H-Brücke - geht das so??

[devil4711]

Hi @All,

ich möchte mir einen kleinen Speiseaufzug bauen. Dazu habe ich einen
Motor 24V 6Amp. Leider habe ich noch nicht viel mit Motorsteuerungen
gemacht. Habe viel -Google ist dein Freund- gemacht und mich dann an
eine H-Brücke gesetzt. Kann das PDF im Anhanb so funktionieren - oder
kann man was besser machen!?

Liebe Grüße
Klaus

[ranke]

Geht wohl nicht so.
Damit durch T1 bzw. T3 ordendlich Strom fliesst, sollte die Gatespannung etwa 5 bis 8 Volt höher sein als die Sourcespannung.
Bei Deiner Beschaltung der Treiber IR2101 liegt aber an VB nur 12V. Das wäre dann auch die maximale Spannung am Gate von T1/T3.
Geschickter ist es für den positiven Strang P-Kanal MOSFETS (z.B. den IRF 7240) zu nehmen.
Dann braucht man zur Ansteuerung keine Spannungen, die außerhalb der Betriebsspannung des Motors liegen, außerdem ist der Spannungshub, den der Treiber aufwenden muss geringer, da Source an der Betriebsspannung liegt.
Was mir auch nicht ganz klar ist, wofür sind die Gatewiderstände R1 bis R4?

[devil4711]

Hallo ranke,

ich dachte der IR2101 ist ein floatender Treiber, welcher die Spannung automatisch erhöht!?

Liebe Grüße
Klaus

[ranke]

Hallo Klaus,
schau mal im Datenblatt für den Treiber:
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2101.pdf
Seite 4 das obere "Functional Block Diagram" an.
dort sieht man rechts ganz deutlich, dass der Ausgang "HO" durch eine Gegentaktendstufe zwischen dem Potential von VB und VS geschaltet wird.
HO hat also entweder das Potential VB oder VS.
Das "floating" bezieht sich wohl auf die grosse mögliche Spannungsdifferenz zwischen HO und LO (bis zu 600V).



Was mir auch nicht ganz klar ist, wofür sind die Gatewiderstände R1 bis R4?


das würde mich auch mal interessieren, ich hätte schon aus Gründen der Schaltgeschwindigkeit den Treiber direkt ans Gate angeschlossen, aber vielleicht liege ich da irgendwo falsch?

[devil4711]

Hallo ranke,

die schreiben doch im Datenblatt Vb = Vs + 15Volt!

Und im Blockdiagramm steht auch etwas von HW-level shift

Liebe Grüße
Klaus

[Jakob L.]

Hallo,

das Prinzip der Schaltung ist, dass sich der Kondensator C2 auf ca. 11,3V auflädt, während T2 durchgeschaltet ist. Wenn nun T2 sperrt wird und T1 angesteuert wird, dann kommt die Energie für die Ansteuerung des Gates von T1 aus dem Kondensator C2. Damit kann insgesamt eine Gatespannung von maximal ca. 10-11 Volt über der Versorgungsspannung erreicht werden. Das reicht aus, um den Mosfet gut durchzuschalten. Wenn der Motor jedoch dauerhaft eingeschaltet sein soll, dann muss man aufgrund von Leckströmen dennoch zumindest ab und zu T2 durchschalten, so dass sich C2 wieder neu aufladen kann. Die Schaltung hat den Vorteil, dass man keinen teuren P Kanal Mosfet braucht.

Gruss
Jakob

[ranke]

die schreiben doch im Datenblatt Vb = Vs + 15Volt!


Bei den "recommended operating conditions" steht für
VB min = Vs + 10V
VB max = Vs + 20V
Das sind aber kein Spannung, die der Chip intern erzeugt, sondern Spannungen, die Du aussen anlegen sollst. ich kann das Blockdiagramm anders nicht interpretieren.



Und im Blockdiagramm steht auch etwas von HW-level shift


Im Blockdiagramm steht auch HV-level shift. Das ist die Stufe, in der das Logiksignal auf das Spannungsniveau der High-side gehoben wird. Das bedeutet nicht, dass der Chip intern diese Spannung erzeugt, die muss man schon selbst aussen anlegen, dazu gibt es ja die Anschlüsse VB und VS (Der Chip weiss ja auch gar nicht, auf welchem Spannungsniveau du an der high-side arbeitest, spezifiziert ist er für 600V, bei Dir sind es ja nur 24V).

[devil4711]

Hallo Jakob,

also, so wie es jetzt aussieht, kann ich mal spannung anlegen, ohne das es raucht!?

Liebe Grüße

Klaus

[ranke]

Wenn Du grössere Lasten anhängst, dürften T1 bzw. T3 recht bald verduften.

[devil4711]

Warum verduften??

Der hat doch einen sehr kleinen RDSon!?

[ranke]

Warum verduften??

Der hat doch einen sehr kleinen RDSon!?


Also ins Datenblatt:

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7468.pdf

geschaut und gerechnet:

Wenn T1 durchgeschaltet wird, liegt UG=12V-0,7V=11,3V am Gate (Die 0,7 V ist der Spannungsabfall an D5).

Vorausgesetzt, es fliesst ein Strom von 6A durch Deinen Verbraucher (das war Dein Auslegungskriterium).

