UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

ESPE LATACUNGA

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

MIRCOCONTROLADORES Y PLC

1. Datos Informativos

Integrantes : Alex Altamirano

Henry Pabón Quito

Jaime Rodríguez

Nivel : Sexto Automotriz A

Fecha : martes 3 de junio de 2014

Profesor : Ing. Sixto Reinoso

2. Tema

Funcionamiento y aplicaciones del puente H.

3. Objetivos

Estudiar el circuito que conforma el puente H.

Comprender el funcionamiento del puente H.

Determinar el comportamiento del puente H con distintos elementos electrónicos.

Analizar los distintos tipos de puente H.

4. Desarrollo

Definición

Un Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC

girar en ambos sentidos: avance y retroceso. Están disponibles como circuitos

integrados, pero también pueden construirse a partir de otros componentes.

El término "puente H" proviene representación gráfica del circuito. Un puente H se

construye con cuatro interruptores.

Figura 1. Esquema del circuito de un puente H con interruptores

Cuando los interruptores S1 y S4 están cerrados (S2 y S3 abiertos) se aplica una

tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los

interruptores S1 y S4 (S2 y S3 cerrados) el voltaje se invierte, permitiendo el giro

en sentido inverso del motor.

Los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque

esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4.

Tabla 1. Tabla de verdad para operación del Puente H

S1 S2 S3 S4 Resultado

1 0 0 1 El motor gira en avance

0 1 1 0 El motor gira en retroceso

0 0 0 0 El motor se detiene bajo su inercia

1 0 1 0 El motor frena (fast-stop)

Puente H con relés

El circuito Puente H con relevadores es un diseño simple, con el cual se puede

controlar el encendido, la dirección del giroy el frenado del motor DC. Este circuito

es apropiado para aplicaciones simples donde no es necesario el control de

velocidad.

Si se conecta el circuito de la figura 2 a un motor DC, es posible controlarlo

mediante un microprocesador. Aplicando un uno lógico, al punto A, se logra que el

motor gire hacia adelante. Aplicando un cero lógico (tierra), el motor se detiene

lentamente.

Figura 2. Conexión con relevador para avance hacia adelante.

En cambio, si conectamos el motor como se muestra en la figura 3, éste girará en reversa al aplicar un uno lógico al punto B. Al comunicar un cero lógico (usualmente tierra) al punto B, causará que el motor deje de girar.

Figura 3. Conexión con relevador para avance en reversa.

Si se combina los dos circuitos anteriores, se puede controlar el sentido de giro del motor, así como la detención del mismo.

Figura 4. Esquema del circuito combinado con relés

Tabla 2. Tabla de verdad para el funcionamiento del circuito combinado del puente H con relés

A B C D Función1 0 0 1 Adelante0 1 1 0 Reversa1 1 0 0 Freno0 0 1 1 Freno1 0 1 0 Prueba de Fusible0 1 0 1 Prueba de Fusible

Por lo tanto, si se encienden los relés superior izquierdo e inferior derecho, el flujo de potencia se da como se muestra acontinuación:

Figura 5. Flujo de potencia en avance

Luego, para la reversa se deben encender los relés superiores derechos e inferiores izquierdos, y el la potencia fluirá de la siguiente manera:

Figura 6. Flujo de potencia en reversa

¡IMPORTANTE!:Se de ser cuidadoso de no encender dos circuitos del mismo lado al mismo tiempo, o se produciría un corto circuito que destruiría la circuitería. Es decir no deben estar encendidos A y C, o C y D, al mismo tiempo.

Puente H con Semiconductores

Nosotros podemos mejorar el control de nuestro motor usando transistores normales o transistores de efecto campo (FETs).

La mayoría de lo que hemos discutido sobre el puente H con relés es similar en este caso. Lo principal es el uso de transistores PNP y NPN en lugar de relés. Asi como muestra la siguiente figura.

Este circuito provee de Alimentación y conexión a tierra al motor, tal cual lo hacia los relés. Los conductores laterales de alta necesitan ser fuentes de alimenticio y es por eso que se usa transistores PNP. Los conductores laterales de baja necesitan ser sumideros o fuentes de absorción de energía es por eso que se usa transistores NPN.

Si se encienden los dos circuitos superiores el motor se restire a girar, por lo que se tiene un mecanismo de ruptura. Lo mismo ocurre si encendemos los dos circuitos

inferiores. Esto sucede debido a que el motor es un generador y cuando se enciende genera un voltaje. Si se conectan juntos los circuitos del motor (cortocircuito) este voltaje generado contrarresta al giro del motor. Es como si encendiéramos un generador y aplicamos tanto a entrada como a salida un voltaje similar pero negativo.

Para que los transistores funcionen correctamente es necesario usas diodos que absorban el voltaje de retorno que es generado por la bobina del motor cuando se enciende o apaga. Esta tensión de retorno puede ser muchas veces mayor que la tensión de alimentación. Si no se utiliza diodos, podrían quemar los transistores.

Los transistores como por el hecho de ser un semiconductor posee una resistencia, la que causa que se calienten cuando conducen mucha corriente. Esto es llamado “incapacidad de absorber o proveer demasiado corriente”. Es decir cuando no puede proveer corriente de tierra o de voltaje.

El transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor o MOSFET es mucho más eficiente en este caso, ellos pueden proveer o absorber mucha mas corriente sin calentarse. Por lo general poseen ya en su estructura interna diodos anti “flyback” o tensión de retorno por lo que ya no se necesitan más de ellos en el circuito del puente H. Esto ayuda a proteger todo el circuito y tu motor DC. Para usar Mosfets en un puente H, es necesario usar un Canal-P de Mosfets en la parte superior debido a que ellos son una fuente y un Canal-N de Mosfets en la parte inferior por la razón que ellos absorben energía.

Es importante que los cuatro cuadrantes de los circuitos de puente H se activen y desactiven correctamente. Cuando se genera un paso de corriente entre el lado positivo y el de tierra del puente H, que no sea a través del motor, existe una condición llamada " shoot through". Esto es básicamente un cortocircuito directo de la fuente de alimentación y puede causar que los semiconductores exploten.

5. Conclusiones

El uso de los distintos tipos de puentes H nos permite controlar sentido de avance de un motor DC.

Es posible controlar un motor DC, utilizando cualquier configuración de puentes H. Es importante que los cuatro cuadrantes de los circuitos de puente H se activen y

desactiven correctamente. Cuando se genera un paso de corriente entre el lado positivo y el de tierra del puente H, que no sea a través del motor, existe una condición llamada " shoot through". Esto es básicamente un cortocircuito directo de la fuente de alimentación y puede causar que los semiconductores exploten.

Los transistores como por el hecho de ser un semiconductor posee una resistencia, la que causa que se calienten cuando conducen mucha corriente. Esto es llamado “incapacidad de absorber o proveer demasiado corriente”. Es decir cuando no puede proveer corriente de tierra o de voltaje.

6. Bibliografía

Brown, J. Brief h-bridge theory of operation. “Breve teoría de operación de puentes H”. 2014 Dallas Personal RoboticsGroup. Fecha de consulta: 1/Jun/2104. Recuperado de: http://www.dprg.org/tutorials/1998-04a/