Problem mit H-Brücke

[elmar69]

Hallo,

ich hab ein Problem mit einer MOSFET-H-Brücke analog zur Schaltung im Wiki, Schaltplan siehe Anlage.

Problem: Beim Einschalten des Motors läuft dieser nur langsam an (offensichtlich zu wenig Spannung, die Batteriespannung ist aber noch in Ordnung) , der durchschaltende IRF-Transistor wird heiß und anschließend brennt die Sicherung durch.

Im Testbetrieb ohne Motor bzw. mit einem kleinen Motor hat die Schaltung problemlos funktioniert, der als Problem des kurzzeitigen Kurzschlusses beim Umschalten kann es also ehr nicht sein.

Die Ansteuerung erfolgt nur als ein/aus, kein PWM.

Zum Schaltplan:

Die IRF-Transistoren haben das falsche Symbol, dementsprechend sind D und S falsch beschriftet.

Die Z20-Diode am Spannungsregler hab ich in Ermangelung einer Schotky-Diode eingebaut, damit die Stützkondensatoren nicht durch den Schalt-Kurzzschluß bzw. den Spannungsabfall beim Einschalten des Motors entladen werden können. Der Prozessor übersteht die Schaltvorgänge so ohne Reset (auch mit der Z-Diode, obwohl eine Schottky sicherlich besser währe).

Das ULN2003 IC ist ein Transistorschalter, mit dem der Pull-Up runtergezogen wird.

Woran könnte das Versagen liegen?

Könnte einer der Transistoren bereits vorher defekt und deshalb der Last nicht gewachsen gewesen sein? Mit einem Strombedarf von ein paar Ampere sollte der Motor eigentlich kein Problem für die Transistoren darstellen (auch ohne Kühlkörper).

Einen Testlauf mit einer 3-Ohm-Last hatte die Schaltung problemlos geschafft, da wurde im Prinzip nur der Widerstand heiß.

[Hubert.G]

Wo sind die Freilaufdioden für den Motor

[locked]

Hallo, inwiefern benötigt er bei seiner Motorsteuerung mit einr H-Brücke eine Freilaufdiode für den Motor?

Widerspricht irgendwie dem Sinn, den Motor in beide Richtungen laufen zu lassen, oder?

Mfg

[Hubert.G]

Wenn du die Diode parallel zum Motor schaltest, dann ja. Aber schau einmal in das Datenblatt des L298 Seite 6, dort siehst du was man machen soll und ich glaube nicht das sie umsonst dort sind.

[locked]

Hallo,

okay, stimmt schon, so machen die Dioden natürlich Sinn, aber, die L297, L298 Kombination kann ja auch in jenen Mode betrieben werden, wo die beide Transistoren einer Halbbrücke geöffnet werden. Dadurch ergibt sich natürlich eine, durch die Motorinduktivität bedingte, Spannung, welche über diese Dioden abgebaut werden muss, da ansonsten die offenen Transistoren durchschlagen können.

Wenn man jedoch nie alle 4 Transistoren (bzw. nie beide einer Halbbrücke) öffnet, kann der Strom immer über den Lowside FET weiter fließen, und es sollte sich nie eine gefährlich hohe Spannung aufbauen können.

Ob nun in der extrem kurzen Totzeit, welche man zwischen dem umschalten von Hiside MOSFET auch Loside MOSFET einhalte sollte, die Spannung bereits gefährlich werden kann, glaube ich auch nicht, da ja auch die, für den Freilauf verwendeten, Dioden eine endliche Ansprechzeit habe (~60ns).

Mfg

[shaun]

Es ist irgendwie belustigend, wie mindestens einmal im Monat jemand mit dieser Schaltung gegen die Wand rennt. Wenn man sich noch nicht so sicher ist, reicht es eigentlich, einmal die letzten H-Brücken-Threads zu lesen um festzustellen, dass Frieden und Glückseligkeit sich in aller Regel erst einstellten, wenn die missratene 7426-Ansteuerung und ihre Derivate durch eine fachgerechte Treiberschaltung ersetzt wurden.
Spätestens sobald eine Gegen-EMK in dieser Schaltung ins Spiel kommt, kommen die Querströme so richtig schön zum tragen und der Kram raucht ab. Die MOSFETs müssen so schnell wie möglich und ohne Überlappung gesteuert werden. In dieser Schaltung ist das schlicht nicht möglich, nimm einen Treiberbaustein (IR2xxx oder HIP408x oder oder oder) und Du kannst Dich den eigentlichen Aufgaben Deines Projektes zuwenden.
Wad die Dioden angeht: wenn man im Freilauffall die beiden oberen oder die beiden unteren MOSFETs schnell genug aufsteuert, fliesst der Strom über die MOSFETs weiter, die kurze Spitze während des Umschaltens fangen die Body-Dioden ganz gut auf. Ohne diese Ansteuerung müssen die Body-Dioden halt den gesamten Strom tragen, ob sie das überleben, steht im Datenblatt.
Beim L298 sind die Dioden obligatorisch, da das Ding bipolar ist.

