Hallo, vor geraumer Zeit ist die H-Brücke aus dem Anhang entstanden, habe mir die Idee aus nem Elektor Artikel geklaut. Aufgebaut hatte ich das Moped schonmal, allerdings mit FET's aus der Restekiste, da wollte das ganze nicht funktionieren. Bevor ich jetzt nen neuen "Großeinkauf" mache hab ich aber noch drei Fragen zur Schaltung: - Ist der Schaltplan so stimmig, funktioniert das so? - Ist der "IRF 4905" ein geeigneter P-Kanal FET? - Welcher Strom geht als Dauerlast über die FET's und wann sollte ich lieber kühlen?
Angehängte Dateien:
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h_bridge.gif
47 KB
Was mir auffällt ist folgendes: - Es sind keine Abblockkondensatoren eingezeichnet. Ich kann nur hoffen, daß Du sie der Übersicht halber weggelassen hast. Ein 'Fetter' wird für den Leistungsteil benötigt und weitere (z.B. 100nF) für die Digital-ICs. Anbringungsort ist unmittelbar dort, wo die Energie benötigt wird. D.h. für die 100nF, z.B. so dicht wie möglich an den Betriebsspannungsanschlüssen der ICs und der 'Fette' in der Nähe der Schalttransistoren. Ein sogenannter Low-ESR-Typ (wie er z.B. in Schaltnetzteilen eingesetz wird) wäre hier sinnvoll. - Der IRF9530 schafft bei einer Ugs von -5V gerade einmal 3A (unter idealen Bedingungen) zu schalten. Ist das für Deine Applikation ausreichend? Bei -4V kommt er nicht mal über 0,8A hinaus. - Ich befürchte Cross-Conduction bei Deiner Brückenschaltung, d.h. möglicherweise leiten beim Umschalten für einen kurzen Augenblick beide Transistoren innerhalb eines vertikalen Zweigs. Mal mit einem Oszi und einem kleinen Shunt (Stromfühlerwiderstand in der Größenordnung eines Bruchteils von einem Ohm, z.B. 0,1 Ohm) in der Versorgungsspannungs- oder GND-Leitung nachmessen. Dafür braucht dann nicht einmal eine Last dran sein. - Der BUK101, als Logic-Level MOSFET, ist OK. Sollte aber die Schaltung irgendwie die Neigung zum Schwingen haben, so sollte man in der Gate-Zuleitung zu den MOSFETs (insbesondere zu den IRF9530) kleine Serienwiderstände in der Größenordnung von vielleicht 10...100 Ohm vorsehen. - Der physikalische Aufbau und insbesondere die Masseführung ist für die Funktion und Betriebssicherheit (z.B. bezüglich der eben erwähnten Schwingneigung) sehr wichtig. Da wo viel Strom fließt, sollten die Leiterbahnen breit und kurz ausfallen.
Dazu noch: - Die 1N4004 sind unnötig und kontraproduktiv, da zu langsam. Wenn schon, dann schnelle Schottkys. - Die PWM über das Schalten der HCT125 auf Tristate ist suboptimal. - Das ganze funktioniert nur, solange Vcc >5V und <20V ist.
Danke für die Antworten. -Den 9350 hatte ich nur eingesetzt, weil mir eine LIB für 4905 fehlt. Wäre ein 4905 denn besser? Ich kann die Daten von dir leider nicht nachvollziehen, muss gleich noch mal Datenblatt wälzen -Die Dioden und Kondis lassen sich ja ohne Probleme austauschen / einfügen. -gibt es eine Alternative zur der Logik? -Das System wird von einem EmbeddedLinux-Kern + AVR gesteuert, deswegen ist das mit den der Betriebsspannung von >5 V relative irrelevant. Nur....lohnen sich Weiterentwicklung und Selbstbau überhaupt? Gibt es denn günstige Motortreiber? Ich kenne nur welche bist 2 Ampere Ich möchte zwei Nagarashi N2738-48G Motoren von Conrad (Datenblatt: http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/225000-249999/244511-da-01-en-Igarashi_Motor_N2738_48G.pdf ) via PWM ansteuern. Die Stromaufnahme soll im Durschnitt bei 3,2 A liegen.
