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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Brücke Einschaltproblem


Autor: Möchtegern-Elektroniker (Gast)
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Hallo liebe Freunde!

Ich habe ein Problem: Ich hab mir hier erstmal diskret eine H-Brücke 
aufgebaut, die von einem MSP angesteuert wird. Das Problem ist der 
undefinierte Zustand beim Einschalten der Spannung.

In der H-Brücke sitzt ein 240W Motor eines ausgedienten Akku-Schraubers. 
Dieser soll in beide Richtungen gedreht werden können. Wenn ich die 
Versorgungsspannung einschalte, dann macht er willkürlich einige 
Zuckungen, was vom undefinierten Zustand der Ports des uCs beim 
Einschalten kommt. Ebenso wenn ich die Versorgungsspannung des uCs 
abnehme und die ELKOs in der Schaltung sich entladen, so tritt der 
Effekt ebenfalls auf. Der Motor hat immer Spannung, bzw. die H-Brücke, 
in der er sitzt.

Mir scheint es, als ob der Brown-Out des uCs nicht so zuverlässig 
arbeitet, daher habe ich überlegt, zusätzlich beispielsweise einen 
TL7702 als Reset zu verwenden, der den Brown-Out wesentlich früher 
erkennt, und den uC in den Reset treibt. Ebenso würde der uC erst später 
"hochfahren".

Darüber hinaus würde ich lieber einen integrierten Baustein als H-Brücke 
verwenden, aber die meisten die ich mir angeschaut habe, brauchen in 
gewissen Abständen einen Richtungswechsel, um den High-Side-Treiber 
zuverlässig schalten zu können. Ein Baustein mit integrierter Brücke 
kommt bei den Strömen wohl eher nicht in Frage.

Hat einer von euch einen Tip für mich, welchen Baustein ich dafür 
verwenden könnte?

Danke im Voraus!

: Verschoben durch Admin
Autor: ich (Gast)
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Pull-Down Widerstände an den Gates???

Autor: xXx (Gast)
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So sieht es aus bis dato.

Autor: Rudi (Gast)
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r_pu_hs_l+r mit den 18V verbinden, NICHT mit VCC...

Autor: hallowelt (Gast)
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Ja stimmt schon, die sind aber sowieso miteinander verbunden, sorry, die 
Info hätte ich natürlich dazu geben müssen! Sorry! Sorry! Die GNDs sind 
auch verbunden.

Autor: hallowelt (Gast)
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Ich wollte die erst trennen, aber hab dafür auch keine sinnvolle Lösung 
gefunden, ohne das die Potentiale schwimmen.

Autor: Sven (Gast)
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Ein "besserer" Reset nützt da gar nichts. Im Reset tendieren die Pins 
des AVR gegen Vcc zu driften, dabei schalten natürlich die NPNs durch 
und steuern die Mosfets auf. Reicht ja schon ein geringer Strom.

Jeweils 10k zwischen B und E der NPNs oder Ausgänge des AVR und GND, je 
nachdem was sich besser löten läßt.

Die 100n-Cs am Ausgang sind eher kontraproduktiv. Mach lieber ein R-C 
mit 100n - 1ohm zwischen die Ausgänge. Und versuch nicht, die Brücke mit 
PWM zu reizen, sie könnte das übel nehmen.

Autor: hallowelt (Gast)
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Die Kondensatoren am Ausgang waren eher wegen dem Bürstenfeuer des 
Motors, um die hohen Spannungsspitzen etwas loszuwerden. Nicht sinnvoll? 
Die sind doch oft an Motoren angeschlossen.

Was genau macht der Widerstand zwischen B-E dann? Leitet der den Strom 
ab?

PWM war eigentlich schon vorgesehen, wieso besser nicht?

Vielleicht einen Verbesserungsvorschlag?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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hallowelt schrieb:

> Was genau macht der Widerstand zwischen B-E dann? Leitet der den Strom
> ab?

er sorgt dafür, dass die Basis dann auf Masse gehalten wird (E ist 
eigentlich egal. Wichtig ist das B über den Widerstand auf Masse geht. 
Der nächstliegende Pin mit Masse an deinem NPN ist nun mal E). Solange, 
bis dein µC seine Portpins auf Ausgang geschaltet hat und selber eine 
Spannung aktiv ausgibt.

Ich würd den Widerstand nicht von der Basis weggehen lassen, sondern auf 
der anderen Seite vom Basiswiderstand. Sonst bilden nämlich dieser und 
der neue Pulldown Widerstand einen Spannungsteiler.

