एच सेतु
एच-सेतु एक विद्युत परिपथ है जो एक लोड पर प्रयुक्त वोल्टेज की ध्रुवीयता को स्विच करता है। इन परिपथों का उपयोग अधिकांशतः रोबोटिक और अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है ताकि डीसी मोटर्स को आगे या पीछे की ओर चलाने की अनुमति मिल सके।[1] नाम इसके सामान्य योजनाबद्ध आरेख प्रतिनिधित्व से लिया गया है, जिसमें चार स्विचिंग तत्व एक अक्षर H की शाखाओं के रूप में कॉन्फ़िगर किए गए हैं और लोड क्रॉस-बार के रूप में जुड़ा हुआ है।
अधिकांश डीसी-टू-एसी कन्वर्टर्स (विद्युत इन्वर्टर), अधिकांश एसी/एसी कन्वर्टर्स, डीसी-टू-डीसी पुश-पीएलएल परिवर्तक, अलग-थलग डीसी-टू-डीसी परिवर्तक [2] अधिकांश मोटर नियंत्रक , और कई अन्य प्रकार के विद्युत के इलेक्ट्रॉनिक्स एच सेतु का उपयोग करते हैं। विशेष रूप से, एक स्टेपर मोटर या द्विध्रुवी मोटर्स लगभग सदैव एक मोटर नियंत्रक द्वारा संचालित किया जाता है जिसमें दो एच सेतु होते हैं।
सामान्य
एच-सेतु एकीकृत परिपथ के रूप में उपलब्ध हैं, या असतत घटक से बनाया जा सकता है।[1]
एच-सेतु शब्द इस तरह के परिपथ के विशिष्ट चित्रमय प्रतिनिधित्व से लिया गया है।एक एच-सेतु चार स्विच (ठोस-अवस्था या यांत्रिक) के साथ बनाया गया है।जब स्विच S1 और S4 (पहले आंकड़े के अनुसार) बंद हो जाते हैं (और S2 और S3 विवृत हैं) तो मोटर में एक घनात्मक वोल्टेज प्रयुक्त होता है। S1 और S4 स्विच खोलकर और S2 और S3 स्विच को बंद करके, यह वोल्टेज विपरीत हो जाता है, जिससे मोटर के विपरीत संचालन की अनुमति मिलती है।
उपरोक्त नामकरण का उपयोग करते हुए, स्विच S1 और S2 को एक ही समय में कभी भी बंद नहीं किया जाना चाहिए, क्योंकि इससे इनपुट वोल्टेज स्रोत पर शॉर्ट परिपथ होगा।वही स्विच S3 और S4 पर प्रयुक्त होता है।इस स्थिति को शूट-थ्रू के रूप में जाना जाता है।
सामान्य उपयोग
एच सेतु का उपयोग दो टर्मिनल उपकरण को विद्युत की आपूर्ति के लिए किया जाता है। स्विच की उचित व्यवस्था से, उपकरण के लिए शक्ति की ध्रुवीयता को बदला जा सकता है। नीचे दो उदाहरणों पर चर्चा की गई है, डीसी मोटर चालक और स्विचिंग नियामक के ट्रांसफार्मर। ध्यान दें कि, स्विचिंग स्थिति के सभी स्थितियों सुरक्षित नहीं हैं। शॉर्ट (डीसी मोटर चालक सेक्शन में नीचे देखें) स्थितियों विद्युत स्रोत और स्विच के लिए संकट हैं।
डीसी मोटर चालक
विद्युत की आपूर्ति की ध्रुवीयता को डीसी मोटर में बदलने का उपयोग घूर्णन की दिशा को बदलने के लिए किया जाता है। घूर्णन की दिशा बदलने के अतिरिक्त, एच-ब्रिज अतिरिक्त ऑपरेशन मोड, "ब्रेक" और "घर्षण रुकने तक मुक्त प्रवाहन" प्रदान कर सकता है। एच-सेतु व्यवस्था का उपयोग सामान्यतः मोटर की ध्रुवीयता/दिशा को विपरीतने के लिए किया जाता है, किन्तु मोटर के टर्मिनलों को छोटा करने के लिए मोटर को 'ब्रेक' करने के लिए भी उपयोग किया जा सकता है, जहां मोटर अचानक रुक जाती है।छोटे स्थितियों में, एक घूर्णन मोटर की गतिज ऊर्जा शॉर्ट परिपथ में विद्युत प्रवाह के रूप में तेजी से उपभोग करती है। दूसरी स्थिति, मोटर को 'मुक्त प्रवाह' को एक स्टॉप पर जाने देता है, क्योंकि मोटर को परिपथ से प्रभावी रूप से काट दिया जाता है। निम्न तालिका संचालन को सारांशित करती है, ऊपर के आरेख के अनुरूप S1-S4 के साथ।नीचे दी गई तालिका में, 1 का उपयोग स्विच की स्थिति पर प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है, 0 ऑफ स्टेट का प्रतिनिधित्व करने के लिए।
