Verständnisfrage zu der H- Brücke

Hallo KingRing,

es gibt fertige Brücken, die haben alles "on Board" z. B. VNH2SP30, dann 
hast Du fertig - die kann 30A. Normalerweise wird nur der Low-Side mit 
PWM getaktet.

Gruss Otto

> 1) Warum müssen 2 P und 2 N mosfets verwendet werden?

Das ist nicht zwingend erforderlich - es gehen z.B. auch 4 N Mosfets. Da 
aber Mosfets (wie in dem zitierten Artikel erwähnt) relativ hohe 
Ansteuerspannungen benötigen, müssten die oberen N-Mosfets mit einer 
Steuerspannung versorgt werden, die über der Versorgungsspannung liegt! 
Soweit eine soche vorhanden ist, ist das natürlich kein Problem. Es gibt 
auch spezielle MOSFET-Ansteuerbausteine (Treiber/Ladungspumpe), die aus 
der Versorgungsspannung eine höhere Steuerspannung erzeugen.

> 2) Müssen beide diagonal liegenden Mosfets mit PWM getaktet werden?
   Es müsste doch reichen wenn einer durchgeschaltet wird und der andere
   mit PWM getaktet.

Das reicht nicht nur - das sollte auch so sein. Ein Elektromotor besteht 
im inneren aus Spulen - und in Spulen kann der Strom nicht abrupt 
angehalten werden - tut man es doch, so geht im einfachsten Fall die 
Motorleistung nach unten, im schlimmsten Fall entstehen Überspannungen, 
die die Elektronik killen. Man sollte dem Strom also einen Freilaufzweig 
anbieten - und das geht am Einfachsten (wenn auch nicht am Effektivsten) 
dadurch, das man einen der beiden Mosfets anläßt - die Bodydiode des 
nicht aktiven Transistors auf der selben Seite schaltet dann durch und 
der Motorstrom kann durch diese Diode und den eingeschalteten Transistor 
fließen.

Such mal nach dem L6203 (komplette H-Brücke mit TTL-ansteuerung. Der ist 
zwar für deinen Fall zu schwach, aber im Datenblatt ist das Prinzip gut 
erklärt (4x N + chargePump + Freilaufzweig)

MfG
Rainer Koch

Danke erst mal.

Angenommen ich nehme eine fertige Brücke, wie ist es mit der 
Wärmeableitung?
Die VNH2SP30 Brücke hat zu wenig Spannung (41V)

>Die Variante mit komplementären MOSFETs geht aber nur bei Spannungen, die
>kleiner sind als die maximale Gate-Source-Spannung der MOSFETs (also im
>Bereich unter 20 V). Bei Deinen 42 V wirst Du um eine Schaltung aus 4
>n-Kanal-FETs und die entsprechenden High-Side-Treiber nicht rumkommen.


Nö. Das geht auch mit p/n-Kanal FETs. ist nur aufwendiger, weil man dann 
die Ansteuerschaltungschaltung mit Begrenzung für Ugs selbst bauen muss. 
Hat dann aber den Vorteil, dass ein permanenter Wechsel zwischen 
High/Low-Side ansteuerung nicht notwendig ist, da es hier keinen 
Bootstrapkondensator gibt.

Ich hab die Schaltung mal angehängt.

> Angenommen ich nehme eine fertige Brücke,
> wie ist es mit der Wärmeableitung?

aufgrund des geringen Rds on reichen i. A. (mehr oder weniger grosse) 
Kupferflächen auf der Platine.

Gruss Otto

Bei der Gelegenheit noch eine kleine Zusatzfrage:

1)
Fast jeder MOSFET hat eine Reverse Diode eingebaut. Auch die 
beschriebenen Typen. Braucht man dann überhaupt noch die eingezeichneten 
Dioden. Gehe ich recht in der Annahme, dass es sich ume eine Art von 
"Freilaufdioden" handelt oder wofür sind diese da?

2)
Noch eine grundlegende Frage: leitet ein MOSFET im Gegensatz zum 
Bipolartransistor eigentlich in beide Richtungen? Er ist ja (zumindest 
im prinzip) symmetrisch aufgebaut, kann man daher D und S quasi 
vertauschen?

Ansonsten verstehe ich nämlich gar nicht, wie die Kommutierung in der H 
Brücke bei einer induktiven Last geschieht, da ja der Strom nicht 
schlagartig die Richtung wechseln kann und anfangs verkehrt durch den 
aktiven Brückenzweig fliessen muss, d.h. von "unten nach oben". Oder 
haben diese eingebauten Dioden was damit zu tun?

1)
Diese interne Diode hat JEDER Fet. Die ensteht bauartbedingt. Gucke dir 
dazu mal einen Aufbau eines FETs an. Da gibt es immer einen P-N Übergang 
=> sogenannte Bodydiode.

2)
Ja, das geht. Hab ich bei nem Synchrongleichrichter schonmal gemacht. 
Den Strom durch die Bodydiode geschickt und zusätzlich den Kanal leitend 
geschaltet. Man muss nur beachten, dass die Steuerung IMMER zwischen 
Gate und BULK (Substrat) erfolgt. Bei den meisten FETs ist BULK mit 
Source verbunden.
Wäre das nicht so, könnte man quasi galvanisch getrennt steuern. (so 
wird das im Innern von Logikgattern realisiert)

>nicht schlagartig die Richtung wechseln
Ist die Induktivität in dem Zweig (nicht die des Motors) klein genug, 
kann er (fast) schlagartig die Richtung wechseln, falls nicht enstehen 
hohe SPannungsspitzen.

