Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Brücke mit IR2181 und DC/DC Wandler


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von (unknown) (Gast)


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Hallo,

ich habe mir die Schaltung im Anhang erdacht bin mir aber nicht sicher 
ob die so funktioniert und hoffe das mir ein "Experte" da noch ein paar 
Tipps geben kann.
An der linken Schraubklemme liegt 12V und Masse an, zwischen der Klemme 
in der H-Brücke dann die Last, der DC/DC Wandler X1 ist ein 12V auf 24V 
Wandler.
Die Beispielschaltung mit Kondensator und Dioden die im Datenblatt des 
IR2181 beschrieben ist habe ich nicht nachgebaut da ich die H-Brücke 
auch voll durchschalten möchte (PWM Duty Cycle 100%). Ist das so 
überhaupt möglich oder fliegen mir beim einschalten irgendwelche 
Bauteile um die Ohren?

Wenn jemand Vorschläge für andere Treiber hat gern her damit, wichtig 
ist nur das sie eine Möglichkeit bieten alle MOSFETs auf Low zu schalten 
und an der man N-Kanal MOSFETS anschließen kann (12V/10A möchte ich 
nicht durch MOSFETS mit 0,2 Ohm Ron jagen da bleiben ja nur noch 8V 
über)

Mit freundlichen Grüßen
Markus

von Christian S. (christianstr)


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Wenn du die PWM vernünftig programmierst, könnte das so funktionieren, 
du musst nur sicherstellen, dass du keinen Kurzschluss verursachst, und 
wenn du Induktive Lasten treiben willst würde ich nicht auf die Dioden 
verzichten.
Aber warum nimmst du nicht gleich einen Vollbrückentreiber (z.B. HIP4081 
), dein Programmieraufwand ist geringer und sicherer ist es auch noch. 
Außerdem würdest du einen IC weniger benötigen.

von (unknown) (Gast)


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HIP4081 ja, da hätte ich auch vorher drauf kommen können, da steht ja 
sogar im Datenblatt das man die Bootstrapschaltung weglassen kann. Blöd 
nur das die Schaltung mit dem HIP4081 doppelt so teuer wird (Oder gibt 
es den für Privatkunden günstiger als 11€?)

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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In der Originalschaltung fehlen die Gatewiderstände.

von Christian S. (christianstr)


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Bei Farnell kostet der 8€. Und die Bootstrap-Schaltung kann man nicht 
weglassen, sondern ist nötig, um die HighSide FETs zu schalten. Übrigens 
auch ein Fehler in deinem Schaltplan, ohne Bootstrap-Kondensatoren gehts 
nicht.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wenn du die Highside auch dauernd aktivieren willst,ist die klassische 
Lösung mit PNP Transistor als Treiber wahrscheinlich die einfachste und 
billigste.Ein NPN davor gibt dir dann die richtige Logik.

von Christian S. (christianstr)


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Matthias Sch. schrieb:
> Wenn du die Highside auch dauernd aktivieren willst,ist die klassische
> Lösung mit PNP Transistor als Treiber wahrscheinlich die einfachste und
> billigste.Ein NPN davor gibt dir dann die richtige Logik.

Einfacher find ich die nicht unbedingt. Die Logik für die Programmierung 
wird schwieriger, weil man viel mehr beachten muss, ausserdem braucht 
man dann auch mehr Leistung aus dem Mikrocontroller für die 
Transistoren. Finde einen Vollbrückentreiber wesentlich komfortabler, da 
beim HIP zB auch schon eine PWM Betriebsart vorgesehen ist.

von Oliver K. (olli_k)


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Hallo,

das wird so nicht funktionieren:

1. brauchst du zwei DC-DC -Wandler...für beide Halbbrücken einen
2. -V Output der DC-DC-Wandler muss mit VS des jeweiligen 
Treiberbausteins verbunden werden. Nur so wird der High-Side Fet 
ordentlich durchgeschalten.

BTW: Bootstrap Kondensatoren braucht man nicht, wenn man DC-DC-Wandler 
benutzt.

von Christian S. (christianstr)


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Oliver K. schrieb:
> Hallo,
>
> das wird so nicht funktionieren:
>
> 1. brauchst du zwei DC-DC -Wandler...für beide Halbbrücken einen
> 2. -V Output der DC-DC-Wandler muss mit VS des jeweiligen
> Treiberbausteins verbunden werden. Nur so wird der High-Side Fet
> ordentlich durchgeschalten.
>
> BTW: Bootstrap Kondensatoren braucht man nicht, wenn man DC-DC-Wandler
> benutzt.

