Vierquadrantensteller

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Ein Vierquadrantensteller oder H-Brücke ist eine elektronische Schaltung bestehend aus vier Schaltern, meist aufgebaut mittels Transistoren, welche eine Gleichspannung in eine Wechselspannung variabler Frequenz und variabler Pulsbreite umwandeln kann. Diese Schaltung wird vor allem zur Ansteuerung von Gleichstrommotoren zur Wahl der Drehrichtung verwendet, kann aber auch zum Speisen von Transformatoren aus Gleichspannungsnetzen dienen und wird in Schaltnetzteilen verwendet.

Zur Erklärung der Funktionsweise soll nebenstehende Abbildung dienen: Die Spannungsversorgung mit Gleichspannung der Brücke erfolgt über die Anschlüsse + (positive Spannung) und GND (Bezugspotential) Die zu treibende Last, wie beispielsweise ein Motor, befindet sich im Mittelzweig zwischen linken und rechten Brückenzweig und ist mit Mt gekennzeichnet. Die vier Schalter in Form von NMOS-Feldeffekttransistoren sind mit M1 bis M4 bezeichnet. Die Steuereingänge (Gates) der Feldeffekttransistoren sind entsprechend mit A bis D gekennzeichnet. Über diese Steuereingänge kann der betreffende Transistor durch eine nicht dargestellte Steuerelektronik ein- oder ausgeschaltet werden.

Durch die Steuerelektronik werden nun zwei diagonale Schalter geschlossen, beispielsweise M2 und M3 über die Steuereingänge B und C. Die anderen beiden Schalter müssen dabei offen bleiben, da ansonsten ein direkter Kurzschluss der Vorsorgungsspannung die Folge wäre. Der Strom fließt dann von rechts kommend nach links durch den Motor. Damit stellt sich eine bestimmte Drehrichtung des Motors ein. Werden die Schalter M2 und M3 geöffnet und danach die Schalter M1 und M4 geschlossen, fließt der Strom durch den Motor genau in der entgesetzten Richtung: Von links kommend nach rechts. Damit dreht sich der Gleichstrommotor in die entgegengesetzte Richtung. Mittels einer extern erzeugten Pulsweitenmodulation (PWM) kann die Mittlere Spannung in der Brücke reduziert werden. Dies hat im Beispiel des Motors zur Folge, dass dieser in seiner Drehgeschwindigkeit variiert werden kann.

Wird statt eines Motors ein Transformator in der Schaltung eingesetzt, kann durch periodisches Umschalten ein Wechselstrom durch den Transformator erzeugt werden. Dieses Prinzip wird in Schaltnetzteilen und Wechselrichtern verwendet.