Motoransteuerung mittels PWM

[Katja]

tausend Dank für die Antworten!

hab jetzt mal die PWM-Frequenz so hoch gedreht wie's nur geht (16kHz) und der Motor ist jetzt viel besser einstellbar und das Rechtecksignal wird auch langsam sichtbar. Das einzige was vermutlich noch sein muß, is das beide oberen Transistoren der H-Brücke in der Low-Phase offen sind. Würd dafür nochmal zu dem geschlossenen Transistor einen weiteren parallel schalten und den negiert mit dem PWM ansteuern. Gibts dafür vielleicht ein IC zum invertieren? Un ich hätt auch noch ne Frage zu den Transistoren. Hab leider noch nicht wirklich den Unterschied zwischen NPN und PNP begriffen (trotz einiger Lektüre). Ist es so das die beiden oberen Transistoren stromlos offen sind??? Und halt mit Strom zumachen? Weil dann könnt ich ja einfach noch so'nen PNP parallelschalten und den ohne voherige Invertierung mit dem PWM ansteuern, oder?

[Manf]

Anstelle von recht vielen pnp oder npn Transistoren wird man besser Fets einsetzen, die den Strom in beiden Richtungen durchschalten. Man kann dann zwei Fet Treiber einsetzten die die beiden Pole des Motors ansteuern.

Der TC4469 ist grundsätzlich so ein Baustein, er ist allerdings im Betrieb mit 5V nicht sehr niedrohmig ( ca. 20 Ohm pro Ausgang). Der ICL 7667 müßte ein bisschen besser sein. Seine Daten bei 5V kenne ich allerdings nicht. Andererseits benötigt der Motor wohl auch nur einen Strom von ca. 30mA.

Vielleicht kennt jemand noch einen beseren FET-Treiber.
Manfred

[sigo]

Wie wärs mit einem 1k Widerstand vom Und-Gatter zur Basis des oberen Transistors - in Manfs Schaltung wäre das Pin 11 zu T1 und Pin 3 zu T3, entsprechendes für die andere Endstufe.

Wenn PWM 0 ist, werden so beide oberen Transistoren durchgesteuert.
Einer voll, der andere etwas schwächer (2,5V über 1k), sollte aber stark genug sein, sonst muss man evtl. mit den Widerstandswerte variieren.

Wenn PWM 1 ist, passiert nix, da der obere Transitor noch "auser" gemacht wird, sofern der Ausgang nah genug an Vcc rankommt (<<0,5V)
Da die PWM der gegenüberliegenden Brücke sowieso dann "0" ist, wird der aktive High-Side-Transistor noch besser durchgeschaltet..

Dies soll erstmal nur ein Diskussionsvorschlag sein.
Keine Garantie, dass es klappt.
Wäre aber einfach und müsste eigentlich gehn, wenns denn vom Timing her klappt. Was meint ihr?

sigo

[Manf]

Bild hier  
Wenn man die Diode D3 für den Stromfluss in grün mit dem pnp Transistor T3 kurzschließen wollte, dann müßte man ihn invers betreiben.

Der Basisstrom fließt dann vom Kollektor zur Basis. Der Kollektor läge dabei auf Ub und die Basis auf Ub +0,7V. Die Ansteuerung ist etwas schwierig.

Mit einem FET der seinen Kanal in beiden Richtungen durchschaltet wird es einfacher gehen.
Manfred

[waste]

Wie wärs mit einem 1k Widerstand vom Und-Gatter zur Basis des oberen Transistors - in Manfs Schaltung wäre das Pin 11 zu T1 und Pin 3 zu T3, entsprechendes für die andere Endstufe.

Wenn PWM 0 ist, werden so beide oberen Transistoren durchgesteuert.
Einer voll, der andere etwas schwächer (2,5V über 1k), sollte aber stark genug sein, sonst muss man evtl. mit den Widerstandswerte variieren.

Wenn PWM 1 ist, passiert nix, da der obere Transitor noch "auser" gemacht wird, sofern der Ausgang nah genug an Vcc rankommt (<<0,5V)
Da die PWM der gegenüberliegenden Brücke sowieso dann "0" ist, wird der aktive High-Side-Transistor noch besser durchgeschaltet..

Dies soll erstmal nur ein Diskussionsvorschlag sein.
Keine Garantie, dass es klappt.
Wäre aber einfach und müsste eigentlich gehn, wenns denn vom Timing her klappt. Was meint ihr?

sigo

Das klappt nicht mit dem original verwendeten UND-Gatter CD4081. Der Ausgang des CD4081 ist zu hochohmig um die Last (1kOhm) nah genug an die Versorgungsspannung und GND zu treiben (<0.5V). Ich schätze mal, da wird eine Spannung von ca. 1.5V übrigbleiben. Damit sind dann beide Transistoren (z.B. T1 und T2) leitend und es fließt ein großer Querstrom. Abhilfe wäre ein UND-Gatter in HC- oder AC-Technologie, die sind niederohmiger. Ich habe aber leider auf die Schnelle keinen HC- oder AC-Baustein gefunden der pinkompatibel zum CD4081 ist. Nur den 74HC08, der hat aber bei 2 Gattern eine andere Pinbelegung, da müsste man umverdrahten.
Zudem würde ich anstatt eines zusätzlichen Basiswiderstands für die oberen Transistoren gleich den jetzigen Widerstand R1 bzw. R3 umverdrahten und auf den Ausgang des UND-Gatters legen, das sollte auch funktionieren.