Autor: hallowelt (Gast)
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Macht ja Sinn, aber wenn der uC anfangs kurz ein high rausgibt, dann 
passiert doch dasselbe, oder? Mit oder ohne R. Oder sehe ich da was 
falsch?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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hallowelt schrieb:
> Macht ja Sinn, aber wenn der uC anfangs kurz ein high rausgibt,

wieso soll der ein High rausgeben?
Wenn man die Initialisiersequenz richtig macht, tut er das nicht

Autor: hallowelt (Gast)
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Na ich denk diese undefinierten Zustände finden während des 
initialisierens statt. Und bis er an dem Punkt für Ausgang low! 
angekommen ist, ist nicht sicher, was am Port passiert.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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hallowelt schrieb:
> Macht ja Sinn, aber wenn der uC anfangs kurz ein high rausgibt, dann
> passiert doch dasselbe, oder? Mit oder ohne R. Oder sehe ich da was
> falsch?

Es geht nicht darum, was passiert wenn der µC seine Ausgänge auf High 
schaltet. Es geht um die Zwischenzeit zwischen Spannung anlegen (oder 
Reset) und dem Zeitpunkt, bis der µC seine Pins auf Ausgang geschaltet 
hat. Bis zu diesem Zeitpunkt sind die Pins Eingänge und da niemand aktiv 
irgendwelche Spannung an die Leitung legt, holen sich die Basen der 
Transistoren vom Anschlusskabel was sie kriegen können: 
elektromagnetische Felder, deine 50Hz die du als Antenne aus dem 
Lichtnetz holst, das FDC Signal, eine Mischung aus RTL/SAT1 und Pro7, 
...


(OK. ist etwas übertrieben. Aber Tatsache ist: Solange bis der µC seine 
Pins auf Ausgang hat, hängen die Leitungen in der Luft. Kein Mensch 
sorgt für einen definierten Pegel)

Autor: Sven (Gast)
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Dieser Brückenaufbau ist zu langsam für PWM-Betrieb. Vielleicht 100Hz, 
aber sicher keine 20kHz.

Ausserdem bekommst Du Probleme mit Querströmen, wenn die PMOS schon 
öffnen und die NMOS noch nicht ganz zu sind.

Kondensatoren zur Entstörung und PWM beisst sich auch.

Autor: hallowelt (Gast)
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Die Querströme klar, die muss ich in der Software behandeln.

Welche Maßnahmen sind für einen schnelleren Betrieb notwendig? 
Überstrombeschaltung mit Diode? Insgesamt höhere Ströme in die Gates?

Autor: hallowelt (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> holen sich die Basen der
> Transistoren vom Anschlusskabel was sie kriegen können

OK, danke schonmal. Ist das bei bipolaren Transistoren auch so schlimm? 
Dachte das ist bei FETs so kritisch mit floatenden Gates. Der Transistor 
muss ja nen Strom in seiner Basis haben. Wird da soviel induziert?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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hallowelt schrieb:
> Karl heinz Buchegger schrieb:
>> holen sich die Basen der
>> Transistoren vom Anschlusskabel was sie kriegen können
>
> OK, danke schonmal. Ist das bei bipolaren Transistoren auch so schlimm?
> Dachte das ist bei FETs so kritisch mit floatenden Gates. Der Transistor
> muss ja nen Strom in seiner Basis haben. Wird da soviel induziert?

Nein, ich hab übertrieben.
Aber es sollte auch klar sein, dass dir niemand einen bestimmten Pegel 
auf einer Leitung garanetieren kann, die so beschaltet ist



    Eingang   <---------------------------> Eingang

Irgendwelche Leckströme gibt es immer.
Bau einen Pulldown drann, und gut ists.

Autor: hallowelt (Gast)
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OK, vielen Dank!

Kann mir denn noch jemand evtl. einen integrierten Baustein empfehlen? 
Oder ist die Schaltung so brauchbar?

Wegen PWM und was war mit der Geschwindigkeit?

Autor: Sven (Gast)
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Was ist daran so schwer: Die Ausgänge, die während oder kurz nach dem 
Einschalten oder einem Reset noch als hochohmige Eingänge definiert 
sind, driften nach +5V. Es ist, als wenn Du einen hochohmigen Widerstand 
zwischen den Pin und +5V hast. Dann reichen in Deiner Schaltung schon 
wenige µA, um die NPNs aufzusteuern. Die müssen ja nicht durchschalten, 
reicht ja wenn die MOSFETs bißchen Spannung bekommen um unkontrolliert 
leitend zu werden. Sorg für einen definierten Pegel und gut ist.

