H-Brücke für 12V mit 5V steuern

[scales]

ich will meinen Motor mit so einer H-Brücke steuern:
http://www.elektronik-projekt.de/dominik/grafik/hbrid08.gif

das dumme ist mein Motor braucht 12V,
aber der Mikrocontroller mit dem ich die H-Brücke steuern will arbeitet mit 5V

würde ich jetzt z.B. den linken Eingang mit 5V auf high stellen,
würden aus dem Transistor rechts neben dem eingang auch nur 5V rauskommen

ich glaub ich die Lösung ist relativ einfach, irgendwas mit nem Transistor davor bestimmt, ich kom aber nicht drauf

[robocat]

ich denke du kannst die transistoren mit deinen 5V schalten. einen vorwiderstand brauchst du sowieso, der wird halt dann etwas kleiner.

sagt mir bitte, wenn ich falsch liege..

gruesse

[dennisstrehl]

Du kannst die Leitungen vom µC mit Vorwiderstand an die unteren Transistoren anschließen. Statt der Not-Gatter nimmst du Emitterschaltungen, die mit 12V betrieben werden. Die erfüllen den gleichen Zweck.

Robocat, du liegst falsch.
Die oberen Transistoren werden in Kolektorschaltung betrieben und können den Emitter nur bis ca. 0,7V unter die Eingangsspannung ziehen. Bei 5V Eingangsspannung kämen also etwa 4,3V raus. Bei 12V Eingangsspannung kommen etwa 11,3V raus.

[robocat]

hm.. danke.
ich kann zwar nicht behaupten, es jetzt verstanden zu haben, aber ich werd mich zukünftig mit schlauen kommentaren etwas zurückhalten.
nix für ungut.

gruesse

[dennisstrehl]

Du kannst ja mal nen bisschen in ner Schaltungssimulation rumprobieren, das ist imho die beste Möglichkeit zu verstehen, wie ein Transistor in den verschiedenen Grundschaltungen arbeitet.

MfG

[scales]

dass ich den Microcontroller an die unteren Tranistoren anschliesen kann weis ich

Aber wie du das mit der Emitterschaltung meinst versteh ich nicht,
da kommen doch wieder nur 5V statt 12V hinten raus

[dennisstrehl]

Ganz oben kommen 12V dran, unten Masse. Die Anschlüsse links und rechts gehen zum µC. Für die richtige Dimensionierung muss man auch darauf achten, wie groß der Strom durch den Motor ist, R2 und R3 müssen dann ggf. noch geändert werden. Für R4,5,6,7 nimmt man am besten irgdnwas in der Gegend um 2,2kOhm.

[kalledom]

Du könntest über 1...4,7k die Basis eines NPN-Transistors ansteuern, dessen Emitter am GND liegt und der Collektor an die Eingänge der Inverter und Basen der oberen Transistoren, sowie über 1k an +12V geht.
Die Inverter sollten CMOS-Bausteine bis 15V sein.

Edit: Die Ausgänge der Inverter über 1k an die Basen der unteren Transistoren.

[dennisstrehl]

(Hab den Anhang jetzt draneditiert, hatte ich zuerst vergessen)

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eins versteh ich daran nicht:
(ich erklärs mal an der linken Hälfte)

wenn der linke Eingang low ist werden Q2 und Q6 nicht durchgeschaltet,
Q1 wird aber über R3 durchgeschaltet

somit sind am linken Asnchluss der Last 12V


wenn der linke Eingang low ist werden Q2 und Q6 durchgeschaltet,
aber Q1 wird immernoch über R3 durchgeschaltet

somit gibt nen Kurzschluss


was hab ich daran falsch verstanden?

[dennisstrehl]

Ja, alles NPN. Wie in der Schaltung, die du gepostet hast.

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ne sorry, ich meinte damit dass sich die Frage erledigt hat, mit PNP hätte die Schaltung ja keinen Sinn gemacht,
hab meinen Beitrag über deinem nochmal editiert

[dennisstrehl]

Q6 zieht die Basis von Q1 auf Masse. Dadurch wird der Transistor abgeschaltet. Das funktioniert, weil Q6 stärker ist (bzw. sein sollte) als R3.