Eine andere Möglichkeit wäre, wenn man keine HC/AC-Bausteine auftreiben kann, einen zweiten CD4081 für die oberen Transistoren verwenden. Den zweiten CD4081 einfach auf den ersten huckepack löten, aber nur bei den Eingängen und der Versorgung. Die Ausgänge nach aussen biegen und an die Basiswiderstände R1, R3, R5, R7 anschließen. Damit ist der zweite CD4081 an den Eingängen parallel geschaltet und die Ausgänge treiben nur jeweils den oberen Transistor.

Gebe auch keine Garantie, dass es funktioniert. War nur eine schnelle Überlegung zur Diskussion. Was meint Ihr?

Waste

[Manf]

Noch einmal zur Ansteuerung von T3:

In der Sperrphase des PWM Taktes fließt der Strom vom Motor aus über D3 zur Versorgungsspannung (Diodenpfeilrichtung). Soll das Schaltverhalten verbessert werden und die Diode D3 durch den Transistor T3 kurzgeschlossen werden, dann benötigt er für den inversen Betrieb an seiner Basis eine Spannung die um eine Diodenschwellspannung oberhalb der Versorgungsspannung der Brücke liegt.

Wenn diese Spannung (oberhalb Ub) für den pnp Transitor nicht erzeugt wird, dann muss es die Diode D3 alleine schaffen. Dabei fällt an ihr eben die Schwellspannung ab.

Möglich wäre die Funktion mit einem FET anstelle des pnp Transistors der dafür keine Hilfsspannung benötigt.
Manfred

[waste]

Manfred, das sollte auch so mit den Transistoren gehen. Solange ein Basisstrom fließt, leitet der Transistor, auch wenn er eine inverse Kollektorspannung hat. Zwar ist die Stromverstärkung nicht mehr berauschend, aber er leitet.

Soll das Schaltverhalten verbessert werden und die Diode D3 durch den Transistor T3 kurzgeschlossen werden, dann benötigt er für den inversen Betrieb an seiner Basis eine Spannung die um eine Diodenschwellspannung oberhalb der Versorgungsspannung der Brücke liegt.
Wenn diese Spannung (oberhalb Ub) für den pnp Transitor nicht erzeugt wird, dann muss es die Diode D3 alleine schaffen. Dabei fällt an ihr eben die Schwellspannung ab.

Das geht nicht Manfred. Beim PNP-Transistor fließt kein Basistrom, wenn man die Basis positiv vorspannt. Da ist der Basis-Emitter-Übergang in Sperrrichtung. Erst bei der Durchbruchspannung fließt dann ein Strom, aber das wäre nicht Sinn der Sache. Die Basis muss also negativ vorgespannt sein, damit ein Basisstrom fließt.

Aber du hast schon recht, eine FET-Brücke wäre für den Zweck besser. Allerdings reicht hier der TC4469 bzw. TC4468 mit seinen 20 Ohm Innenwiderstand nicht aus. Bei 50 bis 100mA fallen da schon 1 bis 2V ab und das mal 2 ergibt dann schon 2 bis 4 Volt, das ist zu viel.

Waste

[Manf]

das sollte auch so mit den Transistoren gehen. Solange ein Basisstrom fließt, leitet der Transistor, auch wenn er eine inverse Kollektorspannung hat. ...

Das kommt schon auf die Stromrichtung an.

Das geht nicht Manfred. Beim PNP-Transistor fließt kein Basistrom, wenn man die Basis positiv vorspannt. Da ist der Basis-Emitter-Übergang in Sperrrichtung.

Für eine Betrachtung des Stromflusses durch den pnp Tranistor T3 in Richtung vom Motor zur Versorgungsspannung, also entgegen der Pfeilrichtung, sollte man den Transistor zum inversen Transistor, also mit vertauschten Anschlüssen für Kollektor und Emitter umzeichnen.

Ich hoffe es wird dann klarer.
Manfred

[waste]

Manfred, ich habe es jetzt extra nochmal ausprobiert, es ist so wie ich geschrieben habe. Wenn Manfred widerspricht, dann wird man ja wirklich unsicher.
Also ein PNP-Transistor braucht einen negativen Basisstrom, wie im Normalbetrieb, damit er auch mit inverser Kollektorspannung (also positiver) leitend wird.

Probier es aus Manfred, es stimmt!

Gruß Waste

[Manf]

Wenn Du es schon gemessen hast, dann gib doch einfach die Daten an: Welchen Basistrom benötigt man, damit der Motorstrom von beispeilsweise 50mA über T3 nach Ub weiterfließen kann und mit welcher Sättigungsspannung (<0,1V?) ist zu rechnen?
Manfred