Autor: hallowelt (Gast)
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Sven schrieb:
> Was ist daran so schwer: Die Ausgänge, die während oder kurz nach dem
> Einschalten oder einem Reset noch als hochohmige Eingänge definiert
> sind, driften nach +5V. Es ist, als wenn Du einen hochohmigen Widerstand
> zwischen den Pin und +5V hast. Dann reichen in Deiner Schaltung schon
> wenige µA, um die NPNs aufzusteuern. Die müssen ja nicht durchschalten,
> reicht ja wenn die MOSFETs bißchen Spannung bekommen um unkontrolliert
> leitend zu werden. Sorg für einen definierten Pegel und gut ist.
>


?? Ich hab den Ratschlag doch dankend angenommen, das waren doch jetzt 
andere Fragen.

Autor: hallowelt (Gast)
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Ich habe so etwas noch nicht gebaut vorher, daher frage ich nach, ob die 
Schaltung so brauchbar ist, oder ob ich auf dem Holzweg bin.

Autor: Sven (Gast)
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Motorstrom?
Motorspannung?
PWM-Frequenz?

Das müsstest Du schon verraten.

Autor: hallowelt (Gast)
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Motorstrom liegt bei max 15A
Spannung ist 20V
PWM ist nur ca. 120Hz

Autor: Rudi Ratlos (Gast)
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20A sind nicht von Pappe bei undefiniertem Einschaltzustand.

Simpelste Lösung wäre z.B. vorerst mit kleinem Relais-RUHEkontakt an 2 
geeigneten Ansteuertransistoren Basis auf Masse legen und erst wenn 
System stabil ist dann das Relais ansteuern um die Brücke freizugeben.

Das Gleiche geht sicher auch eleganter mit Schaltdioden oder 
Resetschaltkreis.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Rudi Ratlos schrieb:
> 20A sind nicht von Pappe bei undefiniertem Einschaltzustand.

Wieso undefinierter Einschatzustand? Es macht doch nun Pull-downs an die 
Basen. (Und in der Initialisierung schreibt er sicher auch erst den 
Startwert in in die Portregister BEVOR er die Pins auf Ausgang schaltet 
- oder???)

Autor: hallowelt (Gast)
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Ja klar, das macht er! :) Also kann ich das so verwenden? Oder gibt es 
Ratschläge für veränderungen?

Autor: Charly B. (charly)
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Ganz einfach:

versorgung f. die Bruecke zb. ueber ein relais einschalten
mit dem Prozessor wenn alle Steuerpins definiert sind,
oder ein spezielles IC verwenden mit UVD, kannst dir ja
mal mein schaltbild ansehen. Die Platinen hab ich die
Tage bekommen nur noch keine zeit sie aufzubauen, hoffe
es hiflt dir etwas weiter

vlg
Charly

Autor: hallowelt (Gast)
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Danke erstmal - das sind aber auch die Triber, die zwingend ab und dann 
eine Richtungsumkehr benötigen, oder? Damit sich die Spannung für die 
High-Side-Treiber aufbauen kann. Oder liege ich falsch?

Autor: Charly B. (charly)
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keine Richtungsumkehr, PWM, i glaub gehr nur so bis 98%
werd die Tage eine Platine aufbauen

vlg
Charly

Autor: oszi40 (Gast)
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Ganzen Strom 15A über Relais einschalten ist auf Dauer eine 
Kontaktverschleißfrage.
Frage ist weiterhin ob die 15 A schon der große Motor-Einschaltstrom 
sind oder "nur" während des Betriebs auftreten.

Autor: hallowelt (Gast)
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Das ist der Maximalstrom, der auftreten wird, ist im Schnitt eher 
geringer. Mit nem Relais, dass dazu noch 15A aushält, wird das ganze ein 
wenig zu groß.

Autor: oszi40 (Gast)
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Es könnten auch mehr als 15 A werden bei Drehrichtungswechsel, da dann 
der Gleichstrommotor durch die mechanische Trägheit noch einen Moment 
als "Generator" wirkt!

Autor: karl-otto (Gast)
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Ja aber das ist ja in erster Linie mehr eine Frage der verwendeten 
Leistungstransistoren.

Mir geht es eigentlich nur darum, ob ich die H-Brücke so verwenden kann, 
oder ob "man das so nicht macht".

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