Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik funktionsweise Halbbrückentreiber


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von Teejay (Gast)


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Hallo leute,

ich braüchte hilfe und zwar ich suche eine Anleitung für 
Halbbrückentreiber.

ich muss den IR2104 gegen ähnliches tauschen. muss aber genau verstehen 
wann welcher MOSFET offen ist bzw gesperrt ist.

eine prinzipielle erklärung ist auch willkommen.
Danke im voraus.

von rotzfrech (Gast)


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Funktionsweise:
LOW Side Fet wird direkt invertiert zum IN Pin angesteuert. Es wird 
lediglich die 0/5V Eingangsspannung auf 12V/0V hochgesetzt, so dass am 
Gate genügend Spannung anliegt. Und eben ausreichend Strom, um die 
Gatekapazität schnell umladen zu können.

High Side Fet wird direkt NICHTinvertiert zum IN Pin Angesteuert.

Eine Verriegelung sorgt dafür dass nie beide gleichzeitig ansteuern.
Viele Bausteine haben auch noch eine Totzeit eingebaut, so dass nach dem 
Ausschalten des einen noch einige 100ns gewartet wird, bis der andere 
einschaltet.

Der High Side Fet liegt, mit Drain ja auf 600V. Ist er eingeschaltet, 
ist auch Source auf 599.99999V. Damit er also eingeschaltet bleibt, muss 
das Gate auf etwa 612V.

Das geht mit einer Bootstrap Schaltung. Die besteht aus einer extrenen 
Diode und einem Bootstrap Kondensator. Der wird auf 12V aufgeladen, wenn 
der LOW Side Fet eingeschaltet ist.

Ist dann der HighSide Fet ein, wird dieser 12V Kondensator auf 600V 
geklemmt, und man hat 600+12V=612V.

DOCH JETZT ACHTUNG: Dieser Kondensator entläd sich langsam. (einige 
Millisekunden). Deshalb darf man den HighSide FET nie lange einschalten. 
Ansonsten fällt die Spannung wieder auf 600V zurück, und Transistor mach 
so halb auf. Er brennt dann durch.

Deshalb immer mit maximal 95% ansteuern.

von Teejay (Gast)


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Also Respect !!

Super erklärung die mir einiges klar gemacht hat.allerdings ein paar 
fragen habe ich da noch :
Vcc liegt bei mir auf 15 V , statt 600 habe ich 120. kondensator lädt 
sich auf 135.
die anschlüsse IN und SD bei 2104 und HIN und LIN beim L6385 oder 
FAN7382.inwiefern unterscheiden sie sich bzw. ähneln sie sich.
ich meine muss ich einen inverter bauen vor dem LIN bzw HIN Eingang? 
beim IR2104, wenn IN auf 1 steht schaltet ja der obere FET (HighSide FET 
bei dir ? )  , ist IN aif null schalet der untere.
kann ich dann 1 zu 1 übernehmen ? HIN = IN , LIN = SD(inv) ?
DOCH JETZT ACHTUNG: Dieser Kondensator entläd sich langsam <==== kann 
ich das mit einem LOW-ESR Kondensator beheben ?
Deshalb darf man den HighSide FET nie lange einschalten <==== meinste du 
jetzt die PWN soll so eingestellt werden dass... oder wie?

von rotzfrech (Gast)


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also ich behapt mal vorsichtig:
der 2104 ist schon das passende.

meinste du jetzt die PWN soll so eingestellt werden dass... oder wie?
JA !

Du darfst NIE 100% am Eingang des Treibers haben  !!!

von Teejay (Gast)


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Für die PWM-einstellung ist ok aber es geht ja um den tausch. ich muss 
den 2104 wechseln (aus anderen gründen) deswegen die pin korrespondenz 
frage.

von B. P. (skorpionx)


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Ich suchte nach eine einfache Erklärung für IR2104. Diese Erklärung fand 
ich als super:
rotzfrech schrieb:
> Funktionsweise:...

Ich habe noch einige Fragen. Bootstrap Kondensator  (geladen
wenn LOW Side Fet eingesteuert...),wird wenn IN High durch
Kurzschlüssen Vb  und HO den HIGH Side Fet einsteuern?
Das vertsehe ich nicht ganz:

rotzfrech schrieb:
> DOCH JETZT ACHTUNG: Dieser Kondensator entläd sich langsam. (einige
> Millisekunden). Deshalb darf man den HighSide FET nie lange einschalten.
> Ansonsten fällt die Spannung wieder auf 600V zurück, und Transistor mach
> so halb auf. Er brennt dann durch.
>
> Deshalb immer mit maximal 95% ansteuern.

Warum führt zu lange HIGH Impuls auf IN  zur Zerstörung vom
HIGH Side Fet?

von Maxim B. (max182)


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B. P. schrieb:
> Warum führt zu lange HIGH Impuls auf IN  zur Zerstörung vom
> HIGH Side Fet?