Hä? Wenn ich mir das Datenblatt vom Motor so anschaue, dann soll er zwar 3.545A bei einem Drehmoment von 1.4 OZ-IN 'ziehen', aber Du solltest Dir mal unbedingt die zweite Seite anschauen! Im Leistungsdiagramm kann er bei maximum Torque von 48mNm etwa 13A 'ziehen' (bei einer Anschlußspannung von 6V). Bei 5V wird's halt ein bißchen weniger sein, aber die von Dir angegebenen 3.2A sind wohl eher eine Illusion bzw. Wunschdenken. Beim Anlaufen (und ohne Sanftanlauf über eine Rampe) wird er sicher ganz kraftig die Amperes aus der Stromversorgung 'saugen', mal salopp gesagt. Der IRF4905 ist nur unwesentlich besser (im Vergleich zum IRF9530). Wenn er kalt ist und -4V Ugs bekommt schafft auch er nur etwa 3.5A, ist die 'Pille' (aka "Die") allerdings mal heiß (175°C) dann schafft er bei dieser Gate-Source-Spannung sogar 7A - aber sollte er diese Temperatur erreichen, haste was falsch gemacht. Wenn Du Dir nun mal die üblichen Verdächtigen von Motorsteuerungen aus dem Modellbaubereich einmal anschaust, sollte Dir eines auffallen: In der Regel wird man bei kräftigen Antriebssteuerungen nicht nur 4 MOSFETs finden sondern häufig sogar (wesentlich) mehr. Das ist nicht zwangsläufig so, weil ein MOSFET allein nicht den zu schaltenden Strom schaffen würde, sondern (bei oft nur 4 Zellen als Fahrakku) auch das Problem einen MOSFET zu finden, der bei kleinen Gate-Spannungen auch genügend Strom schalten kann. Kann oder will man die Gate-Spannung nicht erhöhen, so schaltet man eben mehr MOSFETs parallel. Will man dann auch noch schnell schalten, so sind dann Deine Treiber ein wenig schwachbrüstig, wie auch schon Benedikt K. bemängelt hatte (O-Ton: "suboptimal"). Dem kann ich nur beipflichten. Fertige Lösungen kann ich Dir nicht ad-hoc aus dem Ärmel schütteln. Danach googeln sollte jedoch von Erfolg gekrönt sein, wenn man weiß welche Schlagwörter man eingeben muß. Da ist manchmal durchaus Phantasie gefragt.
>Kann oder will man die Gate-Spannung nicht erhöhen, so schaltet man eben >mehr MOSFETs parallel. Doch. Das wird mittels kleiner StepUp Wandler getan. Danach sind Halbbrückenwandler IR21?? verbaut. Somit werden die Gates mit ~12V betrieben. >Kann oder will man die Gate-Spannung nicht erhöhen, so schaltet man eben >mehr MOSFETs parallel. Dort fließen weit größere Ströme als die hier gefallenen 13A. >Bei 5V wird's halt ein bißchen weniger sein, aber die von Dir angegeb Guck dir mal den IRLR7843 an. Willst du allen Ernstes die Brücke mit 5V betreiben??
@lippy: - Bei Vollbrücken-Treibern für DC-Motoren habe ich (persönlich) das noch nicht so oft gesehen. Wenn Du da mehr Erfahrung hast - be my guest. Bei BLDC-Treibern habe ich es schon wesentlich öfter gesehen, wenn sie via Bootstrap, aus der PWM-Ansteuerung zur Erzeugung der 3 Phasen, die höhere Spannung erzeugen. Um Phil hier etwas mehr Background-Info zu geben, gibt es natürlich noch andere Gesichtspunkte, wie z.B. der gewünschte (niedrige) RDSon, um bei zig Amperes die Verluste so klein wie möglich zu halten. Ist halt häufig 'ne Kosten/Nutzen-Rechnung. Der IRLR7843 ist bei diesen Werten natürlich ganz Vorn mit dabei. ;-) Schaut man sich den max. Drain-Strom an, protzt er mit bis zu 161A! Aber wo Sonne ist, da ist auch Schatten: Das D-Pak-Gehäuse verkraftet aber nur max. 30A, wegen der 'dünnen' Anschlußdrähte (Fußnote 4 auf der letzten Seite im Datenblatt). Also wieder ein Grund, warum manchmal mehrere MOSFETs parallel geschaltet werden (müssen).
Hmmmm, schon wieder eine neue Baustelle im Projekt... Mir stehen derzeit 7,2 Volt zur Verfügung, mehr wirds wohl auch erstmal nicht werden. Der Motor wird aber wohl nicht dauerhaft diese Ströme ziehen, warum Conrad auf 3,2 A kommt weiß ich nicht. Da ich mir jetzt sowieso sehr gründlich überlegen muss, wie ich weiter vorgehe, werd ich morgen erstmal die Ströme messen und dann mal von Erfahrungswerten berichten, den ganzen Zahlen trau ich nicht. Hätte ich doch Graupner Motoren genommen....
Genau. Und dann poste mal paar Eckdaten, die die H-Brücke können muss.
Also Spannung, Strom, PWM-Frequenz,...
>DC-Motoren habe ich (persönlich) das noch nicht so oft gesehen.
Da hast du recht. Für DC-Motoren geht das von dir erklärte
Bootstrap-Prinzip nicht. Ich meinte bei meinen Ausführungen eher die
MOtoren für den (Boot)Modellbau. Das sind aber glaub ich auch BLDC.
