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DavidOne71

Quale tensione sinusoidale efficace è possibile prelevare da un ponte H

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DavidOne71

 

Ciao a tutti, quale valore massimo di tensione sinusoidale efficace posso ottenere dallo schema qui sotto?

 

ponte-h.gif

Io ho fatto questi conti ideali senza tenere conto delle cadute di tensioni sui mosfet, ditemi se sbaglio:

Vpp = tensione picco picco della tensione sinusoidale

Vpp = 12 V

Veff = Vpp / 2 / 1,414 = 4,24 V

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patatino59

Da un ponte H può uscire solo una onda quadra di valore VPP

La sinusoide la puoi "simulare" col circuito di comando, modulando in PWM, e avrà il picco a 12 volt

E' il sistema con cui funzionano certi UPS

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gabri-z

Anche se quasi certo hai intuito le intenzioni del utente, non è detto che lo comandi in digitale. 

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Livio Orsini
8 ore fa, DavidOne71 ha scritto:

Io ho fatto questi conti ideali senza tenere conto delle cadute di tensioni sui mosfet,

 

SI i conti sono abbasanta corretti, se alimenti a 12 V il massimo che puoi ottenere sono impulsio di 12Vpp.Facendo una modulazione PWM di tipo sinusoidale atterresti un valore efficace della sinusoide ricostruita pari a circa 4V

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maxmix69

Secondo me è giusto il doppio, cioè 8,48V considerando le perdite pari a zero perché
il calcolo è corretto se il carico va al negativo di alimentazione, in questo caso è connesso ad un ponte, quindi la tensione PP ai capi del carico è il doppio.

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Francesco_54

Quando conducono C e B, trascurando le cadute sui MOS, ai capi del carico ci sono +12 Vp

Quando conducono A e D, trascurando le cadute sui MOS, ai capi del carico ci sono -12 Vp

Vpp = 24 V

 

Edited by Francesco_54
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patatino59
55 minuti fa, Francesco_54 ha scritto:

Vpp = 24 V

Con quale ZERO di riferimento ?

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Livio Orsini
1 ora fa, Francesco_54 ha scritto:

Quando conducono C e B, trascurando le cadute sui MOS, ai capi del carico ci sono +12 Vp

Quando conducono A e D, trascurando le cadute sui MOS, ai capi del carico ci sono -12 Vp

Vpp = 24 V

 

Ma per favore!

Son sempre 12V riferiti allo zero. Cambia solo il senso di circolazione della corrente nel carico.

Se fosse un'onda quadra il valore efficace della tensione sarebbe di 6V, per definizione.

Se la modulazione PWM segue una legge sinusoidale il valore teorico efficace è di 4.255V non considerando la cdt sui mosfet.

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DavidOne71
2 ore fa, Francesco_54 ha scritto:

Quando conducono C e B, trascurando le cadute sui MOS, ai capi del carico ci sono +12 Vp

Quando conducono A e D, trascurando le cadute sui MOS, ai capi del carico ci sono -12 Vp

Vpp = 24 V

pensando a mente lucida e rifacendo le misure, hai ragione!

Grazie

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DavidOne71

ps. mi sa che ho alzato un polverone

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GiRock

Allora, 

 

nell'articolo si legge questa definizione:

 

"E' bene ricordare che il valore efficace di un'onda quadra a due livelli, +E e -E vale E, indipendentemente dal duty cycle."


Qui però si parla di ONDA SINUSOIDALE (il PWM non è stato menzionato), quindi la tensione non scenderà mai al di sotto degli 0V, perciò il calcolo è presto fatto non tenendo condo della cdt dei MOSFET che è dipendente dalla corrente circolante e dalla sua RDS(on), essendo comunque in regime SINUSOIDALE (appunto), in linea di massima abbiamo che:

 

VCC / SQR(2) = 12 / 1.414 = 8.48V

 

oppure

 

(VCC / 2) x SQR(2) = (12 / 2) x 1.414 = 8.48V

 

e non

 

(VCC / 2) / SQR(2) che erroneamente darebbe come risultato 4.24V...

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maxmix69
4 ore fa, maxmix69 ha scritto:

Secondo me è giusto il doppio, cioè 8,48V considerando le perdite pari a zero perché
il calcolo è corretto se il carico va al negativo di alimentazione, in questo caso è connesso ad un ponte, quindi la tensione PP ai capi del carico è il doppio.

Il simulatore a quanto pare la pensa come me.
La tensione PICCO PICCO ai capi del carico risulta essere 16V perchè ci sono le varie cadute di tensione, se non ci fossero sarebbe di 24V.
 

SCHEMA TEORICO PONTE.png

PONTE Vin.png

Vg1.png

VG3.png

Vr1a Vr1b.png

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Livio Orsini
2 ore fa, GiRock ha scritto:

Qui però si parla di ONDA SINUSOIDALE (il PWM non è stato menzionato), quindi la tensione non scenderà mai al di sotto degli 0V,

 

hai ragione, io sono stato tratto in inganno da

 

9 ore fa, patatino59 ha scritto:

La sinusoide la puoi "simulare" col circuito di comando, modulando in PWM, e avrà il picco a 12 volt

 

Quindi pensavo ad una modulazione di PWM per ottenere una pseudo sinusoide.

