एच पुल

एच-ब्रिज एक विद्युत सर्किट है जो लोड पर लागू वोल्टेज की ध्रुवीयता को स्विच करता है। डीसी मोटरों को आगे या पीछे चलाने की अनुमति देने के लिए इन सर्किटों का उपयोग अक्सर रोबोटिक्स और अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है। नाम इसके सामान्य योजनाबद्ध आरेख प्रतिनिधित्व से लिया गया है, जिसमें चार स्विचिंग तत्व एक अक्षर एच की शाखाओं के रूप में कॉन्फ़िगर किए गए हैं और लोड क्रॉस-बार के रूप में जुड़ा हुआ है।

अधिकांश डीसी-टू-एसी कन्वर्टर (पावर इन्वर्टर), अधिकांश एसी/एसी कन्वर्टर्स, डीसी-टू-डीसी पुश-पुल कनवर्टर, पृथक डीसी-टू-डीसी कनवर्टर रेफरी>"98% दक्षता के लिए 11kW, 70kHz LLC कनवर्टर डिज़ाइन". November 2020: 1–8. doi:10.1109/COMPEL49091.2020.9265771. S2CID 227278364. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)</ref> अधिकांश मोटर नियंत्रक, और कई अन्य प्रकार के बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स एच ब्रिज का उपयोग करते हैं। विशेष रूप से, एक स्टेपर मोटर#बाइपोलर मोटर लगभग हमेशा दो एच ब्रिज वाले मोटर नियंत्रक द्वारा संचालित होती है।

सामान्य

एच-ब्रिज का योजनाबद्ध (लाल रंग में हाइलाइट किया गया)

एच-ब्रिज एकीकृत सर्किट के रूप में उपलब्ध हैं, या अलग-अलग घटकों से बनाए जा सकते हैं।

एच-ब्रिज शब्द ऐसे सर्किट के विशिष्ट ग्राफिकल प्रतिनिधित्व से लिया गया है। एक एच-ब्रिज चार स्विच (सॉलिड-स्टेट या मैकेनिकल) के साथ बनाया गया है। जब स्विच S1 और S4 (पहले चित्र के अनुसार) बंद होते हैं (और S2 और S3 खुले होते हैं) तो मोटर पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू होता है। S1 और S4 स्विच खोलने और S2 और S3 स्विच बंद करने से, यह वोल्टेज उलट जाता है, जिससे मोटर का रिवर्स संचालन संभव हो जाता है।

उपरोक्त नामकरण का उपयोग करते हुए, स्विच S1 और S2 को एक ही समय में कभी भी बंद नहीं करना चाहिए, क्योंकि इससे इनपुट वोल्टेज स्रोत पर शॉर्ट सर्किट हो सकता है। यही बात स्विच S3 और S4 पर भी लागू होती है। इस स्थिति को शूट-थ्रू के रूप में जाना जाता है।

सामान्य उपयोग

एच ब्रिज का उपयोग दो टर्मिनल डिवाइस को बिजली की आपूर्ति करने के लिए किया जाता है। स्विचों की उचित व्यवस्था से, डिवाइस की शक्ति की ध्रुवीयता को बदला जा सकता है। नीचे दो उदाहरणों पर चर्चा की गई है, डीसी मोटर ड्राइवर और स्विचिंग रेगुलेटर का ट्रांसफार्मर। ध्यान दें, स्विचिंग स्थिति के सभी मामले सुरक्षित नहीं हैं। छोटे (डीसी मोटर चालक अनुभाग में नीचे देखें) मामले बिजली स्रोत और स्विच के लिए खतरनाक हैं।

डीसी मोटर चालक

एच ब्रिज की दो बुनियादी अवस्थाएँ

डीसी मोटर में बिजली आपूर्ति की ध्रुवीयता को बदलने का उपयोग रोटेशन की दिशा बदलने के लिए किया जाता है। रोटेशन की दिशा बदलने के अलावा, एच-ब्रिज अतिरिक्त ऑपरेशन मोड, ब्रेक और घर्षण रुकने तक फ्री रन प्रदान कर सकता है।

एच-ब्रिज व्यवस्था का उपयोग आमतौर पर मोटर की ध्रुवीयता/दिशा को उलटने के लिए किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग मोटर को 'ब्रेक' करने के लिए भी किया जा सकता है, जहां मोटर के टर्मिनलों को एक साथ जोड़ने पर मोटर अचानक बंद हो जाती है। इसके टर्मिनलों को जोड़ने से, मोटर की गतिज ऊर्जा विद्युत प्रवाह के रूप में तेजी से खपत होती है और मोटर धीमी हो जाती है। एक अन्य मामला मोटर को रुकने की अनुमति देता है, क्योंकि मोटर प्रभावी रूप से सर्किट से डिस्कनेक्ट हो जाता है। निम्न तालिका ऊपर दिए गए चित्र के अनुरूप S1-S4 के साथ ऑपरेशन का सारांश प्रस्तुत करती है। नीचे दी गई तालिका में, 1 का उपयोग स्विच की चालू स्थिति को दर्शाने के लिए किया जाता है, 0 का उपयोग बंद स्थिति को दर्शाने के लिए किया जाता है।

