motor) al suministro, y estos pueden ser de cientos de voltios, durante un período muy corto, lo que puede resultar destructivo para los suministros de energía. Luego, para responder la pregunta real: el suministro PUEDE dañarse por picos de alto voltaje, por lo que su diseñador debe tomar precauciones para evitar ese daño, como un inductor (perla de ferrita) en serie y amplios capacitores de desacoplamiento en el suministro, y posiblemente un transitorio supresor o varistor para absorber transitorios HV

Tenga en cuenta que generalmente no hay suficiente energía en estos picos para causar algún daño a una celda principal, así que relájese si está conectando el puente directamente a una batería. Pero los suministros regulados que no están diseñados para impulsar motores pueden ser un problema.

Si el motor está produciendo energía, la energía neta que ingresa al motor debe ser positiva, por lo que la corriente neta que sale de las baterías debe estar en la dirección que las drena, por lo que está bien.

Si el motor se frena de forma regenerativa, entonces la energía puede fluir fuera del motor y puede aumentar el voltaje de suministro y cargar las baterías (esto se usa con ventaja en los vehículos eléctricos). No es algo de lo que generalmente deba preocuparse con un motor pequeño conectado directamente a las celdas primarias, pero si tiene un suministro que no puede absorber corriente (por ejemplo, un rectificador + filtro), podría causar problemas si el capacitor no es lo suficientemente grande.

Gracias por tu rápida respuesta, creo que estoy empezando a entenderlo. Por lo tanto, una de las funciones del capacitor entre +Vs y tierra en el circuito de la hoja de datos es proporcionar un camino para que fluya la corriente en caso de que el suministro no pueda absorber la corriente. Estoy preguntando esto porque mi entendimiento inicial fue que esto era solo un condensador de suavizado que podría omitirse de manera segura (como está en la figura con el camino púrpura). Entonces, si el suministro no puede absorber la corriente, la tapa es absolutamente necesaria para no dañar el suministro, ya que la corriente fluye a través de la tapa en lugar del suministro. ¿Es eso correcto?
Necesita absolutamente el condensador y los cables deben ser cortos. Desea mantener el área del bucle (y, por lo tanto, la inductancia) pequeña o los MOSFET pueden dañarse.
Es importante nunca usar un LDO en un puente completo porque solo pueden generar + corriente y no hundirse.
@TonyEErocketscientist Gracias por la aclaración adicional. Pero aún puedo usar un LDO de manera segura en un puente completo si el capacitor es lo suficientemente grande, ¿verdad?
Sí, dV = Ic dt/C, pero es posible que deba ser un límite máximo según la tolerancia de dV o una batería

No estoy muy familiarizado con los motores, pero arriesgaré una respuesta aquí. Al modelar circuitos eléctricos, digamos con SPICE o un paquete similar, las fuentes de alimentación de CC generalmente se modelan como cortocircuitos a tierra. Esto generalmente se explica brevemente en los libros de texto sobre ingeniería eléctrica elemental.

Recuerde también que una fuente de alimentación de CC generalmente empleará capacitores en su salida, generalmente con el fin de suavizar la ondulación. Estos condensadores actúan como "cortocircuitos a tierra" para corrientes transitorias.

Normalmente, los controladores del lado alto se usan para dirección en motores de escobillas o paso a paso y conmutación de polos BLDC, mientras que el lado bajo para PWM limita la corriente, el par y la aceleración.

Cuando el controlador del lado bajo se apaga, el voltaje aumenta y la corriente continúa a medida que decae con un cortocircuito a V+, por lo que la corriente no circula a través de la batería o el suministro cuando se apaga. Continúa en el controlador del lado alto y el diodo del lado alto de polaridad opuesta del motor.

Esto alterna con la polaridad y la dirección de la misma manera bloqueando la corriente al suministro a medida que continúa circulando a través del controlador opuesto hasta varias constantes de tiempo L/R.

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