@locked:... was auch der Grund dafür ist, dass man beim L298 in jeder Betriebsart die Dioden braucht. Auch in MOSFET-Brücken gibt es die Betriebsart, in der der Strom über die Dioden in die Versorgung rückgespeist wird. Im übrigen: welche Ansprechzeit meinst Du? Mir scheint, Du verwechselst hier irgendwas mit der Rückwärtserholzeit

[elmar69]

Wo sind die Freilaufdioden für den Motor

Die sind noch nicht eingebaut, da ich gerad keine Schottky-Dioden da hatte.

Prinzipiell haben die Transistoren aber entsprechende Diodenfunktionalität eingebaut.

Zum anderen sind die Freilaufdioden zum Abfangen von Abschaltströmen da, das Problem ist allerdings vor dem Abschalten des Motors eingetreten und dürfte sich deshalb nicht so einfach auf die fehlenden Freilaufdioden zurückführen lassen.

[Hubert.G]

Es könnte schon wie von "shaun" beschrieben das Problem mit der Umschaltzeit sein. Ich nehme an das in Ruhe Vor- und Rücklauf auf L sind, damit sind beide BUZ11 offen, beim schalten in eine Richtung öffnet dann der IRF über dem BUZ ,der schließen soll, schneller öffnet, dann kommt es zu einem Querstrom zusätzlich zum Motorstrom.
Du könntest mal probieren beide Eingänge auf H zu legen, dann sollten beide IRF offen sein und dann einen Eingang auf L, dann sollte sich die Schnelligkeit des IRF nicht negativ auswirken.

[elmar69]

Du könntest mal probieren beide Eingänge auf H zu legen, dann sollten beide IRF offen sein und dann einen Eingang auf L, dann sollte sich die Schnelligkeit des IRF nicht negativ auswirken.

Was mit nicht klar ist: Warum soll es einen Vorteil bringen, wenn ich die H-Brücke auf beiden Seiten umschalte statt nur auf einer zu schalten.

Im Leerlauf verträgt die Schaltung die Schaltvorgänge problemlos, der Stromfluss zwischen dem oberen und unteren Transistor einer Seite dürfte doch mit und ohne angeschlossenen Motor gleich auftreten.

Im übrigen ist der Stromimpuls durch die Widerstandswerte der beiden Transistoren und den Messwiderstand bereits auf ca. 68A begrenzt, was noch innerhalb der Spezifikation der beiden Transistoren liegt, die können Impulse von deutlich über 100A aushalten. Bei zu vielen Impulsen wird der Transistor allerdings zu heiß.

[Hubert.G]

Der IRF ist wesentlich schneller beim schalten. Vielleicht sehe ich in deiner Schaltung was falsch, wenn beide Eingänge L sind, sind beide BUZ offen. Wenn du beide Eingänge auf H legst sind beide IRF offen.

[elmar69]

Der IRF ist wesentlich schneller beim schalten. Vielleicht sehe ich in deiner Schaltung was falsch, wenn beide Eingänge L sind, sind beide BUZ offen. Wenn du beide Eingänge auf H legst sind beide IRF offen.

Die Schaltfunktion ist schon richtig.

Beide Eingänge auf L ist der Ruhe-Zustand der Schaltung, die Gates sind dann durch die Pull-Ups mit 12V verbunden.

Dachtest Du daran, den Ruhezustand grundsätzlich auf HH zu ändern?

Oder geht Deine Überlegung dahin, dass der Querstrom nicht gleichzeitig mit dem Anlaufstrom des Motors auftreten sollte?

Bei letzterem macht die Schaltfolge LL HH HL wiederum Sinn, da der Querstrom beim ersten Schaltvorgang und der Anlaufstrom beim zweiten auftritt. Als Pause zwischen den Schaltvorgängen sollte 1ms großzügig bemessen sein.

[Hubert.G]

Ich dachte daran den Ruhezustand auf HH zu ändern. Probier mal den Motor aus diesem Zustand weglaufen zu lassen.

[elmar69]

Ich dachte daran den Ruhezustand auf HH zu ändern. Probier mal den Motor aus diesem Zustand weglaufen zu lassen.

Werde ich mal ausprobieren. Die Querstrom-Problematik dürfte sich dann allerdings auf das Ausschalten verschieben, da muss dann der BUZ zu und der IRF losgemacht werden. Die Variente mit LL Ruhezustand HH vor dem Einschalten gefällt mir da besser.

Vielleicht fällt noch jemand anderem was zum Unterschied zwischen

Ruhe LL, HL, Motor läuft, LL Ruhe

Ruhe LL, HH, Delay, HL, Motor läuft, LL Ruhe

Ruhe HH, HL, Motor Läuft, HH Ruhe ein.

[elmar69]

Ich hab die Schaltung um die Freilaufdioden ergänzt, und die defekten Transistoren getauscht. Die Schaltung hat dem Scheibenwischermotor jetzt standgehalten.

Ich fange jetzt mit einer Überarbeitung des Wiki-Artikels an, schaut mal rein, was da noch zu korrigieren ist.