Weil die Spannung auf dem Kondensator die Spannung auf Gate bestimmt. 
MOSFET darf entweder voll offen oder voll geschlossen sein. Wenn nicht, 
so wird auf MOSFET sehr große Wärme entstehen.
Ein Beispiel:
1. V = 500 V, I = 0 A; P = 0 W.
2. V = 0 V, I = 100 A; P = 0 W.
3. V = 250 V, I = 50 A; P = 12500 W.

von B. P. (skorpionx)


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Maxim B. schrieb:
> 3. V = 250 V, I = 50 A; P = 12500 W.

Das klärt alles. Auch meinen Fehler. Ich habe kurz(von Hand...)
den Eingang IN auf HIGH gesetzt und danach beides FETs waren
kaputt. Also Impuls für   HIGH Side Fet darf nicht
zu lange sein und diese  „maximal 95%“ von der Erklärung
bezieht sich auf Sättigungstiefe vom  HIGH Side Fet.
Wichtig ist auch bestimmt Kapazität vom  Bootstrap Kondensator.
Wie kann man diese Kapazität am einfachsten bestimmen. Gibt´s
es eine Andere Methode um die FETs von solchen Fehler zu
Schützen?

von Maxim B. (max182)


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Man kann natürlich die Schaltung auch so gestalten, daß auch unbegrenzt 
lange Impulse möglich werden. Dann aber braucht man separate 
Spannungsquelle für Treiber für obere MOSFET, die von der Masse getrennt 
bleibt. Minus auf Vs, Plus auf Vb. Das könnte ein Wandler mit Trafo sein 
o.Ä.

Noch eine Möglichkeit: Kondensator um mehrfaches größer zu schalten, als 
empfohlen. Dann wird entsprechend auch max. zulässige Impulsdauer höher 
(hier aber nicht unbegrenz!).

: Bearbeitet durch User
von bo-ing (Gast)


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Maxim B. schrieb:
> Kondensator um mehrfaches größer zu schalten,

Hinweis: Dabei muß dem (zu dem Zweck wahrscheinlich verwendeten) Elko
ein passender Kerko oder Folko parallelgeschaltet werden, bzw. müßte
dieser Elko "zum anderen Bootstrap C dazu geschaltet werden" (was
im Ergebnis das Gleiche ist). Elkos allein haben zu hohe ESR/ESL.


Maxim B. schrieb:
> Das könnte ein Wandler mit Trafo sein o.Ä.

Nennt sich dann meist isolierter bzw. galvanisch_getrennter Wandler.
[Gibt es als DC-DC-Modul (fertig gekapselt, zu erwerben bis hin zu
vielen kV Isolationsspannung) oder als AC-DC-Netzteil - bitte darauf
achten: Mit passender, nur wenig über dem Bedarf liegender Leistung.]

Oder statt Bootstrap-Ladungspumpe eine separate, aktiv geschaltete:

https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-HV_Floating_MOS_Gate_Drivers-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462533600a40153559f7cf21200

S. 17: "8. HOW TO PROVIDE A CONTINUOUS GATE DRIVE" (Figures 16 & 17)

(Frequenz(Hz) übrigens ca. 0,7/(R*C), heutzutage würde man vermutlich
etwas mehr als nur 7kHz nehmen - 1N4148 (trr 4ns) machen viel höhere
Frequenzen mit, und die Kondensatoren können kleiner sein dann.)

Ich gebe zu, der (ca.) 50/50 Rechtecks Oszillator ist ja prinzipiell
sehr einfach mit dem 4093 (Frequenz(Hz) übrigens ca. 1,8/(R*C)).

Aber für viele Bastler kommt trotz ein paar Cent höherer Kosten auch
eine Version mit dem CMOS-555 (oder für etwas mehr Leistung, aber bei
niedrigerer Frequenz, der klassische bipolare NE555) in Frage...


Immerhin hat ein 555 schon eine Gegentakt-Treiberstufe drin, man muß
also für den Zweck keine separaten Transistoren dazu holen. Das ist
vielen lieber - kostet halt, wie gesagt, einige Cent mehr dafür.


Ich persönlich würde wohl vorziehen, einen LMC555 (oder anderen CMOS
555), wie in der Appnote oben als 50/50 Oszillator beschaltet, jedoch
wie bei Dir mit Trafo auszustatten (also "die Schaltungen kreuzen").

Braucht nur den 555, R-C-Kombi für die Frequenz, DC-Auskoppel-Elko,
Trafo, Dioden und Elko. (Geht beides, ob 4093 oder 555, auch mit
einem Trafo mit nur zwei einfachen Wicklungen + Graetz-Brücke.)


P.S.:
Wenn man, statt einen Trafo zu kaufen, einen selbst wickeln möchte,
und aber keinen mittel-/hochpermeablen Ferritkern hat, sondern "nur"
einen Ferritkern mit Luftspalt oder gar Eisenpulverkern, ist so ein
ungeregelter Gegentakt-Flußwandler aber nicht das wahre dafür. Damit
baut man besser Eintakt-Wandler: DC-DC-Flyback (oder -Fly-Buck).

Möglicher Vorteil: Geregelt. Ist nicht zwingend nötig, aber auch
nicht schlecht. Dafür gibt es praktisch zahllose Controller-ICs -
auch günstige. (Oder man beschaltet den 555 für PWM ohne Regelung.
Oder... man eröffnet einen neuen Thread, wenn man Hilfe sucht... ;)

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