Keine deiner Aussagen stimmt. Wieso sollte man zwei DCDC Wandler 
brauchen? Wieso sollte man -V auf Masse ziehen, wenn man NChannel 
MOSFETs schalten will? Und wieso braucht man keine 
Bootstrap-Kondensatoren, wenn man DCDC Wandler benutze?!

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Christian Str schrieb:
> Einfacher find ich die nicht unbedingt. Die Logik für die Programmierung
> wird schwieriger,

Wah...? Da ändert sich überhaupt nichts. Ich habe den Eindruck, du 
weisst gar nicht, was ich vorgeschlagen habe :-P
Also nochma. Die highsides hängen mi ihren Gates am Kollektor eines PNP 
(BC640 oder so) Der Emitter des PNP liegt auf deinen 12 Volt = Drain der 
Highsides. Von den Gates geht der Arbeitswiderstand des PNP auf die 
Source.

Die Basis des PNP geht über einen Widerstand auf den Kollektor eines 
NPN, der die Invertierung besorgt, damit du das gleiche Signal, mit dem 
du die Highside ansteuerst, auch auf deiner Lowside nehmen kannst. Das 
wars. Ich würde dir zwar empfehlen, die andere Seite der Brücke mit 
ihrem eigenen Timer zu steuern, aber das ist dein Bier.
Entweder nimmst du also 2 DC/DC Wandler, wie von Oliver vorgeschlagen, 
den diese müssen ja die Sources der Highsides als Bezug haben, oder du 
machst die Transistor Lösung.
Gatetreiber mit Bootstrap/Ladungspumpe gehen nun mal nicht mit 100% PWM.

von Christian S. (christianstr)


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Matthias Sch. schrieb:
> Christian Str schrieb:
>> Einfacher find ich die nicht unbedingt. Die Logik für die Programmierung
>> wird schwieriger,
>
> Wah...? Da ändert sich überhaupt nichts. Ich habe den Eindruck, du
> weisst gar nicht, was ich vorgeschlagen habe :-P

Wie du das vorgeschlagen hast, war mir schon klar :D Aber es geht auch 
um solche Sachen wie das Delay zwischen dem Schalten der Stränge, um 
Kurzschlüsse zu vermeiden. Außerdem musst du zumindest zwei Pins des 
Mikrocontrollers benutzen, vier, wenn die Leistung nur für einen 
Transistor reicht (zugegeben, bei den kleinen Dingern kann man die 
sicher auch mit dem Mikrocontroller zu zweit schalten :P). Bei dem 
Treiber reicht ein Pin vom Controller, auf den ich nur die PWM schalten 
muss. Und mit Bootstrap funktioniert ein DutyCycle von 100% auch, da die 
Spannung vom Gate des MOSFETs gehalten wird.
EDIT: Ach ja, und das Delay kann ich schön einfach mit einem Widerstand 
am Treiber einstellen ;)

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Christian Str schrieb:
> Aber es geht auch
> um solche Sachen wie das Delay zwischen dem Schalten der Stränge, um
> Kurzschlüsse zu vermeiden.

Die Totzeit musst du so oder so programmieren, da ist die 
Treiberschaltung nicht relevant.

Christian Str schrieb:
> Und mit Bootstrap funktioniert ein DutyCycle von 100% auch, da die
> Spannung vom Gate des MOSFETs gehalten wird.

Nö. Die Spannung am Gate bricht sofort auf den Vs Pegel zusammen und die 
Highside sperrt, da die Treiber ICs nicht auf offen gehen, sondern eine 
PushPull Stufe benutzen. Das ist deswegen so, damit die MOSFets auch 
zügig wieder sperren. Wie dir vermutlich bekannt ist, ist das Abschnüren 
von MOSFets im allgemeinen ja langsamer als das Aufsteuern.

Christian Str schrieb:
> EDIT: Ach ja, und das Delay kann ich schön einfach mit einem Widerstand
> am Treiber einstellen ;)

Das wäre mir viel zu unflexibel. Das ist bei mir ein Parameter im 
EEPROM.