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ja stimmt jetzt wo dus sagst,
wenn der Widerstand von Q6 0 wäre, ist das als wär die Basis von Q1 direkt an Masse

was für nen Widerstand hat den ein geschalteter Tansistor ungefähr vom Kollektor zum Emitter?
ist der vernachlässigbar klein wie bei den Kabeln?

[kalledom]

Ein kleines Problem sehe ich allerdings bei dieser Art der Schaltungstechnik.
Im 'Ruhezustand' ist Q1 durch den R3 leitend.
Wird 'High' an die Basen angelegt, schaltet Q2 sofort durch, Q1 sperrt aber erst nach der verzögerten Durchschaltzeit von Q6. Damit wären für einen kurzen Moment Q1 und Q2 leitend, was einem kurzen Kurzschluß entspricht, ein kurzer Kurzer :-)

[dennisstrehl]

Nun, das wäre aber in beiden Schaltungen der Fall :\
Allerdings wird es wohl einen Grund haben, dass eine ähnliche Schaltung für Gegentaktausgänge bei TTL-Bausteinen genutzt werden - So 'nen richtigen Kurzen scheint das nicht zu geben.

[kalledom]

Es ist ein generelles Problem, daß zwei Transistoren, die zwischen Plus und GND liegen und in deren 'Mitte' Plus oder GND rausgeschaltet wird, sich bei der Umschaltung 'kurz treffen'.
Wenn ich mir die unterschiedlichen Ausgangsstufen anschaue und sehe, mit welchen Mitteln und welchem Aufwand dieses 'Überlappen' verhindert oder zumindest gemildert wird ?
Ein richtiger 'Kurzer' ist es nicht, bei schnellen 'Umschaltungen' entstehen jedoch Spitzen oder Spannungseinbrüche, die uns in den 'alltäglichen' Schaltungen ständig begleiten und uns ohne entsprechende Maßnahmen durch Abblockungen an den Versorgungsleitungen ziemliche Probleme bereiten.

[scales]

ich hab das jetzt mal ausprobiert,
aber das funktioniert nicht wirklich

egal was ich mach, beide Motor Anschlüsse sind immer high

kann natürlich sein dass ichs beim löten vermasselt hab, aber die eine Häfte ist ja völlig unabhängig von der anderen,
und es ist unwahrscheinlich dass ich zweimal genau den gleichen Fehler mach

der endgültige Schalplan ist im Anhang
(muss mal ein Schaltplan zeichen Programm besorgen...)

statt den 10K Widerständen hab ich allerdings 100K genommen,
da könnte man aber sowiso noch viel höhere nehmen

die beiden unteren mittleren Anschlüsse sollen zum Mikrocontroller gehen
(die an denen uC steht)

[dennisstrehl]

Das Problem sind die Transistoren ganz unten. Dadurch können die ersten beiden Transistoren der Ausgangsstufe zwar auf Masse gezogen werden, aber nicht auf plus. Sie können so also nicht eingeschaltet werden und bleiben immer aus. Abhilfe schaffen zwei Widerstände von etwa 1kOhm von Plus zu den Kollektoren der ersten beiden Transistoren vom µC aus gesehen.

[scales]

warum können die denn nicht auf plus gezogen werden?
sobald der Mikrocontroller Anschluss auf Masse ist, wird der Tranistor ganz unten doch leitend,
die Tranistoren der Ausgangsstufe sind dann doch auf plus, so wie der Emitter von dem Transistor ganz unten


also ich hab überlegt ob der Widerstand der am weitesten links ist, vielleicht nicht doch zu hoch ist,
wenn der dazugehörige Transistor nicht weit genug durchschaltet, schaltet der ganz oben ja doch durch

aber welcher Widerstand ist da der richtige?
theoretisch muss ja gar keiner hin damit der Transistor komplett leitet,
aber das is ja dann ein Kurzschluss

[dennisstrehl]

Ein NPN-Transistor wird leitend, wenn ein Strom durch die Basis-Emitter-Strecke fließt.

