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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Brücke: Wie Kurzschluss beim Umschalten vermeiden?


Autor: Christoph Lechner (Gast)
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Hallo,

ich möchte demnächst H-Brücken mit IRF7389 MOSFETs aufbauen (bipolarer
Schrittmotor). Das ganze soll mit einem ATMega gesteuert werden. Auch
ein Chopper ist vorgesehen, der ist in einem CPLD an das letztenendes
auch die Fets angeschlossen sind.

Das kritische an der ganzen Sache ist natürlich die Umschaltphase, da
ich den Shoot-Through vermeiden will (d.h. das sowohl der P-Kanal- als
auch der N-Kanal-FET leitfähig werden -> Kurzschluss) weil ich nicht
will, dass meine FETs in den gasförmigen Zustand übergehen :-).
Wie gehe ich da am besten vor um sowas zu vermeiden? Einfach ein
Vielfaches der Zeit aus dem Datenblatt, die die FETs brauchen um zu
sperren, warten bevor der andere eingeschaltet wird, oder gibt's da
bessere Lösungen?

MfG
- C. Lechner

Autor: Wolle (Gast)
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Lösungsansatz, ohne jetzt einen Schaltplan zur Hand zu haben :

Stromprüfung durch einen Shunt (z.B. 0,01 oder 0,1 Ohm ) in beiden
Zweigen der H-Brücke.
Erst umschalten, wenn nach einem "Stop"- oder "Umpol"- Befehl Strom
=> 0 bzw. dann ja Spannung => 0

Autor: Andreas Wiese (Gast)
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Hallo,

je nach der benötigten Schaltgeschwindigkeit deiner Mosfets bietet sich
ein integrierter Treiberbaustein an. Ein Voll- oder Halbbrückentreiber
wie z.B. ir2104 oder ir2111 , hat eine entsprechende Totzeitschaltung
schon drin.

Autor: tex (Gast)
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Die Idee mit dem Treiberbaustein kling nicht schlecht. Ich habe das
gleiche Problem und habe es im ersten Schritt mit einer Spule in der
Versorgungsspannung erschalgen, bin mir aber nicht sicher wie
zuverlässig das ist. Idee 2 war ein zusätzlichen Transistor und
entsprechend Port zu spendieren, und die Versorgungsspannung erst
zuzuschalten, wenn die Umschaltung erfolgt ist. Praktische Tests dieser
Schaltung stehen aber noch aus.

Autor: Christoph Lechner (Gast)
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@Wolle:
Schaltplan hab ich auch noch nicht, kommt aber noch :-)

Das mit dem Shuntwiderstand ist nicht schlecht, weil der Chopper
sowieso schon einen braucht. Einfach noch nen LM339 in entspr.
Beschaltung dran und fertig. Die Verzögerung nachdem kein Stromfluss
mehr feststellbar ist kann ja dann das CPLD machen.

BTW: Ich finde es sehr riskant, H-Brücken an die Ports eines
Mikrocontrollers anzuschließen, wie es leider häufig gemacht wird, da
beim Einschalten die Pins mitunter irgendwelche Zusatände haben. Andere
Möglichkeit für tote FETs: Software-Bug. Das ist wie die Ideen mancher
Leute hier, ein Schaltnetzteil mit Microkontroller zu bauen, der den
Strom durch die Spule steuert ;)

Deswegen hänge ich den Mikrocontroller ans CPLD und das CPLD steuert
die FETs. Das ist sicherer.

- cl

Autor: Christoph Lechner (Gast)
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BTW:

Auch der IR2111 ist nicht übel, jetzt müsste ich nur noch wissen, wo
ich den in "normalen" Stückzahlen für Bastler und im SO8-Gehäuse
herbekomme (Reichelt hat nur DIP8!).

- cl

Autor: Toto (Gast)
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HI

ich arbeite gerade an einem ähnlichen Projekt.
Ich benutze dazu auch einen Treiber IC (IR2110) und die Hexfets (IRC
640)
Der 2110 ist ein High und Low Side Halbrückentreiber.Der Vorteil ist du
kannst nur NPN Mosfets einsetzen und die einelnen Mosfets sind seperat

ansteuerbar.Du kannst also durch eine entsprechende Logik vor den
Eingänge verhindern das beide gleichzeitig durchschalten.

Die Mosfets(Hexfets)IRC 640 haben einen eigenen Stromsensor schon
eingebaut und du sparst dir die Stromshuntwiderstände.

Du kannst natürlich auch jeden anderen NPN Mosfet einsetzen.

Autor: tex (Gast)
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Es kann ja sein, das ich im Moment total auf dem Schlauch stehe, aber
ist es nicht eben genau der Clou einer H-Brücke, das es gerade ganz
egal ist, ob der µC nun beim reset die Ports auf High oder low zieht,
weil, solange beide Richtungsports den gleichen Pegel haben in der
Brücke NIX passiert?
@Christoph
Du hast ja in gewisser Weise Recht, aber sobald es an kritische
Anwendungen geht, musst Du eh einen überwachten Not-Aus Kreis
spendieren. Selbst ein Schütz kann kleben bleiben, oder liege ich da
falsch?

Autor: Mattias (Gast)
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Genau so ist das. Anders sieht es aus, wenn man 2 N-Kanal FETs
verwendet. Dann muss man schon etwas aufpassen. Ich habe das bei meinen
Motortreibern immer so gelöst:
Alle Gates (ich habe immer 6, da ich einen 3 Phasen Motor steuere)
kommen an einen Port. An diesem Port werden die Möglichen Gate
Kombinationen angelegt. Die Pegel aller PINs ändern sich genau zum
gleichen Zeitpunkt. Damit hat es nie Probleme gegeben. Ich schalte so
in jeder Brücke 50A. Dazu kommt noch, dass ich die Low side FETs mit
einem PWM Signal überlagere, um auch die Leistung zu steuern. Das
allerdings macht eine externe Logik die mit dem PWM Ausgang verbunden
ist.

Mattias

Autor: Christoph Lechner (Gast)
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@tex:
Naja ich entwickle ja (zum Glück) keine kritische Anwendung, d.h. wo
Personen- oder Sachschäden entstehen können. Aber ich finde das mit den
Ports trotzdem ein bisschen gefährlich, wie schon gesagt ....

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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Man kann auch die Gate-Spannung messen, und solange die über einem
kritischem Wert ist, wird das jeweils andere Gate nicht freigegeben.

Autor: Christoph Lechner (Gast)
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@Michael (ein anderer):

AFAIK ist doch die Gatespannung = 0V kein hinreichendes Kriterium,
dafür das der MOSFET gesperrt ist. Der braucht doch noch ein paar
Nanosekunden, um gesperrt zu werden.

CU
- C. Lechner

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