Fragen zu H-Brücke und deren Ansteuerung

[Uwe (Gast)]

Hallo zusammen!

Ich bin gerade dabei eine Modellbau-Fahrtregler zu planen. Bei meiner
Recherche fand ich auch einiges zum Thema MOSFET, H-Brücke und
Ansteuerung derselben. Ich habe nun eine eine H-Brücke samt Ansteuerung
gefunden die bei 12V/60A betrieben werden kann, aber einige Sachen
verstehe ich als Nicht-Elektronik-Freak trotz Lesen der Datenblätter
irgendwie nicht. Deshalb wollte ich hier mal einige Fragen loswerden.

Die Eingänge von der ICs MIC4427 und MC33063 werden (wer hätte es
geahnt) mit Signalen im TTL-Level versorgt, dabei bekommt MIC4427 (wenn
nötig) ein PWM-Signal mit einer Frequenz von 4kHz ab. Nun die Fragen:
;-)

1)
Die "untere" und "obere" Hälfte der H-Brücke wird verschiedenartig
angesteuert, ich habe aber schon eine Schaltung gesehen, in der 2
MIC4427-ICs verbaut waren. Welche Vor-/Nachteile (oder einfach warum)
wird die "obere" Hälfte mit dem IC MC33063 als Ladepumpe angesteuert?
Was bringt die höhere Spannung zur Steuerung der Gates wenn sie
anscheinend(?) nicht sein muss?

2)
Was bewirkt die Kombination D1/D2, bzw. D3/D4?
Erklärungsversuch: Die Spannung gemessen ueber D2 kann maximal 18V
betragen, hoehere Spannungen werden durch die Diode kurzgeschlossen.Die
Spannung gemessen ueber D2 kann maximal 22V betragen, hoehere Spannungen
werden durch die Diode kurzgeschlossen. Das heisst, das Signal
BACKW_HIGH kann maximal 22V betragen, wenn am Motoranschluss gerade
Minus anliegt???
Oder arbeiten D1/D2 als eine Zenerdiode mit 40V? Und wozu ist das gut?
Um das erzeugte Signal BACKW_HIGH nach oben hin zu begrenzen?

3)
Wie ich verstanden habe, dienen die Vorwiderstände an den Gates zum
schnellen Schalten der MOSFETs. Ich habe in einer anderen Schaltung
(MC4427, PWM 4kHz, IRL3803 [TTL MOSFET] ) 2,2k Ohm Vorwiderstände
gesehen, in meiner Schaltung sind es (nur) 220 Ohm. Welche Wirkung
haben die verschieden grossen Werte? Oder spielt der Wert weniger die
Rolle, eher der Wertebereich (100, 1k, 10k, ...)?

4)
D5 (Schottky) ist in Sperr-Richtung geschaltet. Dient sie damit zum
Kurzschliessen der induzierten(?) Spannung von Motor? Oder welche
Aufgabe erfüllt sie?

Wie ihr sehr bin ich nicht der Experte in Sachen Elektronik, möchte
aber gerne dazulernen, wenn es möglich ist.

Gruss, Uwe.

[Jürgern Schuhmacher (Gast)]

Ich kann das SCH momentan nicht einsehen, daher nur eine Bildinformation
zu Punkt 3)

Die Vorwiderstände sind in Tat einflussnehmend auf die Schaltzeit, da
mit geringerem R auch die Umladezeit der Gatekapazität verkürzt wird.

Was vorgelagerte Schottkys am Gate angeht, so dienen diese meist einem
Umschaltschutz: Wenn infolge eines Spannungseinbruches der Versorgung
ein Drain/Source-Anschluss "nachgibt" so kommt es infolge einer
anstehenden Gate-Ladung (besonders bei vorhandenem C) zu einem
ungewolten Einschalten von Mosfets.

Zum anderen muss auch der ausgang geschützt werden, daß im
Leerlaufbetrieb, bzw  im Moment des Umschaltens der Richtung die
induzierte Motorspannung nicht beliebig groß werden kann. Dies
geschieht am Einfachsten mit zwei antiseriell geschaltete Z-Dioden
direkt am Motor, welche nominell etwas über der Versorgungsspannung
liegt.

[Kupfer Michi (Gast)]

> Die "untere" und "obere" Hälfte der H-Brücke wird
verschiedenartig
 angesteuert

In der Schaltung werden sowohl für die Low Side als auch die High Side
MOSFETS N-FETs benutzt. Für N-FETs muss zum Durchschalten Vg um 5-10V
höher sein als Vs. Zum Einschalten der High Side FETs braucht man als o
PWR_Vcc+10V. Dies liefert der Step Up Wandler MC34063. Dessen
Ausgangsspannung wird je nach PWW_Vcc genügend hoch eingstellt und über
T1/T2 an die High Side FETs weitergeleitet.

Vgs darf jedoch typischerweise nicht +-20V überschreiten (Gate
Durchbruch). Daher D1/D2.
Zener Dioden leiten im Vorwärtsfall wie eine Diode

Wie oben schon erklärt begrenzen die Gate Widerstände den
Einschaltspitzenstrom der in das FET-Gate (= Kondensator, typ. 1-2nF)
fliest. Der Nebenefekt dieser RC kombination ist dass man dadurch die
Einschaltzeitpunkt verzögern kann und dadurch ein gleichzeitiges Leiten
von High und Low Side verhindern kann. Dies richtig abzustimmen ist
jedoch sehr diffiziel. Einige Threads gingen ausführlich schon darum.

[Jürgen Schuhmacher (Gast)]

"Dies richtig abzustimmen ist jedoch sehr diffiziel."

... und erfordert mithin die Betrachtung der eingesetzten MosFets, bzw
deren exaktes Schaltverhalten.

Bekannterweise lassen sich Kombinationen finden, die bei identischen
Gate-Potential gleichzeitig leitend sein können, was zu einem insgesamt
besseren Durchschalten des Ausgangs führt (bei erhöhtem Strombedarf)
während man auch einen völlig overlapping freien Betrieb erreichen
kann. Bei schnellen CMOS-Schaltungen kommen z.B. bei Invertern der Fall
1 zum Tagen.

In Deinem Falle dürfte Dir an einer Überlappung wohl nicht gelegen
sein. Du kannst aber durch ein Trimmuing z.B. das Durchsteuern im
Nulldurchgang beeinflussen.