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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik H-Brücke für stepper - so beschaltbar?


Autor: rotary (Gast)
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Hallo!

Ich habe mir folgendes konzept überlegt: eine spule eines schrittmotors 
wird über eine h-brücke bestromt. da man hier ja keine freilaufdioden 
parallel zum motor schalten kann, würde ich "einfach" nach jedem 
einschaltpuls (d.h. in der zeit, in der die p-fets NICHT leiten) beide 
N-fets durchschalten, damit sich die energie in der motorspule abbauen 
kann, und keine überspannung erzeugt.
Hat das schonmal jemand selbst getestet? gibts einen denkfehler?

danke!

Autor: Michael (Gast)
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Man kann auch bei einer H-Brücke Freilaufdioden verwenden, es sind halt 
4 Stk immer einen Antiarallel zum FET oder Transistor.

Bei MOS-FET ist die Diode mehr oder weniger schon im FET enthalten

Autor: rotary (Gast)
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ja stimmt, diode ist enthalten, und man kann dioden dazuschalten.
ABER: ich will keine zusätzlichen dioden einbauen, und die body diode 
nicht übermäßig beanspruchen.

Autor: Michael (Gast)
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Das Problem an deiner Idee ist das sehr schnell umgeschalten werden 
muss, ist man aber zu schnell gibt es einen Kurzschluss, ist die 
Umschaltung zu spät ist der Spannungspeak schon voll da. Ich hatte ein 
H-Brücke mit PWM Ansteuerung und die habe ich nicht ohne Dioden 
hinbekommen. Wird aber nur EIN/AUS geschalten kann das Kurzschließen 
über die FET's funktionieren, einen Pause von einigen µs wäre nicht 
schlecht.

Autor: eProfi (Gast)
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Ja, so etwas Ähnliches geht.
Aber ehrlich gesagt, nach dem was ich von Dir jetzt gelesen habe, musst 
Du noch ein wenig Erfahrung sammeln, damit Du verstehst, wie es 
funktioniert.

Du kannst die jeweils leitenden Body-Dioden entlasten, indem Du den 
dazugehörigen FET aktivierst.

Das klingt aber leichter als es ist, denn Du weißt nicht, wie lange der 
Strom fließt. Läßt Du die FETs zu lange an, fließt der Strom in die 
andere Richtung.
Um den Strom daran zu hindern, in die falsche Richtung zu fließen, 
kannst Du einen FET einschalten und den anderen offen lassen.
Das Verfahren nennt sich aktives bzw. semiaktives Decay.

Am besten Du verinnerlichst die möglichen Zustände:

LL  slowDecay
LH  fastRise+ / fastDecay-
HL  fastRise- / fastDecay+
HH  slowDecay

z.B. ist im Datenblatt des L6208 das recht schön beschrieben, der macht 
nämlich semiactives Decay.


Dann gibt es noch was anderes zu beachten: man sollte vermeiden, "in 
eine leitende BodyDiode zu schalten", d.h. wenn der Strom schon in der 
BodyDiode fließt, sollte der FET nicht mehr eingeschaltet werden, da die 
Diode dann "entladen" werden muss und dabei ein immenser Strom fließt.

Habe ich selbst gemessen, der Strom geht kurzzeitig (einige Dutzend ns) 
in die zig bis hunderte Ampere.

http://www.krucker.ch/Skripten-Uebungen/AnSys/ELA4-D.pdf  Bild 1.9
trr = Sperrverzögerungszeit (Reverse Recovery Time)

Das Timing (Verhältnis DeadTime / Dioden"entlade"zeit) muss sehr exakt 
passen, da habe ich lange daran gesessen.

MOSFET body diode recovery mechanism in a phase-shifted ZVS full bridge 
DC/DC converter
http://www.st.com/stonline/products/literature/an/13908.pdf

Predictive Gate Drive Frequently Asked Questions
http://focus.ti.com/lit/an/slua285/slua285.pdf

Examination of reverse recovery losses in a synchronous buck converter 
circuit
http://www.siliconsemi.com/PDF_Files/reverse_recov...

Es gibt noch ein Dokument mit Titel ähnlich "dos and don'ts for 
mosfets", glaube war von www.ST.com, finde es aber gerade nicht.

Autor: eProfi (Gast)
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"Am besten Du verinnerlichst die möglichen Zustände:"

Es gibt natürlich noch mehr Zustände, nämlich wenn eine Seite floating 
ist.



Sehr lesenswert:
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-936.pdf
AN-936
The Do's and Don'ts of Using MOS-Gated Transistors
(HEXFET® is the trademark for International Rectifier Power MOSFETs)

In this application note, some of the most common do's and don'ts of 
using power HEXFET®s are described. The objective is to help the user 
get the most out of these remarkable devices, while reducing "on the 
job" learning time to a minimum.

Topics Covered:
1. Be Mindful of the Reverse Blocking Characteristics of the Device
2. Be Careful When Handling and Testing Power HEXFET®s
3. Beware of Unexpected Gate-to-Source Voltage Spikes
4. Beware of Drain or Collector Voltage Spikes Induced by Switching
5. Do Not Exceed the Peak Current Rating
6. Stay within the Thermal Limits of the Device
7. Pay Attention to Circuit Layout
8. Be Careful When Using the Integral Body-Drain Diode
9. Be On Your Gaurd When Comparing Current Ratings

Autor: eProfi (Gast)
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Im o.g. Pdf meine ich den Punkt 8 und die dazugehörige Figure 9

Dort dürfte ein Copy-Paste-Fehler unterlaufen sein:
bei (b) I(max) = 20A,   -->   (b) I(max) = 10A,


Durch Verlängerung der Umschaltzeit erreicht man eine Reduzierung des 
Reverse-Stromes (in diesem Bsp. auf die Hälfte).

Autor: Ing HTL (Gast)
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@eProfi (Gast)
Hattest du auch Unterricht bei Krucki?

Autor: eProfi (Gast)
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Krucki - ist mir noch unbekannt. Erzähl mal bitte.

Nochmal zum Problem Totzeit / Recovery Time:

Als ich die Hochstrom-Peaks maß (messte, erkannt hatte), dachte ich 
zuerst gar nicht an die Recovery Charge, sondern dass die Totzeit zu 
kurz ist und der hohe Stromimpuls durch gleichzeitiges Leiten der FETs 
(shoot-through)entsteht. Als die Totzeit bei 2 µs lag, war mir klar, 
dass es etwas anderes sein muss, dann kam ich durch viel Messen und 
Lesen auf die Recovery-Geschichte.

Man muss die Totzeit möglichst exakt so wählen, dass die FETs nicht mehr 
gleichzeitig leiten, aber der Strom noch nicht durch die Body-Diode 
fließt.

Das erreiche ich z.T. durch den Widerstand des HIP4081, der die Totzeit 
bestimmt, z.T. wird die DeadTime auch berechnet und in die PWM-Register 
geschrieben - abhängig von den o.g. Zuständen.

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