Christian Str schrieb:
> wenn die Leistung nur für einen
> Transistor reicht

Wenn 10mA wirklich nicht reichen, hilft da ein simpler Buffer. Wenn man 
da einen invertierenden mit Opencollector nimmt,ist die Schaltung schon 
fast fertig. Es sind hier übrigens nur 12 Volt, 10 Ampere :-P

von Christian S. (christianstr)


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Huch, hab glaub ich den falschen Treiber rausgesucht, meinte den 
HIP4082. Der hat zwar auch keine Ladungspumpe, hält aber auch einen 
DutyCycle von 100%. Funktioniert, habe es selber mal in einer Anwednung 
benötigt(und steht auch im Datenblatt ;) ).

> Das wäre mir viel zu unflexibel. Das ist bei mir ein Parameter im
> EEPROM.

Und wenn ich die MOSFETs nicht dauernd tausche, muss ich mit der 
Tot-Zeit auch nicht sehr flexibel sein ;)

> Es sind hier übrigens nur 12 Volt, 10 Ampere :-P

Ich vergess immer wieder, dass es hier auch Leute gibt, die nur wenig 
Leistung schalten :P 10A meinte er ja, wären sowieso schon viel zu viel, 
ich schätz mal, er schaltet was im mA-Bereich.
Vielleicht reicht dann sogar für ihn einen Treiber mit integriertem 
Leistungsteil, dann muss er eigentlich fast gar nix mehr machen :P

von (unknown) (Gast)


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Matthias Sch. schrieb:
> In der Originalschaltung fehlen die Gatewiderstände.

Ok die hab ich jetzt ausgelassen, genauso wie der Kondensator am Ausgang 
des DC Wandlers.


Christian Str schrieb:
> Bei Farnell kostet der 8€.

Farnell lässt mich nichts bestellen ich bin keine Firma.


Christian Str schrieb:
> Und die Bootstrap-Schaltung kann man nicht
> weglassen, sondern ist nötig, um die HighSide FETs zu schalten.

Das war ein Teil meiner Frage: Kann ich die Bootstrapschaltung durch ein 
DC/DC Wandler ersetzen (damit ich 100% und 0% PWM hinbekomme)?


Oliver K. schrieb:
> brauchst du zwei DC-DC -Wandler...für beide Halbbrücken einen
> -V Output der DC-DC-Wandler muss mit VS des jeweiligen
> Treiberbausteins verbunden werden. Nur so wird der High-Side Fet
> ordentlich durchgeschalten.

Ich muss doch nur sicherstellen das VB (Und damit Ug der MOSFETS) 10V 
über Source des MOSFETS ist? Das ist bei dem 12V / 24V Wandler gegeben 
oder hab ich da nun ein krummen Denkansatz.


Christian Str schrieb:
> 10A meinte er ja, wären sowieso schon viel zu viel,
> ich schätz mal, er schaltet was im mA-Bereich.

Im mA Bereich hab ich genug Treiber hier, auch der Bereich bis 3A 
bekomme ich auch noch mit Fertigbauteilen durch aber bei meinen 10A muss 
ich leider passen...


Christian Str schrieb:
> Huch, hab glaub ich den falschen Treiber rausgesucht, meinte den
> HIP4082. Der hat zwar auch keine Ladungspumpe, hält aber auch einen
> DutyCycle von 100%. Funktioniert, habe es selber mal in einer Anwednung
> benötigt(und steht auch im Datenblatt ;) ).

Ok den guck ich mir auch direkt mal an. Danke!

Bei dem Transistorvorschlag bin ich mir nicht so sicher ob das klappen 
kann, jeder U-Drop von 1V sind 10W Wärme an den Transistoren die ich 
eher nicht abführen kann.

Mit freundlichen Grüßen
Markus

von Christian S. (christianstr)


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Markus Knetschke schrieb:
> Bei dem Transistorvorschlag bin ich mir nicht so sicher ob das klappen
> kann, jeder U-Drop von 1V sind 10W Wärme an den Transistoren die ich
> eher nicht abführen kann.

Glaube, das hast du falsch verstanden. Er hat vorgeschlagen, die MOSFETs 
mit Transistoren durchzuschalten, damit du dir den Treiber sparen 
kannst. Die Verlustleistung an den Transistoren wäre abhängig von der 
Gatekapazität der MOSFETs. Funktionieren tut das, ist auch der 
kostengünstigste Vorschlag von allen, da braucht man nur Transistoren, 
die einigermaßen schnell schalten, je nachdem, welche Frequenz du gern 
hättest.

von (unknown) (Gast)


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Ah ok nagut das wäre auch eine Idee, aber eigentlich wollte ich ja einen 
Treiber nutzen um mich nicht um den den Ansteuerungskram zu kümmern.
In dem Datenblatt von dem HIP4082 hab ich nirgendwo gefunden das er 100% 
PWM schafft, wo hast du denn die Angaben gefunden?

von Klaus (Gast)


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Markus Knetschke schrieb:
> Ich muss doch nur sicherstellen das VB (Und damit Ug der MOSFETS) 10V
> über Source des MOSFETS ist? Das ist bei dem 12V / 24V Wandler gegeben
> oder hab ich da nun ein krummen Denkansatz.