S1	S2	S3	S4	Result
1	0	0	1	Motor moves right
0	1	1	0	Motor moves left
0	0	0	0	Motor coasts
1	0	0	0
0	1	0	0
0	0	1	0
0	0	0	1
1	1	X	X	Short circuit
X	X	1	1
1	0	1	0	Brakes
0	1	0	1

स्विचिंग पावर कनवर्टर का प्राथमिक कुंडल चालक

विशिष्ट प्राथमिक कॉइल ड्राइवर को बस डीसी मोटर के दो टर्मिनलों को प्राथमिक कॉइल के दो टर्मिनलों से बदलना होता है। प्राथमिक कॉइल में स्विचिंग करंट विद्युत ऊर्जा को चुंबकीय ऊर्जा में बदल देता है और द्वितीयक कॉइल में एसी विद्युत ऊर्जा को वापस स्थानांतरित कर देता है।

निर्माण

L298 डुअल एच-ब्रिज मोटर ड्राइवर सर्किट

रिले

एच-ब्रिज बनाने का एक तरीका रिले बोर्ड से रिले की एक श्रृंखला का उपयोग करना है। एक स्विच#संपर्क शब्दावली (डीपीडीटी) रिले आम तौर पर एच-ब्रिज (डिवाइस के सामान्य कार्य को ध्यान में रखते हुए) के समान विद्युत कार्यक्षमता प्राप्त कर सकता है। हालाँकि, सेमीकंडक्टर-आधारित एच-ब्रिज रिले के लिए बेहतर होगा जहां छोटे भौतिक आकार, उच्च गति स्विचिंग, या कम ड्राइविंग वोल्टेज (या कम ड्राइविंग पावर) की आवश्यकता होती है, या जहां यांत्रिक भागों का घिसना अवांछनीय है।

एक अन्य कॉन्फ़िगरेशन में वर्तमान प्रवाह की दिशा निर्धारित करने के लिए एक डीपीडीटी रिले और वर्तमान प्रवाह को सक्षम करने के लिए एक ट्रांजिस्टर होना है। यह रिले के जीवन को बढ़ा सकता है, क्योंकि ट्रांजिस्टर बंद होने पर रिले स्विच हो जाएगा और इस प्रकार कोई करंट प्रवाह नहीं होगा। यह वर्तमान स्तर को नियंत्रित करने के लिए पीडब्लूएम स्विचिंग के उपयोग को भी सक्षम बनाता है।

एन और पी चैनल अर्धचालक

एक सॉलिड स्टेट (इलेक्ट्रॉनिक्स)|सॉलिड-स्टेट एच-ब्रिज का निर्माण आमतौर पर विपरीत ध्रुवीय उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है, जैसे कि पीएनपी द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) या हाई वोल्टेज बस से जुड़े पी-चैनल एमओएसएफईटी और एनपीएन बीजेटी या एन-चैनल एमओएसएफईटी जुड़े हुए हैं। लो वोल्टेज बस के लिए.

एन चैनल-केवल अर्धचालक

सबसे कुशल MOSFET डिज़ाइन उच्च पक्ष और निम्न पक्ष दोनों पर N-चैनल MOSFETs का उपयोग करते हैं क्योंकि उनमें आमतौर पर P-चैनल MOSFETs के ON प्रतिरोध का एक तिहाई होता है। इसके लिए अधिक जटिल डिज़ाइन की आवश्यकता होती है क्योंकि उच्च पक्ष MOSFETs के द्वारों को DC आपूर्ति रेल के संबंध में सकारात्मक रूप से संचालित किया जाना चाहिए। कई एकीकृत सर्किट MOSFET गेट ड्राइवरों में इसे प्राप्त करने के लिए डिवाइस के भीतर एक चार्ज पंप शामिल होता है।

वैकल्पिक रूप से, एक स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति डीसी-डीसी कनवर्टर का उपयोग गेट ड्राइव सर्किट्री को पृथक ('फ्लोटिंग') आपूर्ति प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। एक बहु-आउटपुट फ्लाईबैक कनवर्टर इस एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त है।

MOSFET-पुलों को चलाने की एक अन्य विधि एक विशेष ट्रांसफार्मर का उपयोग है जिसे GDT (गेट ड्राइव ट्रांसफार्मर) के रूप में जाना जाता है, जो ऊपरी FET गेटों को चलाने के लिए पृथक आउटपुट देता है। ट्रांसफार्मर कोर आमतौर पर 1:1 या 4:9 वाइंडिंग अनुपात के साथ एक फेराइट टोरॉयड होता है। हालाँकि, इस पद्धति का उपयोग केवल उच्च आवृत्ति संकेतों के साथ किया जा सकता है। ट्रांसफार्मर का डिज़ाइन भी बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि रिसाव प्रेरण को कम से कम किया जाना चाहिए, अन्यथा क्रॉस कंडक्शन हो सकता है। ट्रांसफार्मर के आउटपुट आमतौर पर ज़ेनर डायोड द्वारा क्लैंप किए जाते हैं, क्योंकि उच्च वोल्टेज स्पाइक्स MOSFET गेट्स को नष्ट कर सकते हैं।