घूर्णन की दिशा बदलने के अतिरिक्त, एच-ब्रिज अतिरिक्त ऑपरेशन मोड, "ब्रेक" और "घर्षण रुकने तक मुक्त प्रवाहन" प्रदान कर सकता है।
| S1 | S2 | S3 | S4 | परिणाम |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | मोटर दाहिनी ओर चलती है |
| 0 | 1 | 1 | 0 | मोटर बायीं ओर चलती है |
| 0 | 0 | 0 | 0 | मोटर तट |
| 1 | 0 | 0 | 0 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | |
| 0 | 0 | 1 | 0 | |
| 0 | 0 | 0 | 1 | |
| 0 | 1 | 0 | 1 | मोटर ब्रेक |
| 1 | 0 | 1 | 0 | |
| x | x | 1 | 1 | शार्ट सर्किट |
| 1 | 1 | x | x |
स्विचिंग विद्युत परिवर्तक का प्राथमिक कुण्डली चालक
विशिष्ट प्राथमिक कुण्डली चालक केवल प्राथमिक कुण्डली के दो टर्मिनलों द्वारा डीसी मोटर के दो टर्मिनलों को बदलने के लिए है।प्राथमिक कुण्डली में स्विचिंग धारा विद्युत ऊर्जा को चुंबकीय ऊर्जा में बदल देता है और द्वितीयक कुण्डली में एसी विद्युत ऊर्जा में वापस स्थानांतरित होता है।
निर्माण
रिले
एच-सेतु बनाने का एक तरीका रिले बोर्ड से रिले की एक सरणी का उपयोग करना है।[3]
डबल पोल डबल थ्रो (डीपीडीटी) रिले सामान्यतः एच-सेतु (उपकरण के सामान्य कार्य को देखते हुए) के रूप में एक ही विद्युत कार्यक्षमता प्राप्त कर सकता है। यद्यपि एक अर्धचालक-आधारित एच-सेतु रिले के लिए उत्तम होगा जहां एक छोटा भौतिक आकार, उच्च गति स्विचिंग, या निम्न चालक वोल्टेज (या निम्न चालक विद्युत) की आवश्यकता होती है, या जहां यांत्रिक भागों से बाहर पहनना अवांछनीय है।
एक और कॉन्फ़िगरेशन धारा प्रवाह को सक्षम करने के लिए धारा प्रवाह और एक ट्रांजिस्टर की दिशा निर्धारित करने के लिए एक डीपीडीटी रिले होना है। यह रिले जीवन का विस्तार कर सकता है, क्योंकि रिले को स्विच किया जाएगा जबकि ट्रांजिस्टर बंद है और इस तरह धारा प्रवाह नहीं है। यह धारा स्तर को नियंत्रित करने के लिए पीडब्लूएम स्विचिंग के उपयोग को भी सक्षम बनाता है।
एन और पी चैनल सेमीकंडक्टर्स
ठोस-अवस्था एच-सेतु का निर्माण सामान्यतः विपरीत ध्रुवीयता उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है, जैसे उच्च वोल्टेज बस से जुड़े पीएनपी द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्ट (बीजेटी) या पी-चैनल मोसफेट और कम वोल्टेज बस से जुड़े एनपीएन बीजेटी या एन-चैनल मोसफेट है।
एन चैनल-केवल अर्धचालक
सर्वाधिक कुशल मोसफेट डिजाइन उच्च पक्ष और निम्न पक्ष दोनों पर एन-चैनल मोसफेट का उपयोग करते हैं क्योंकि उनके पास सामान्यतः पी-चैनल मोसफेट के प्रतिरोध का एक तिहाई होता है। इसके लिए एक अधिक जटिल डिजाइन की आवश्यकता होती है क्योंकि उच्च पक्ष के गेट्स को डीसी आपूर्ति रेल के संबंध में घनात्मक रूप से संचालित किया जाना चाहिए। कई एकीकृत परिपथ मोसफेट द्वार चालक को इसे प्राप्त करने के लिए उपकरण के अंदर एक चार्ज पंप सम्मिलित है।
वैकल्पिक रूप से, एक स्विच-मोड विद्युत की आपूर्ति डीसी-डीसी परिवर्तक का उपयोग गेट ड्राइव परिपथ को पृथक ('फ्लोटिंग') आपूर्ति प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। एक मल्टीपल-आउटपुट फ्लाईबैक परिवर्तक इस एप्लिकेशन के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है।
