Niedervolt H-Brücke

[tes_vortex]

Hallo Forum,

Ich möchte mit einem ATMEL-AVR (AT-Mega 8 o.ä.) die Drehzahl eines Motors regeln. Wie das normalerweise funktioniert, konnte ich hier im Forum nachlesen. Leider habe ich bei meinem Projekt ein paar Einschränkungen, so dass gängige Lösungen nicht in Frage kommen. Für mein spezielles Problem konnte ich weder über Google noch hier im Forum etwas passendes finden.

Also, ich habe maximal Platz für 4 AA-Akkus. Wegen einer späteren Erweiterung der ganzen Schaltung mit einem Bluetooth-Modul, welches mit 3.3V spezifiziert ist, möchte ich die gesamte Steuerungselektronik bei dieser Spannung laufen lassen und dazu einen MAX1674 benutzen (Ähnlich wie beim BlueMP3 aus c't 9/2004). Dieser soll aus den 2.6V von 2 der 4 AA-Akkus konstant 3.3V bereitstelle, mit denen ich den AVR und das Bluetooth betreiben will.

Für den Betrieb des Motors bleiben also die anderen beiden Akkus übrig. Der Motor ist aus einem RC-Car und lief auch in diesem mit 2AA-Zellen. Ich nehme daher an, dass er für 3V spezifiziert ist. Bei 2.6V aus den beiden Akkus zieht er unter Last 120mA. Als Steuermethode habe ich die PWM das AVR vorgesehen. Dabei ist eine grobe Steuerung nach Drehzahlbereichen ausreichend. Ein Richtungswechsel ist unnötig, so das keine vollständige H-Brücke gebraucht wird.

Leider habe ich bis jetzt aber noch keine passenden Vorschlag für das Ansteuern des Motors gefunden, der folgende Kriterien erfüllt:

• - möglichst wenige und kleine Bauteile.
  - geringer Spannungsabfall durch die Steuerung.
  - wenig störanfällig und störend (der BT-Funk sollte noch funktionieren).

Das Hauptproblem ist der Spannungsabfall. Es hilft leider nichts, wenn die H-Brücke von den 2.6V noch 1.8V übriglässt. Die Maximale Drehzahl des Motors soll also erhalten bleiben. Vielleicht sollte ich die Spannung für den Motor auch auf 3.3V anheben, dann habe ich ca 0.6V Luft für die Regelung. Ist es in diesem Zusammenhang sinnvoll, Steuerungs- und Motorversorgung überhaupt zu trennen? Kennt jemand ein H-Brücken-Design für so geringe Spannungen?
Für Hilfe und Vorschläge wäre ich sehr dankbar.

mfg vortex

[BlueNature]

Servus!

Das würde theoretisch mit einem MOSFET funktionieren. Aber der braucht um richtig durchzusteuern ca. 4V. Also muß man eine Hilfsspannung erzeugen. Am besten mit einer kleinen Ladungspumpe die das Gate treibt. Der MOSFET an sich ist dann einfach über PWM anzusteurn und das PWM auf den hohen Pegel zu verstärken damit er voll öffnen kann.

Eine Ladungspumpe kann man mit einem NE555 aufbauen um eine Spanungsverdopplung zu erzielen. Ob das bei der Spannugn geht muß man eben ausprobieren. Die Dioden sind bei den kleinen Spannungen ja auch eher schon wieder kritisch da sie dir je 0,7V wegnehmen.

Grüße Wolfgang

[tes_vortex]

Hallo BlueNature,

danke für deine Antwort! Ich hatte schon von charge pumps gelesen, aber immer gehoft, das es einen Ansatz gibt, der einfacher und direkter zum Ziel führt. Leider kenne ich mich im Bereich H-Brücke nicht sehr gut aus, so das ich verschieden Ansätze nicht gut beurteilen kann. Auf meiner Suche im Netz bin ich über folgende Ansätze gestolpert, die aus meiner (beschränkten) Perspektive passen sollten, aber vielleicht kann sich das bitte mal jemand anschauen, der sich besser damit auskennt:

http://faq.solarbotics.net/BiomechMotorBridges.html

und

http://www.solarbotics.net/library/circuits/driver.html

bei letzterem Z-Bridge und die 74*-Driver.

mfg vortex

[BlueNature]

Servus!

Die Schaltungen die du da zeigst sind alle Transistor-basierend. Ein MOSFET hat eben nahezu 0V UDE und ein Transistor wenn er voll öffnet ca. 100mV UCE. Machbar ist es damit auch locker mit einem Transistor wenn dir die 100mV Spannugnsverlust nicht sonderlich wehtun. Der kann ab 0,7V UBE schalten.

Wenn ich das richtig verstanden habe hast du ja 2,6V zur Verfügung. Damit willst du mit ca. 3,3V den Transistor schalten. Die Motoren die da geschaltet werden haben anscheinend 120mA Stromaufnahme. Die Drehrichtung soll ja nur in eine Richtung gehen.

Hab mal bisschen Datenblätter gestöbert und bei Rechelt einen gefunden der dir passen könnte. Einen BC338-40. Der kann maximal 800mA bei einer hfe von ca. 400. Der kostet für einen Versuch nicht sonderlich viel und baus mal nach meiner Skizze auf. Wird vermutlich funktionieren. Getestet habe ich jetzt nicht selbst. Experimentier im Zweifelsfall mit dem Basisvorwiderstand herum. Habe den aber so dimensioniert das es bei denen Angaben in die Sättigung geht bei 100mV.

Grüße Wolfgang

[tes_vortex]

Hallo Wolfgang,

vielen Dank für deine Mühe. Ich finde es echt nett, dass du mal über die Links geschaut hast und sogar einen Schaltplan gezeichnet hast.

Wenn ich das richtig verstanden habe hast du ja 2,6V zur Verfügung. Damit willst du mit ca. 3,3V den Transistor schalten. Die Motoren die da geschaltet werden haben anscheinend 120mA Stromaufnahme. Die Drehrichtung soll ja nur in eine Richtung gehen.

Genau. Richtig erfasst.

Hab mal bisschen Datenblätter gestöbert und bei Rechelt einen gefunden der dir passen könnte. Einen BC338-40. Der kann maximal 800mA bei einer hfe von ca. 400. Der kostet für einen Versuch nicht sonderlich viel und baus mal nach meiner Skizze auf. Wird vermutlich funktionieren. Getestet habe ich jetzt nicht selbst. Experimentier im Zweifelsfall mit dem Basisvorwiderstand herum. Habe den aber so dimensioniert das es bei denen Angaben in die Sättigung geht bei 100mV.

Sehr gut, bei Reichelt muss ich sowieso noch bestellen. Und mit 4Ct bzw. 5Ct für den komplementären Transistor sind die Kosten wirklich gering. Wenn das funktioniert, sind alle meine Anforderungen erfüllt. Ich werde auf jeden Fall deinen Vorschlag nachbauen und mich hier nochmal melden, ob es funktioniert hat. Danke nochmal für deine Hilfe.

mfg vortex