Почему диоды обратного хода в H-мосте не повредят источник питания?

В настоящее время я учусь водить небольшой двигатель постоянного тока (~ 5 В). Мои исследования показали, что L298N может быть хорошим выбором для быстрой настройки и запуска. Однако я также пытаюсь понять, что именно происходит (т.е. внутренний H-мост), и есть кое-что, что мне не совсем понятно. Пример схемы в таблице на стр. 6 использует четыре диода обратного хода в конфигурации, которая, как представляется, является общей для H-мостов (поскольку другие сайты рекомендуют аналогичные схемы H-мостов). Конфигурация, на мгновение игнорирующая L298N, по сути выглядит так:

Теперь, если я правильно понимаю, эти диоды обеспечивают путь для двигателя для поддержания тока, когда полевые МОП-транзисторы отключаются, чтобы предотвратить большие скачки напряжения. Однако путь для этого тока, похоже, идет прямо через источник питания в обратном направлении . То есть в обратном направлении относительно направления тока, который обычно подается источником питания. Это указано на рисунке ниже.

Поскольку я относительно новичок в мире электроники, это кажется странной вещью. Я понимаю, что это работает на бумаге, если источник питания является идеальным источником постоянного напряжения. Но действительно ли это безопасно в реальной жизни? Допустим, я использую несколько щелочных батарей для своего проекта, тогда этот обратный ток кажется перезарядкой. И страница Википедии о щелочных батареях гласит:

Попытки перезарядки могут привести к разрыву или утечке опасных жидкостей, которые могут вызвать коррозию оборудования.

Или что, если я использую лабораторный источник питания или даже регулятор напряжения в качестве источника напряжения? То, как обрабатываются эти обратные токи, не имеет большого смысла для меня, и я беспокоюсь, что могу взорвать мое оборудование. Может ли кто-нибудь объяснить мне, почему схема выше на самом деле безопасна? И если это небезопасно, то почему многие сайты рекомендуют это и какую схему мне использовать вместо этого?

Диоды служат двум различным целям.

1. При рекуперативном торможении они возвращают сгенерированное напряжение к источнику питания (где с помощью подходящей электроники его можно использовать для зарядки аккумулятора). Обратите внимание, что если двигатель не работает выше своей нормальной скорости, генерируемое напряжение будет не более, чем напряжение питания, поэтому оно находится в пределах номинального напряжения источника питания. Таким образом, блок питания может нормально противостоять этому - но если он не может поглощать ток (для зарядки батареи или разрядки в тормозной резистор), эффект торможения будет незначительным или не будет вообще.
2. Диоды также возвращают индуктивные пики (от щеток двигателя) к источнику питания, и они могут быть сотнями вольт в течение очень короткого промежутка времени, что может оказаться разрушительным для источников питания. Затем, чтобы ответить на реальный вопрос - источник питания МОЖЕТ быть поврежден всплесками высокого напряжения, поэтому его разработчик должен принять меры предосторожности, чтобы предотвратить это повреждение - например, индуктор (ферритовый шарик) последовательно, и достаточные развязывающие конденсаторы на источнике питания и, возможно, переходный процесс. подавитель или варистор для поглощения высоковольтных переходных процессов

Обратите внимание, что в этих шипах обычно не хватает энергии, чтобы нанести какой-либо ущерб первичному элементу, поэтому расслабьтесь, если вы подключаете мост прямо к батарее. Но регулируемые поставки, которые не предназначены для привода двигателей, могут быть проблемой.

Если двигатель вырабатывает энергию, полезная мощность в двигателе должна быть положительной, поэтому чистый ток от батарей должен быть в направлении, которое их разряжает, так что все в порядке.

Если двигатель подвергается рекуперативному торможению, то из него может вытекать мощность, что может повысить напряжение питания и зарядить аккумуляторы (это используется для электрических транспортных средств). Это не то, о чем вам обычно нужно беспокоиться, когда небольшой двигатель подключен напрямую к первичным элементам, но если у вас есть источник питания, который не может потреблять ток (например, выпрямитель + фильтр), это может вызвать проблемы, если конденсатор недостаточно большой.

Я не очень знаком с моторами, но рискну ответить здесь. При моделировании электрических цепей, скажем, с помощью SPICE или подобного пакета, источники питания постоянного тока обычно моделируются как замыкания на землю. Обычно это кратко объясняется в учебниках по элементарной электротехнике.

Напомним также, что источник питания постоянного тока обычно использует конденсаторы на своем выходе, обычно с целью сглаживания пульсаций. Эти конденсаторы действуют как «замыкание на землю» для переходных токов.

Обычно драйверы верхнего уровня используются для направления на щеточные двигатели или переключатели полюсов шагового двигателя и BLDC, а нижние - для ШИМ для ограничения тока, крутящего момента и ускорения.

Когда драйвер низкого уровня отключается, напряжение возрастает, и ток продолжается, поскольку он уменьшается с коротким замыканием на V +, поэтому ток не циркулирует через батарею или источник питания при выключении. Это продолжается на верхней стороне драйвера и противоположной полярности двигателя на верхней стороне диода.

Это чередуется с полярностью и направлением таким же образом, блокируя ток к источнику питания, поскольку он продолжает циркулировать через противоположный драйвер до нескольких постоянных времени L / R.