Damit gehen wir in die Ausgangskennlinie (Fig.1, obiges Datenblatt, Seite 3 links oben) und sehen, dass zu ID=6A etwa VGS=2,4V gehören.

Damit ist die Sourcespannung bei US=UG-2,4V=8,9V.

Am Transistor fällt eine Spannung von UDS= 24V-8,9V= 15,1V ab.

Oder ein RDSon von 15,1V/6A=2,5Ohm. Soviel zum Thema niedriger RDSon.
Das sind runde 90W Verlustleistung am Transistor, das wird er nur für Sekundenbruchteile machen.

Um einen anständigen RDSon zu erreichen, musst Du Ihm schon 30V am Gate geben.

[devil4711]

????? Ich komme da auf etwa 0.012Ohm !!!

[devil4711]

????? Ich komme da auf etwa 0.012Ohm !!!

[ranke]

????? Ich komme da auf etwa 0.012Ohm !!!


Das ist etwa der Wert, den der Hersteller für UGS=10V angibt. das heisst Das Gate hat eine um 10V höhere Spannung als Source. Source hat etwa die selbe Spannung wie Drain (den Spannungsabfall von 6A an 12mOhm vernachlässige ich mal), das bedeutet, das Du eine Gatespannung von 34V brauchst, um die 12mOhm zu bekommen.
Leider macht das Dein Treiber nicht mit, dort ist in den Grenzwerten angegeben, dass VS nicht kleiner als VB -25V sein darf.

[shaun]

@OP: ja es geht so, nur muss Du wie Jakob schon schrieb dafür sorgen, dass sich der Bootstrap-C regelmäßig aufladen kann. Diese Schaltung ist also für ein Puls-/Pausenverhältnis < 1 geeignet, wenn Du versuchst, den oberen MOSFET dauerhaft durchzuschalten, wird er während der Bootstrap-C sich entlädt irgendwann sehr sanft abgeschaltet - zu sanft, da er dann in den linearen Bereich kommt und abraucht, sofern Laststrom fliesst.

@ranke: wenn Du das Blockschaltbild nicht [richtig] interpretieren kannst (wie Du selbst schreibst), dann tu Dir doch wenigstens den Gefallen und lies den allerersten Punkt der Feature-Aufzählung auf der allerersten Seite.
Was steht da? Bootstrap. Und warum stellst Du eben diese vom Hersteller intendierte und von Jakob L. bereits beschriebene Funktion in allen Deinen Postings so vehement in Abrede?
Ein bisschen Überlegen hätte auch geholfen: Du selbst hast doch geschrieben, dass die "obere" Spannung bis 600V betragen darf. Und wie stellst Du Dir das ohne Bootstrapping vor? Soll der obere MOSFET dann für eine Vgs von 600V geeignet sein?!
Natürlich nicht, und natürlich muss der Chip auch gar nicht "wissen", wie hoch die Betriebsspannung ist, es reicht ihm völlig, dass eine um 11-12V gegenüber dem Ausgang der Brücke erhöhte Gatespannung für den Highside-Schalter zur Verfügung steht.

[ranke]

Und warum stellst Du eben diese vom Hersteller intendierte und von Jakob L. bereits beschriebene Funktion in allen Deinen Postings so vehement in Abrede?


Weil ich das - wie auch den Beitrag von Jakob L. - glatt übersehen habe.
Danke, jetzt habe ich auch wieder etwas gelernt!

[shaun]

Hihi, das habe ich gemerkt. So vehement von falschen Fakten auszugehen lässt doch sehr darauf schliessen, dass Du es übersehen hast. Wenn Du es nicht verstanden hättest, hätten Dich die anderen viel schneller verunsichert :) Trotzdem, Deine Befürchtung, dass es qualmen könnte beschleicht mich auch - wenn er nämlich doch versucht, 100% Tastgrad zu erreichen :-b

[ranke]

So vehement von falschen Fakten auszugehen lässt doch sehr darauf schliessen, dass Du es übersehen hast. Wenn Du es nicht verstanden hättest, hätten Dich die anderen viel schneller verunsichert


Ja, das ist wohl wahr. Man versucht eben sein bestes zu geben - manchmal ist das aber nicht genug. Und so ein kleiner Elko an einem Versorgungsspannungseingang ist ja auch meist ziemlich unverdächtig, da denkt man nicht gleich an einen Schaltungstrick.



Trotzdem, Deine Befürchtung, dass es qualmen könnte beschleicht mich auch - wenn er nämlich doch versucht, 100% Tastgrad zu erreichen


Da bin ich nicht einmal so sicher. Wenn die Leckströme niedrig sind, kann das schon eine Weile gehen. Schließlich fährt so ein Speiseaufzug nicht ewig in die selbe Richtung.

[shaun]

Darin sehe ich aber gerade die größte Gefahr. Wenn der untere MOSFET im Ruhezustand nicht leitend gehalten wird, verdünnisiert sich die Ladung vom Bootstrap-C nach und nach und beim nächsten Einschalten eines der Brückenzweige dampft der Highside-FET ab. Empfehlung daher: immer etwas choppen und im Ruhezustand die beiden unteren MOSFETs leitend halten.