Schauen wir uns mal die Zustände an:
1. Mikrocontroller-Ausgang auf High-Pegel
Der erste Transitor wird leitend und zieht seinen Kollektor dadurch auf Masse. Da die Basen der nächsten beiden Transistoren auf 0 Volt liegen, sperren sie. Der untere zieht den Ausgang also schonmal nicht auf Masse. Der obere Transistor sperrt auch, der Strom fließt dann über den 4k-Widerstand ganz oben in die Basis des oberen Treibertransistors. Der wird leitend und zieht den Ausgang auf 12V.
2. Mikrocontroller-Ausgang auf Low-Pegel
Der Transistor ganz unten leitet nicht. Die Basen der nächsten beiden Transistoren wirken in etwa wie eine Diode, die mit der Flussrichtung in Richtung GND geschaltet sind. Sie ziehen dadurch ihre Basen von selbst auf Masse und sperren. Ab hier ist alles wie in Fall 1.

Abhilfe schafft wie gesagt ein Widerstand, der zwischen Plus und den Kollektor des ersten Transistors (den unten links in der Ecke) geschaltet wird. Er zieht die Basen, wenn der erste Transistor sperrt, in Richtung 12V, wodurch ein Strom durch die Basen fließt und die Transistoren leitend werden. Der untere Transistor zieht dann den Ausgang auf 0V, der obere sorgt dafür, dass der Transistor ganz oben sperrt.

MfG

[PICture]

Hallo!

@denisstrehl

Du hast wahrscheinlich übersehen, das die an uC angeschlossene (untere) Transistoren p-n-p sind.

@scales

Man müsste eigentlich vom Motorstrom ausgehen und die Schaltung entsprechend dimensionieren. Vielleicht haben die Transistoren in der Brücke zu kleine Stromverstärkung um mit 4 kOhm Basiswiderständen dem Motor genug Strom zu liefern ?

MfG :)

[dennisstrehl]

Oh :oops:, Sorry. Meine Erklärung ist dann hinfällig.
Aber ich fürchte, deine Vermutung kann auch nicht ganz zutreffen, denn die oberen Treibertransistoren haben den gleichen Vorwiderstand und werden noch dazu in einer (in diesem Fall) schwächeren Kollektorschaltung betrieben. Und er meinte ja, dass die Ausgänge immer High-Pegel hätten, die oberen Transistoren schalten also ohne Probleme.
Dass man die Schaltung je nach Motorstrom dimensionieren muss, das stimmt allerdings.

MfG

[PICture]

@denisstrehl

Brauchst Dich nicht entschuldigen, mir passiert sowas auch. :)

MfG

[frank-findus]

Hallo,

ich würde vier Optokoppler mit Transistorausgang nehmen, die jeweils mit den Schalttransistoren der H-Brücke eine Darlington-Stufe bilden und alle Probleme sind behoben. Die Ansteuerung erfolgt sauber über entsprechend vorgeschaltete CMOS- oder TTL-Inverter ...

Es gibt sogar Leistungs-Optokoppler, z.B. der PVAZ172N, schaltet bis 60 V bei 1 A und kostet ca. 5 Euro pro Stück, da brauchst du nicht mal extra Schalttransistoren, nur 2 Inverter, direkt vom Microcontroller gesteuert.

Frank

[beast]

also ich hab das ganze etwas anders dimensioniert.

oberen 2 470Ohm und den Rest mit 1k Widerständen, allerdings betreibe ich das ganze mit 2,4V.
(etwas in eigener Sache: kennt wer FET die bei ca. 2V schon durchschalten?)