Spannung - Dürfte so bei 6-8 Volt liegen, je nachdem, was der Akku hergibt (keine Konstantstromquelle) Strom - Die Motoren kennt ihr ja jetzt, ich muss morgen mal messen, heute schaff ich das nicht mehr. PWM-Frequenz - Naja, das was nen Mega32 (oder evtl. nen Mega128) zu bieten hat.
>Spannung - Dürfte so bei 6-8 Volt liegen Da brauchst du nen StepUp, um 10..15V als Gatespannung zur Verfügung zu stellen. (du brauchst zwei Hilfsspannungen) >Strom ... Spielt eher nur für die FET Auswahl eine Rolle. >- Die Motoren.. Das scheinen echte DC Motoren zu sein. Somit kannst du Bootstrap-Schaltung vergessen, da die Brücke nicht zyklisch umgesteuert wird. >PWM-Frequenz.. Hm.. Wird sicher unter 20kHz liegen, eher im einstelligen kHz Bereich. Mehr macht bei MotorPWM (meist) keinen Sinn (Ankerzeitkonstante). Ich könnte dir zur Ansteuerung paar HCPL3120 anbieten. http://www.bmh.nu/pdf/Opto/HCPL3120.pdf Zur Erzeugung der Hilfsspannung könntest du zwei kleine DCDC Wandler nehmen. (SIM... bei Reichelt) Müsstest nur auf die Spannungen achten..
Hmm, also für wenn ich zwei DC-DC-Wandler nehme bin ich schon mindestens 20,-€ los. Wahrscheinlich werde ich dann noch drei Stück von denen zerschießen. Kommen noch die FET's dazu. Für mich stellt sich einfach nur gerade die Frage nach aufwand und Zeit von dem ganzen. Gefunden habe ich einen anderen Motortreiber, der sieht sehr vielversprechend aus, könnte der mir helfen (ohne jetzt die genaue Stromaufnahme zu kennen)?: http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/RN-VNH2Dualmotor Da wäre ich mit 40,- € für eine fast fertige und funktionierende Lösung dabei. Ich habe aber gerade eine ganz andere Frage, die in mir herumgeistert: Wie konstant bleibt die Spannung bei einem NiMh-Akku mit zunehmender Entladung? Hab mir jetzt mehrere Datenblätter von einzelnen Zellen angeschaut, dort scheint die Spannung ziemlich lange auf einem konstanten Level zu liegen, liege ich da richtig?
>Hmm, also für wenn ich zwei DC-DC-Wandler nehme bin ich schon mindestens >20,-€ los. Eher so etwa 12Euro. Kann aber sein, dass die eh nicht gehen, weil meineswissens gibt es nur 5V, 12V als Eingangsspannung. Was die sonst machen, weiß ich nicht. Vielleicht ist ein Selbstbau mit einem kleinen EFD10-Kern eine Lösung. >Kommen noch die FET's dazu. Du willst eine Leistungsbrücke bauen (für Elektroniker sind 13A riesengroße Ströme ;-) Also musst du auch etwas investieren. Beratung ist hier ja gratis. Oder du kaufst was Fertiges. Aber das ist gegen die Hobbybastlerehre. >Wie konstant bleibt die Spannung Keine Ahnung.
Für mich sind das auch Riesenströme, ich schubse eigentlich mehr Digitalsingale rum. Aber Motoren brauchen nunmal viel Strom. Für Brushless reicht mein Investitionsvermögen gerade nicht; das man vernünftige Leistungselektronik nicht billig zusammenfummeln kann ist ja nichts neues. Längerfristig ist ein Eigenbau mit Sicherheit nicht schlecht, ist also auch nicht so ganz schlecht einen Schaltplan zu entwickeln, außerdem lern ich dann ja auch noch mal dazu. So weit geht meine Leidenschaft aber nicht, dass ich mir meine Wandler selbst Wickel, da muss schon etwas fertiges her.
>So weit geht meine Leidenschaft aber nicht, dass ich mir meine Wandler >selbst Wickel, da muss schon etwas fertiges her. Was ist denn das für ne Einstellung.. Das ist Hobby.. Und bei hohen Frequenzen und den Al-WErten brauchst du nur einige 10Windungen... ;-)
Also, frische Daten... Die Stromaufnahme liegt so im Durchschnitt bei 2,6 A. An den Motoren selbst hängt auch nicht so wahnsinnig viel dran. Kann hier leider nur digital messen, ich geh aber davon aus, dass der Einschaltstrom mit Sicherheit noch deutlich höher liegt.
>Einschaltstrom mit Sicherheit
Versuche doch mal mit nem Ohmmeter den Ankerwiderstand im Stillstand! zu
messen.
so um 1 Ohm. Bei knapp 5 Volt (hatte ich oben im Test verwendet und vergessen zu posten) müssten also so 5A fließen?
>so um 1 Ohm.
Das kann auch ein halbes Ampere bedeuten..
Du solltest also von >10A ausgehen. Aber das ist wohl das kleinste
Problem ;-)
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