Und du solltest vermeiden, daß mehr als 20V (besser 15V) am Gate 
anliegen, auch wenn der untere FET durchgesteuert und damit der 
Source-Anschluß nahe GND ist. Daher verwendet man eher einen 12V Wandler 
und legt den negativen Anschluß an die Source vom High-Side FET. Für den 
zweiten FET braucht man einen zweiten Wandler.

MfG Klaus

PS. 0% PWM geht immer

von Christian S. (christianstr)


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Klaus schrieb:
> Und du solltest vermeiden, daß mehr als 20V (besser 15V) am Gate
> anliegen, auch wenn der untere FET durchgesteuert und damit der
> Source-Anschluß nahe GND ist. Daher verwendet man eher einen 12V Wandler
> und legt den negativen Anschluß an die Source vom High-Side FET. Für den
> zweiten FET braucht man einen zweiten Wandler.

Jetzt peil ich das auch, wie das in einem der vorigen Posts mit einem 
zweiten DCDC Wandler gemeint ist...okay, ja das geht ;)

> PS. 0% PWM geht immer

Stimmt nicht, 0% PWM ist das selbe wie 100% PWM, nur dass der 
HighSide-FET vom anderen Strang immer durchgeschaltet ist ;)

Und zurück zu dem Problem der 100% PWM:
1
The HIP4082 does not contain an internal charge pump, but does incorporate non-latching level-shift translation control of the upper drive circuits.
Erste Seite im Datenblatt ;)

von (unknown) (Gast)


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Klaus schrieb:
> Und du solltest vermeiden, daß mehr als 20V (besser 15V) am Gate
> anliegen, auch wenn der untere FET durchgesteuert und damit der
> Source-Anschluß nahe GND ist.

Ah  daran hab ich nicht gedacht, das muss der FET natürlich erst mal ab 
können und wenn dann hab ich natürlich immer noch doppelte 
Umladeverluste...
Gut das schließt alle Überlegungen aus bei den ich Teile spare indem ich 
die Gatespannung für beide aus dem selben System erzeuge.


Christian Str schrieb:
> Und zurück zu dem Problem der 100% PWM

Das lässt mich einfach hoffen das dort irgendwo der "DoMagic" 
Schaltkreis sitzt mit dem das klappt oder sind die Leckströme so gering 
das die Kondensatorladung nach dem Umladen "ewig" hält?

Ich denke ich werde mir mal so ein HIP4082 besorgen, bei hbe gibt es den 
für 8€ oder kennt jemand einen anderen Händler?

von Christian S. (christianstr)


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8€ ist glaub ich schon das Günstigste, was man so finden kann ;)
Und wie gesagt: Ich hab mit dem HIP4082 einen DutyCycle von 100% 
erfolgreich mehrere Minuten lang getestet. Wenns wirklich nicht 
funktioniert, machste halt nen DutyCycle von 99%, schnelle Frequenz (der 
kann bis 100kHz ab) und vom Microcontroller eine sehr feine 
PWM-Auflösung, dann sind das annähernd 100% ;) Wofür brauchst du das 
eigentlich? Motorsteuerung?

von (unknown) (Gast)


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Christian Str schrieb:
> 8€ ist glaub ich schon das Günstigste, was man so finden kann ;)

dabei hatte ich hbe immer als teuer in Erinnerung, wie man sich irren 
kann.


Christian Str schrieb:
> Wofür brauchst du das
> eigentlich? Motorsteuerung?

Wenn ich jetzt sage TEC dann kommen wieder die Leute die "Nein TEC und 
PWM ist Mist" brüllen aber ich vertraue da einfach auf die Kondensatoren 
und die Spulen die aus dem PWM dann ein schönes "sauberes" Signal 
machen.
Meinen TEC Erfahrungen nach senkt PWM den Wirkungsgrad wenn man es 
Ungefiltert draufhaut und das Material leidet wenn die Frequenz zu 
gering ist. Beides wird hier nicht der Fall sein.

Ich danke euch allen für eure Hilfe!

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