 

2 ore fa, maxmix69 ha scritto:

La tensione PICCO PICCO ai capi del carico risulta essere 16V perchè ci sono le varie cadute di tensione, se non ci fossero sarebbe di 24V.
 

 

No lo vedi anche dai risultati dello LTspice. La tensione è sempre 12V picco-picco cambia solo il segno della corrente.

 Visto che nulla si crea e nulla si distrugge, per avere il raddoppio della tensione dovresti avere un dispostivo che immagazinna energia, come si fa con i condensatori quando si vuol fare un duplicatore di tensione

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patatino59

Allora credo che il polverone lo abbia alzato io... :P

Scusate, ma dallo schema del ponte a H senza alcun pilotaggio e senza una applicazione richiesta, era la prima cosa che mi è venuta in mente.

Mi scuso.

 

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Francesco_54
1 ora fa, Livio Orsini ha scritto:

No lo vedi anche dai risultati dello LTspice. La tensione è sempre 12V picco-picco cambia solo il segno della corrente.

 Visto che nulla si crea e nulla si distrugge, per avere il raddoppio della tensione dovresti avere un dispostivo che immagazinna energia, come si fa con i condensatori quando si vuol fare un duplicatore di tensione

Il tuo ragionameto va bene se le tensioni sono riferite al negativo del circuito.

Invece e' da considerare la tensione ai capi del carico e il riferimento da tenere e' uno dei suoi terminali.

Se metti i puntali di un tester sui capi del carico, vedrai il segnale alternarsi da +12 a - 12.

 

Edited by Francesco_54
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gabri-z
38 minuti fa, patatino59 ha scritto:

Mi scuso.

Non credo che sia il caso , aspetta a sentire l'amico David , non mi pare che abbia detto come vuole pilotare il ponte....

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maxmix69
7 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

No lo vedi anche dai risultati dello LTspice. La tensione è sempre 12V picco-picco cambia solo il segno della corrente.

Livio non voglio insistere, ma i grafici sono scuri e magari non si nota. L'ultimo grafico va da -8V a +8V che sono 16Vpp. Se non ci fossero le perdite sarebbero -12V e +12V quindi 24Vpp.

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davide_m

Se il carico può essere flottante rispetto a massa, la Vpp massima teorica è di 24 V. Equivale ad avere interruttori che collegano il carico al generatore da 12 V prima in un senso e poi nel senso contrario. La differenza è appunto 24 V. Durante il semiciclo positivo la corrente scorre in un senso, durante il negativo nell'altro senso, ma sempre con una dinamica di 12 V in ogni semiciclo. Dal punto di vista del carico, la situazione è indistinguibile da una configurazione single ended da 24 V.

Si usa comunemente questa configurazione "a ponte" per gli amplificatori audio da auto in modo da pilotare altoparlanti da 4 ohm con tensioni basse (l'altoparlante è collegato tra due amplificatori pilotati in controfase). Gli inglesi la chiamano configurazione BTL.

Logicamente, se il carico non può essere flottante, il giochino non riesce.

Edited by davide_m
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patatino59
7 ore fa, davide_m ha scritto:

Si usa comunemente questa configurazione "a ponte" per gli amplificatori audio da auto

E qui mi sorge un dubbio:

L'altoparlante ha una isteresi e mantiene la sua posizione durante l'inversione del verso, facendo effettivamente una corsa doppia.

Ma non è come se ci fosse un condensatore che accumula l'energia ? 

Perché sommando le onde quadre in controfase il risultato medio è nullo.

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Livio Orsini
7 ore fa, maxmix69 ha scritto:

Livio non voglio insistere, ma i grafici sono scuri e magari non si nota. L'ultimo grafico va da -8V a +8V che sono 16Vpp. Se non ci fossero le perdite sarebbero -12V e +12V quindi 24Vpp.

 

Proprio perchè volevo essere sicuro, ieri ho fatto 2 prove: una in simulazione (multisim13.0 NI) ed una su bread board. Non contento ho fatto una verifica con una scheda basta su L298 che è un ponte ad "H" compkleto di drivers.

Tutte, come ovvio, hanno dato risultati simili.

La tensione è, e non può essere diversamente, riferita allo zero V che è anche il comune del ponte.

Le tensioni ai capi del resistore di carico variano tra 0 e 12V e sono sfasate di 90°, mentre la corrente inverte di segno.

Se si usa la funzione A+B dell'oscilloscopio si vede, come è corretto che la tensione ai capi del resistore è quasi una continua, interrotta solo dove c'è la transizione tra i 2 semiponti, in pratica è come se modulasse in PWM con duty al 99.5% circa.

 

Se si pensa alla definizione di valore efficace, ovvero a quel valore di tensione/corrente che produce il medesimo effetto termico in un resitore, con un simile circuito ed un simile comando avremo che il valore efficace è quasi pari al valore della tensione di alimentazione.