Das mit dem Bulk hab ich leider noch nie verstanden. Was meinst du mit 
deinem Satz "immer zwischen G und B ansteuern" ? Wo kann ich das 
nachlesen? Ich hab das noch nirgends vernünftig gefunden...Ist für die 
Steuerkennlinie nun die Spannung U(gs) oder U(bs) oder was 
verantwortlich? Wie kann ich das verstehen? Das Gate ist der 
Steuereingang... wozu DIENT der Bulk Anschluss dann und wie verwende ich 
diesen systematisch?

Und: Bei der induktiven Last fliesst der Strom anfangs "verkehrt" durch 
den aktiven Brückenzweig, sehe ich das richtig? Ich meine mit induktiver 
Last eine nicht zu vernachlässigende Induktivität, zB bei einem 
Wechselrichter. Wenn ich den mit einem sinusförmigen PWN ansteuere, so 
wird die Spannung ebenfalls sinusförmig sein, aber der Strom um 90° 
nacheilen. Es gibt daher Zeitpunkte, wo der Strom "verkehrt" durch den 
FET fliessen muss. Oder ist dies ohnehin selbstverständlich?

siehe hier:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0510161.htm

Ein mosfet hat folgendes (vereinfachtes) Ersatzschaltbild:

Source --o--[Rds]--o-- Drain
         |         |
        ===       ===                      Rds:  Widerstand des Kanals
        / \       / \                      Cgb:  Kapazität Gate-Bulk
         |         |
Bulk ----o---------o-------[Cgb] -- Gate

Durch die Spannung von Cgb kannst du den Widerstand von Rds zw. (fast) 
null und (fast) unendlich steuern.
Bei Schaltungen IN logikIcs sind diese vier Anschlüsse getrennt 
verschaltet. (Bsp. muss ich suchen). Bei diskreten Baulementen ist 
SOurce mit Bulk verbunden (siehe Bild in Link), somit eine der gemalten 
Bodydioden verbunde. Die andere bleibt "übrig".

>Wenn ich den mit einem sinusförmigen PWN ansteuere, so
>wird die Spannung ebenfalls sinusförmig sein, aber der Strom um 90°
>nacheilen. Es gibt daher Zeitpunkte, wo der Strom "verkehrt" durch den
>FET fliessen muss. Oder ist dies ohnehin selbstverständlich?


PWM an Induktivitäten bedeutet immer Dreieckförmige Ströme (bei f_pwm 
betrachtet). Diese Dreiecke können über "längere" Zeit (Anderung duty 
von pwm, bsp.50Hz) einen Sinus nachbauen...

Ohm mann, sorry ...ich habs noch immer nicht gecheckt.

Heisst das nun, dass für die Leitfähigkeit des Kanals eigentlich die 
Spannung U(GB) zwischen Bulk (B) und Gate (G) massgeblich ist, bei 
diskreten FETS B mit S der Einfachheit halber eben verbunden sind und 
man deshalb "lernt", dass U(GS) die bestimmende Grösse sei?

Hallo,
der Beitrag ist zwar schon älter aber ich habe da eine 
Verständnissfrage:

Johannes M. wrote:
>b: Eine Halbbrücke wird mit dem PWM-Signal angesteuert, die andere mit
>dem invertierten PWM-Signal. Dabei ist kein separates Signal für die
>Drehrichtung erforderlich und man hat allein durch die PWM einen
>durchgehenden Drehzahlbereich von max. negativer Drehzahl bis max. pos.
>Drehzahl. Außerdem ist in diesem Fall auch bei Drehzahl Null ein
>Drehmoment vorhanden (es fließt ein Strom), während Variante a kein
>Haltemoment hat.


Wo genau kommt nun das PWM Signal drann und wo das invertierte?
Wenn ich im Bild auf S1+2 das PWM Signal gebe, habe ich einen 
Kurzschluss...

Wenn ich auf S1+3 das PWM Signal gebe und auf S2+3 das invertierte dreht 
sich wohl nichts weil immer der gegenpol fehlt also kein plus oder kein 
minus

Wenn ich auf S1+4 das PWM Signal gebe und auf S2+3 das invertierte PWM 
Signal würde er wohl drehen aber ist das "gesund" für die Schaltung, 
weil der Motor doch dann immer den vollen Gegenstrom zwischendurch 
bekommt....

Tobias

>Wenn ich auf S1+4 das PWM Signal gebe und auf S2+3 das invertierte PWM..

GEnau so ist das gemeint.


>Signal würde er wohl drehen aber ist das "gesund" für die Schaltung,
>weil der Motor doch dann immer den vollen Gegenstrom zwischendurch
>bekommt....

Das ist falsch. Der Strom in einem Motor(Induktivität) kann nicht 
springen.
Im Falle einer PWM Ansteuerung ist dieser dreieckförmig...

Im ANhang mal die generellen Verläufe