H-Brücke

[Elefunty]

Hallo
ich hab mir neulich mal die Transistoren für eine H-Brücke bestellt, und aufgelötet. Positiv-die Technik hat auch funktioniert. negativ: beim löten hab ich wahrscheinlich einen großteil der Transistoren durchgebraten :(
naja anfänger eben^^ besonders dusselig war es dann, nichtmal ersatz mitzukaufen. Da ärgere ich mich immer noch drüber^^

naja zurück ans zeichenbrett, nein eher an den PC, und was neues ausgedacht.

Diesmal mit Mosfets. Ich werde gleich ein wenig ersatz mitkaufen, und die Dinger sockeln^^
Ich dachte mir, dass IRFZ34N ganz gut geeignet wären. 20A bei 70° und 29A bei 25° Dauerleistung, 120A glaub ich spitze.
ich habe diese Schlatung dann einige Zeit in Target mit Spice getestet, bis sie genau das tat was ich wollte, zur sicherheit frag ich aber nochmal hier (nichts geht über erfahrung und sachverständnis, auch keine Computersimulation^^), ob das so in Ordnung wäre:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/pic_115.jpg
wie gesagt, in Spice aus target funktioniert es gut, ok es schwingt ein mini bisschen, aber damit kann man/ich leben. mir ist klar, dass das jetzt ein eagle sch. ist, nicht target. das ist deshalb so, da die original target datei ein wenig zu unübersichtlich ist. darum hab ichs nochmal gemacht, in eagle, weil ich eagle besser find.

gibt es bei mosfets etwas spezielles zu beachten? abgesehen davon dass ie empfindlich uaf statische aufladung sind? (da dann vorher die Heizung begrabbeln oder?:P)


sone brücke ist ja nicht gerade sicher vor Kurzschlüssen durch Ansteuerung beider Eingänge. Ok, das ließe sich durch peinlichgenaue programmierung sicher in den Griff bekommen, aber toll ist das doch nicht.
ich dachte mir, man könnte das iwie mit And Gattern und Invertern lösen:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/save1.jpg
das sollte doch den anderen blockieren, solange der erste an ist. was ist aber, wenn beide zeitgleich angehn? dann fängt es imo saumäßig an zu schwingen, und ist nicht wirksam, oder?
oder variante2:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/save2.jpg
dann wir aber, sobald zwei signale kommen, egal welches zuerst war, alles erstmal abgeschaltet. Ok das hat auch vorteile, aber es ist nicht das gelbe von Ei.
welche schaltung würdet ihr mir empfehlen?
oder gibt es in ähnlicher einfachheit und preis eine andere Methode?
iwie glaub ich, dass es mit Flipflops gehen könnte, das ist mir aber doch zu kompliziert und flipflops sind ein wenig teurer, glaub ich.

Ele

[Volker-01]

Ich möchte jetzt erst einmal nur die H-Brücke betrachten:

Welche Betriebsspannung wirst du verwenden und mit welchen Spannungen gehst du auf die Gates ?

[Elefunty]

Betriebsspannung erstmal 5V-12V
Gates mit 5V aus LPT oder Kurzschluss-Vermeide-Logik

Ele

[Volker-01]

Ach egal, ich vermute jetzt einfach erst einmal.

Mal angenommen die Versorgung der H-Brücke geschieht mit 12V und die Ansteuerung an den Gates mit 5V. Dann werden die unteren Mosfets "durchschalten" aber die oberen werden nur in den linearen Betrieb gehen und nicht richtig "durchschalten". Das heist, das deine oberen Mosfets (Highside-Fets) über der Drain-Source-Strecke ein Spannungsabfall von im Angenommenen Fall ca. 8,5V bestehen wird. Das heist du wirst hier sehr große Verlustleistungen haben und die Motorspannung wird warscheinlich nicht über die 3V herausgehen. Die Ansteuerspannung an den Gates der oberen Fets muss oberhalb der Batteriespannung liegen(z.B. 17V), oder du musst oben P-Kanal-Fets nehmen. Zum anderen sind die Dioden, die du genutzt hast nicht besonders gut für diese Anwendung geeignet. Besser wäre hier eine schnelle Schottky-Diode.