वेरिएंट

इस सर्किट का एक सामान्य संस्करण क्लास एबी एम्पलीफायर के समान, लोड के एक तरफ केवल दो ट्रांजिस्टर का उपयोग करता है। इस तरह के विन्यास को आधा पुल कहा जाता है। यह एक इलेक्ट्रॉनिक टॉगल स्विच के रूप में कार्य करता है, आधा पुल लोड पर लागू वोल्टेज की ध्रुवीयता को स्विच करने में सक्षम नहीं है। हाफ ब्रिज का उपयोग कुछ स्विच-मोड बिजली आपूर्ति में किया जाता है जो तुल्यकालिक दिष्टकारी और स्विचिंग एम्पलीफायरों का उपयोग करते हैं। आधे-एच पुल प्रकार को पूर्ण (पूर्ण-एच) एच-पुलों से अलग करने के लिए आमतौर पर इसे आधा-एच के रूप में संक्षिप्त किया जाता है। एक अन्य सामान्य भिन्नता, पुल में एक तीसरा 'पैर' जोड़कर, एक पावर इन्वर्टर#तीन-चरण इन्वर्टर|तीन-चरण इन्वर्टर बनाता है। तीन-चरण इन्वर्टर किसी भी एसी मोटर ड्राइव का मूल है।

एक और बदलाव अर्ध-नियंत्रित पुल है, जहां पुल के एक तरफ कम-साइड स्विचिंग डिवाइस, और पुल के विपरीत तरफ हाई-साइड स्विचिंग डिवाइस, प्रत्येक को डायोड से बदल दिया जाता है। यह शूट-थ्रू विफलता मोड को समाप्त कर देता है, और आमतौर पर वेरिएबल या स्विच्ड अनिच्छा मोटर और एक्चुएटर्स को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है जहां द्विदिश धारा | द्वि-दिशात्मक धारा प्रवाह की आवश्यकता नहीं होती है।

व्यावसायिक उपलब्धता

व्यावसायिक तौर पर कई सस्ते सिंगल और डुअल एच-ब्रिज पैकेज उपलब्ध हैं। L293x श्रृंखला, अधिक आधुनिक सेमीकंडक्टर उत्पादों में कम स्विचिंग हानि और उच्च गति के कारण 1970 के दशक के अंत से तकनीकी रूप से अधिकतर अप्रचलित हो गई है, अभी भी कई शौक़ीन सर्किटरी में पाई जाती है। कुछ पैकेज, जैसे L9110, बैक ईएमएफ सुरक्षा के लिए अंतर्निहित फ्लाईबैक डायोड हैं।

इन्वर्टर के रूप में संचालन

एच-ब्रिज का एक सामान्य उपयोग इन्वर्टर (इलेक्ट्रिकल) है। इस व्यवस्था को कभी-कभी एकल-चरण ब्रिज इन्वर्टर के रूप में जाना जाता है।

डीसी आपूर्ति वाला एच-ब्रिज पूरे भार में एक वर्गाकार तरंग वोल्टेज तरंग उत्पन्न करेगा। विशुद्ध रूप से आगमनात्मक भार के लिए, वर्तमान तरंग एक त्रिकोण तरंग होगी, जिसका शिखर अधिष्ठापन, स्विचिंग आवृत्ति और इनपुट वोल्टेज पर निर्भर करता है।

यह भी देखें

• सक्रिय सुधार
• कम्यूटेटर (इलेक्ट्रिक)

बाहरी संबंध

• H-Bridge Theory and Practice
• Brief H-Bridge Theory of Operation
• H-bridge tutorial discussing various driving modes and using back-EMF
• PWM DC Motor Controller Using MOSFETs and IR2110 H-Bridge Driver
• H-Bridges on the BEAM Robotics Wiki
• Derivation of formulas to estimate H-bridge controller current (Vex, JAGUAR,Victor). Discusses why some H-bridges used in robotics have non-linear current and speed responses.

परियोजनाएं

• प्रकाश को ट्रैक करने के लिए फोटोकल्स के साथ एक एच-ब्रिज-नियंत्रित मोटर का निर्माण
• 4017 के साथ एच-ब्रिज मोटर नियंत्रण (तुर्की में)
• एच-ब्रिज नियंत्रण के लिए HIP4081A का उपयोग करना
• का उपयोग करना डीसी मोटर नियंत्रण के लिए L293D H ब्रिज
• L293D मोटर ड्राइवर IC के आसपास डिज़ाइन किया गया एक सरल सर्किट

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