@scales
2 Dinge:

1. Hast du das schon mal ohne die 2PNP getestet? also deine 5V bzw. 0V direkt bei den Emittern der PNP angelegt?

2. Keine Ahnung was für eine Stromverstärkung die Transistoren haben,
aber bei 5V und 4kOhm sind das 1,25mA für den Ib im unteren Teil der H-Brücke und das ist schon verdammt wenig.
(obwohl ich bei meinen 2,4V und 470Ohm nicht blöd reden darf sind da ja auch nur 5mA :-b)

[scales]

2.also ich bin davon ausgegangen, dass der Motor ca. 1A zieht,
die Transistoren sind TIP140 (bzw. TIP145 (PNP)), die haben 1000fache Stromverstärkung

deswegen hab ich ausgerechnet dass bei den Transistoren direkt am Motor ca. 4KOhm hinmüssen,
und ich hab dann sowiso 3,3K genommen

bei den anderen hab ich ausgerechnet, dass eigentlich ca. 4 MegaOhm davor müssen,
hab dann aber 100K genommen weil das die größten sind die ich hab

aber bei den oberen 100K bin ich mir nicht sicher, da probier ich mal was kleineres



1. ohne die PNP Transistoren hab ichs noch nicht versucht,
das mach ich dann aber bald mal

EDIT:
ich habs jetzt mal ohne die PNP-Transistoren ausprobiert:
wenn ich low anlege kommt wie es sein soll high raus,
wenn ich aber high anlege schalten alle Transistoren durch und es gibt somit nen Kurzschluss

[beast]

wenn du High anlegst müssten Q2 und Q6 durchschalten und an der Basis von Q1 ca. 0V anliegen. Wenn nicht kann es sein, dass die Basis von Q1 nicht am Collector von Q6 anliegt.

Ich oute mich mal, dass ich beim ersten Aufbau die Basis von Q2 statt Q1 erwischt und hab mir so meinen KS zugezogen

hoffe das hilft dir

[scales]

ich hab das nochmal überprüft, ich hab das definitif an den richtigen Stellen verbunden,
und die Chance dass ich auf der anderen Seite den gleichen Fehler nochmal mach halt ich für gering

ich hab jetzt mal die Basis von Q1 direkt mit nem seperaten Kabel auf Masse gezogen,
wenn ich das mach funktioniert alles problemlos

also aus irgendeinem Grund wird Q1 nicht gesperrt sobald Q6 aufgeht


EDIT:
habs jetzt auch mal mit nem kleineren Wiederstand vor Q6 probiert,
aber sogar ein 470Ohm Widerstand hat nichts gebracht, daran liegt also wohl nicht

mein Bruder meint dass ein Widerstand vor der Basis von Q1 helfen könnte,
meint ihr das bringt was das auszuprobieren?
(dafür müsst ich das Zeug erst mal wieder auseinander und neu zusammenlöten)

[beast]

ist zwar weit hergeholt, aber kann es sein, dass der Q6 einen zuhohen Spannungsabfall bei Vce hat und daher Q1 durchschaltet? Ich nehm mal an, dass alle deine Qs der gleiche Typ sind. Der untere H-Brücken-Transistor (Q-nummer vergessen *schäm*) besser durchschaltet als dein Q6 und das du dir so die Spannung zum Durchschalten erhaltest?

hast du schon mal nen großen Widerstand von den 12V gegen die BAsis von Q1 geschalten, oder nen bc574 als Q6 verwendet?

Wie gesagt sehr weit hergeholt, aber es scheint, als ob vom Q6 der Collector nicht gegen Masse geht

[scales]

du hast recht!

ich habs in nem Simulationsprogramm ausprobiert, da funktionierte alles problemlos,
deswegen hab ich einfach mal andere Transistoren genommen und jetzt klappts

anscheinend ham die Darlington Transistoren die ich benutz eine höhere Collector-Emitter Spannung,
als die Basis-Emitter Spannung die zum einschalten gebraucht wird

ich muss jetzt aber neue Transistoren kaufen, von den anderen hab ich nur zwei,
welche sind denn so die Gebräuchlichen?
(NPN und PNP, am besten Kompementärtypen)

und danke für eure Hilfe