मोसफेट-सेतु को चलाने के लिए एक और विधि एक विशेष ट्रांसफार्मर का उपयोग है जिसे जी.डी.टी (गेट ड्राइव ट्रांसफार्मर) के रूप में जाना जाता है, जो ऊपरी एफईटीएस गेट्स को चलाने के लिए पृथक आउटपुट देता है। ट्रांसफार्मर कोर सामान्यतः एक फेराइट टोरॉइड होता है, जिसमें 1: 1 या 4: 9 घुमावदार अनुपात होता है। यद्यपि, इस विधि का उपयोग केवल उच्च आवृत्ति संकेतों के साथ किया जा सकता है। ट्रांसफार्मर का डिजाइन भी बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि रिसाव इंडक्शन को निम्न से निम्न किया जाना चाहिए, या क्रॉस चालन हो सकता है। ट्रांसफार्मर के आउटपुट को सामान्यतः ज़ेनर डायोड द्वारा क्लैंप किया जाता है, क्योंकि उच्च वोल्टेज स्पाइक मोसफेट गेट्स को नष्ट कर सकते हैं।
रूपांतर
इस परिपथ की एक सामान्य भिन्नता लोड के एक तरफ सिर्फ दो ट्रांजिस्टर का उपयोग करती है, जो कि वर्ग एबी एम्पलीफायर के समान है।इस तरह के कॉन्फ़िगरेशन को आधा सेतु कहा जाता है।[4] यह एक इलेक्ट्रॉनिक टॉगल स्विच के रूप में कार्य करता है, आधा सेतु लोड पर प्रयुक्त वोल्टेज की ध्रुवीयता को स्विच करने में सक्षम नहीं है।आधे सेतु का उपयोग कुछ स्विच-मोड विद्युत आपूर्ति में किया जाता है जो समकालिक सुधारक का उपयोग करते हैं और एम्पलीफायरों को स्विच करने में होते हैं। अर्ध-एच सेतु प्रकार सामान्यतः इसे पूर्ण (पूर्ण-एच) एच-सेतु से अलग करने के लिए अर्ध-एच के लिए संक्षिप्त किया जाता है। एक और सामान्य भिन्नता, सेतु में एक तीसरा 'लेग' जोड़ने से तीन-चरण इन्वर्टर बनता है। तीन-चरण इन्वर्टर किसी भी एसी मोटर ड्राइव का मूल है।
एक और भिन्नता आधा नियंत्रित सेतु है, जहां सेतु के एक तरफ कम-साइड स्विचिंग उपकरण, और सेतु के विपरीत दिशा में उच्च-साइड स्विचिंग उपकरण, प्रत्येक को डायोड के साथ बदल दिया जाता है। यह शूट-थ्रू विफलता मोड को समाप्त करता है, और सामान्यतः परिवर्तनीय या स्विच्ड अनिच्छा मशीनों और एक्चुएटर्स को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है जहां द्वि-दिशात्मक धारा प्रवाह की आवश्यकता नहीं होती है।
वाणिज्यिक उपलब्धता
कई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सस्ती एकल और दोहरी एच-सेतु पैकेज हैं, जिनमें से एल293एक्स श्रृंखला में सबसे समन्य सम्मिलित हैं। कुछ पैकेज, जैसे l9110,[5] बैक ईएमएफ संरक्षण के लिए बिल्ट-इन फ्लाईबैक डायोड हैं।
इन्वर्टर के रूप में संचालन
एच-सेतु का एक सामान्य उपयोग एक इन्वर्टर (विद्युत) है।व्यवस्था को कभी-कभी एकल-चरण सेतु इन्वर्टर के रूप में जाना जाता है।
डीसी आपूर्ति के साथ एच-सेतु लोड में एक स्क्वायर वेव वोल्टेज तरंग उत्पन्न करेगा। विशुद्ध रूप से आगमनात्मक लोड के लिए, धारा तरंग एक त्रिकोण तरंग होगी, जो अपने शिखर के साथ इंडक्शन, स्विचिंग फ्रीक्वेंसी और इनपुट वोल्टेज के आधार पर होगी।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Al Williams (2002). Microcontroller projects using the Basic Stamp (2nd ed.). Focal Press. p. 344. ISBN 978-1-57820-101-3.
- ↑ "11kW, 70kHz LLC Converter Design for 98% Efficiency". November 2020: 1–8. doi:10.1109/COMPEL49091.2020.9265771. S2CID 227278364.
{{cite journal}}: Cite journal requires|journal=(help) - ↑ "Relay H-bridge (Relay Motor controller)". 11 December 2012.
- ↑ ""H-Bridges"".
- ↑ "wordpress.com" (PDF).
बाहरी संबंध
- H-Bridge Theory and Practice
- Brief H-Bridge Theory of Operation
- H-bridge tutorial discussing various driving modes and using back-EMF
- पीडब्लूएम DC Motor Controller Using मोसफेटs 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.