Gruß, Volker

[Gock]

Ja, so sieht es aus. Ich kann auch wirklich nicht glauben, dass Spice diese Schaltung zu Deiner Zufriedenheit simuliert hat, aus ^besagtem Grund. Außerdem sind die 47kOhm vor den Gates extrem kontraproduktiv, weil sie die Schaltzeit der FETs stark erhöhen.
Eine Prioritätsschaltung für die FETs ließe sich auch mit einem einzigen OpenKollektor-Inverter lösen, zb ULN2803.
Den Pulldown würde ich kleiner machen, so 10-100k
Gruß

[Elefunty]

das mit den dioden muss ich dann wohl nochmal schaun.
ich verstehe nicht ganz, was du genau meinst mit linearbetrieb.
also ich hab nochmal versucht ein biscshen zu messen (mit dem Oszi von Spice):
wenn zwei diagonale Fets durchgesteuert werden, liegt am lowside drain 6V nach gnd und nach + auch 6V.
Am highside Source liegt 12V nach + und 0V nach masse.
Bei einem Lastwiederstand von 8 Ohm, was der spule meines Motors (Step, bipolar) entspricht, bleibt der highside source teil auf 0 und 12 V (s.o.) und der lowside drain auf 1V nach gnd und 11 V nach +.
es fließt durch die Spule ein Strom von ca 110 mA. du scheinst recht zu haben! ich glaub jetzt, dass mit Linearbetrieb gemeint ist, dass sich die durchschaltung des highside mosfets nach dem Lastwiderstand richtet. das würde mir einleuchten.

P-Kanal Fets wäre das einfachste, allerdings wollte ich diese vermeiden, da sie etwas teurer sind, und Rds,on höher ist.
diese werde ich wohl zwangsläufig im hinterkopf behalten müssen.
sonst käme doch noch die bootstrapping methode in frage. wie wärs z.B. mit NE555 als Spannungsdoppler (http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0206161.htm) und vllt ne Zener rein, die das dann auf 5,1V nach Vcc(12V) begrenzt.
Dann die Sources zusammen auf +12V und drain an motor. Gate wird mittels Transistor durch den Spannungsverdoppler gesteuert.

oder wie wärs, wenn man einfach ein zweites netzteil (oder Batterien, ich bin allerdings kein Batterie fan) zum ansteuern der Highside Gates nimmt?

oder doch wieder bipolar?? :)

was meint ihr??

edit: hab den letzten beitrag noch nicht gesehen:
andere -kleinere- widerstände:Ok. lässt sich machen^^
wie du die Prioritätsschaltung jez genau meinst, ist mir nciht ganz klar, oder meinst du den ULN nur als inverter? dann hast du nat. recht!

Ele

[Gock]

Du schaltest den ULN zwischen die beiden Steuerleitungen. Wenn beide HIGH sind, zieht eine die andere auf LOW. So kann immer nur die priorisierte HIGH sein. Das ginge auch mit einem einfachen Transisor.
Die 47k Rs müssen da weg.

[Elefunty]

dann werde ich das wohl so machen...
Ele

[avion23]

- highside mosfets als konstanstromquelle geschaltet --> bootstrapping verwenden
- keine deadtime ---> querströme

Google & korrigier es bevor shaun den Thread findet :P

[Volker-01]

Hallo Ele,

sorry, das ich erst jetz wider Antworte, aber ich bin am lernen für die Klausur am Montag.

Hab dir jetzt mal so auf die schnelle eine kleine Sim gemacht zum Problem bei dir. Iss nicht so sehr umfangreich, aber es soll ja nur zum vorführen der Problematik dienen.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/mosfet_173.jpg

(Der Mosfet-Typ ist erstmal völlig egal, also nicht dran stören.)

Die Spannungsquelle V2 generiert die Spannung mit der Flanke bei 0,5sec. von 0 auf 5V. Der Mosfet bekommt 12V an seinem drain angelegt. Die Motorspannung stellt sich auf einen Wert von ca. 3V ein. Auch wenn du die 12V nun verändern würdest, würde die Motorspannung sich nicht sonderlich verändern.


https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/mosfet2_103.jpg

Wenn du möchtets, das die Motorspannung auf 12V liegt, dann musst du wie im 2. Bild die Spannung am Gate auf einen Wert oberhalb der 12V anheben (hier 15V).