Questo lo si può anche verificare facilmente perchè il valore efficace equivale all'integrale tra 0 e 2pi, oppure alla somma delle aree degli impulsi nel medesimo intervallo.

 

Poi ricordo che il titolo della discussione è:

"Quale tensione sinusoidale efficace è possibile prelevare da un ponte H"

 

 

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Francesco_54
9 ore fa, davide_m ha scritto:

Si usa comunemente questa configurazione "a ponte" per gli amplificatori audio da auto in modo da pilotare altoparlanti da 4 ohm con tensioni basse

...... ottenendo una potenza di uscita x 4

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davide_m

Forse è solo questione di intendersi con le parole.

 

E' vero che con un generatore da 12V, senza immagazzinare energia, posso creare un'onda picco-picco di 24 V? Sì, il suo valore efficace sarà circa 8,5 V.
Ma è anche vero che questo non richiede, in nessun istante, una tensione > 12 V. Semplicemente, si evita di avere un punto di lavoro fisso a Vcc/2, che dimezza l'ampiezza d'onda possibile. Ovviamente questo è possibile se il carico è isolato da massa.

 

 

Supponendo una tensione con andamento sinusoidale, valor medio nullo e zero perdite (ovvero la possibilità di usare tutta la dinamica disponibile dall'alimentazione), si potrà creare una tensione sinusoidale con valore efficace di circa 8,5 V.
Forse il punto in cui bisogna capirsi è che *in nessun istante* il carico vedrà una tensione > 12 V. Tuttavia, l'onda sinusoidale che va da +12 V a -12 V è definita come un'onda di 24 V picco-picco, nonostante i 24 V di differenza di potenziale non si vedano mai.
I circuiti single-ended che vogliono creare una tensione sinusoidale a partire da un'alimentazione da 12 V, sono solitamente polarizzati a riposo a Vcc/2 e poi consentono di andare agli estremi 0 - Vcc durantte le creste d'onda. Questo limita il valore picco-picco a Vcc e dunque il valore efficace a 4,2 V.
Una configurazione in cui il carico possa essere flottante, consente di non avere un capo sempre riferito a massa; questo fa sì che si possa sfruttare la il deltaV di 12 V sia in un senso sia nell'altro. Ovvero creare un'onda picco-picco di 24 V ("invertendo" polarità del generatore ogni semiciclo).

 

 

Esempio concreto: carico collegato alla massa: posso creare questo inizialmente (la tensione efficace è solo 4,2 V):

image.png.4d308924bc10c44bf52df7ffbd1ca422.png

 

poi metto un condensatore per portare il valore medio a zero e diventa (tensione efficace sempre 4,2 V):

 

image.png.4d320f04000f86bb4d20c69647c7634f.png

 

Usando la soluzione flottante posso creare direttamente questo:

image.png.54962a9a1b6d09799a27dbc735ec685c.png

 

Ovvero usando la configurazione a ponte, posso sfruttare la tensione del generatore in entrambi i semicicli, creando quindi un'onda avente 24 V picco-picco.

Ovviamente ho parlato per principi generali; nel caso in oggetto, avendo solo interruttori, bisognerebbe usare la PWM, ma il principio è uguale.

Edited by davide_m
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Francesco_54

Concordo in toto !

Edited by Francesco_54
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Livio Orsini
1 ora fa, davide_m ha scritto:

E' vero che con un generatore da 12V, senza immagazzinare energia, posso creare un'onda picco-picco di 24 V?

 

NO!

Perchè la tensione varierà sempre tra e 12 .

Il ponte può assumere solo due configurazioni: 2 switches aperti e due in conduzione. Quindi la differenza di potenziale ai capi del carico è sempre, al massimo, la tensione di alimentazione, 12V nel caso.

 

1 ora fa, Francesco_54 ha scritto:

Si usa comunemente questa configurazione "a ponte" per gli amplificatori audio da auto in modo da pilotare altoparlanti da 4 ohm con tensioni basse

 

La configurazione a ponte permette di far dissipare più potenza al carico, rispetto alla tradizionale  classe AB in simmetria complementare, perchè permette di invertire la circolazione di corrente nel carico sfruttando tutta la tensione di alimentazione, mentre con un sigle ended se ne può sfruttare solo la metà. Sfrutta proprio la costituzione fisica del trasduttore che ha il punto neutro con circolazione di corrente 0.

Equivale al modo di comandare un motore cc con un ponte ad "H"; posso far ruotare il motore con la tensione di armatura massima sia in un senso che nell'altro. Se invece usassi un alimentazione  in simmetria complementare potrei arrivare al massimo a metà della tensione di alimentazione.

Però se alimento con 12V avrò sempre e solo 12V di tensione dia rmatura, cambia solo il senso di circolazione della corrente.

 

Poi ognuno può credere quello che più gli piace. C'è sempre qualcuno che reclamizza il moto perpetuo, quin di ci può stare anche che qualcuno sia convinto che si possa moltiplicare l'energia.

 

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