Hab dir mal einen Ausschnitt einer recht alten Schaltung von mir mit angehängt. Da hab ich mal was ausprobiert, was ich hier im Roboternetz-Forum aufgeschnappt habe. Deshalb lass mal besser den Transistor T7 und den Widerstand davor außer acht.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/scheme_329.jpg

Gruß, Volker

[elmar69]

Ich dachte mir, dass IRFZ34N ganz gut geeignet wären. 20A bei 70° und 29A bei 25° Dauerleistung, 120A glaub ich spitze.


Das ist nichtmal ein Logik-FET, der schaltet erst bei 10V voll durch. Direkt am 5V-Port geht da vermutlich garnichts.

Hast Du den Wiki-Beitrag zur Getriebemotor-Ansteuerung gelesen, da steht einiges zur H-Brücke drin.

[Volker-01]

Laut Dateblatt tut der schon bei Ansteuerung mit 5V, nur ist der da halt nicht ganz so leistungsfähig.

[shaun]

Ja schon, aber 5V zwischen Gate und Source, naja, lass es nur 2V sein, es ändert nichts daran, dass der MOSFET so als Sourcefolger arbeitet und bei Ug=5V nie mehr als 3V am Source anliegen werden.
Wenn auch nur ansatzweise Leistung von so einer H-Brücke verlangt wird, nimm 4 N-Kanäler und einen passenden Treiber mit Bootstrap (achte aber darauf, dass viele ICs nur dynamisch korrekt arbeiten, heisst: der untere MOSFET jedes Brückenarmes muss ab und zu mal leiten, damit sich der Bootstrap-C aufladen kann; andere ICs haben dafür eine Ladungspumpe an Bord)
Für Kleinkram (<<1A) gibt es mehr als genug integrierte Fertiglösungen, in einem Projekt hatte ich zB einen L272 als Motortreiber.

@avion: ha, gefunden :)

[Volker-01]

@shaun

Ich weis zwar nicht mehr, wer damals vor ein paar Jahren den Versuch gemacht hat, den Strom durch die Halbbrücken mittels des Spannungsabfalls an den Lowside-Fets zu messen, aber evtl. weist du ja, was aus dem Motorsteuerungsprojekt geworden ist?

Gruß, Volker

[Elefunty]

Kein Problem.
Ach du dicker Hering... das ist ja noch komplizierter als ich dachte.
naja, dann werden es wohl doch wieder Bipolar-transistoren.
Damit hatte ich wenigstens schon mäßigen Erfolg (schaltung/Aufbau funktionierte, allerdings waren einige transistoren wohl schon platt vom Löten).

dann aber ordentlich BD typen, welche? wie wärs mit BD649 & BD650(gut, da darlington)? oder sonst noch BD711+BD712 oder was ganz anderes?
den kleinen transistor zum steuern wird wahrscheinlich ein BC337-25 (zu not auch 40). für die widerstandsberechnungen bin ich grad zu müde, das mach ich morgen.

dann is noch die frage, wie ich die sockeln soll. einreihige sockelleisten? IC sockel (8 oder 6 Polig,da die 8er billiger sind)? oder was anderes?
wie siehts bei den Sockeln mit Platz für dioden aus?

außerdem weiß ich nicht, wie ich die subd buchse auf der Lochraster unterbringen soll. ich dachte daran, mir einen adapter auf ic-größe zu basteln...

Ele

[avion23]

Wenn du die Schaltung wirklich benutzen möchtest, würde ich das mit den Sockeln lassen. Da kommst du auch nur durcheinander, es fällt immer wieder etwas auseinander, du hast die Übergangswiderstände... und am wichtigsten: so lernst du löten ;)

Deine erste Schaltung war IMHO die beste die ich je hier im Forum gesehen habe. War doch *fast* alles in Ordnung. Warum gibst du jetzt auf?
Für die oberen FETs p-mosfets verwenden & pull-ups. Das war's dann eigentlich schon. Hohe Frequenzen darfst du nicht damit fahren, würde aber funktionieren. Das NAND-Gatter-grab würde ich nicht aufmachen, das lohnt sich nicht. Nimm einfach 4 pins vom LPT port, dann kannst du auch die deadtime softwareseitig lösen.

Es muss ja nicht immer perfekt sein, erstmal soll es funktionieren.