H-Brücke, bitte mal drüberkucken

[Lukas (Gast)]

Hallo,

ich habe mich an einer H-Brücke versucht.
Ist das erste mal das ich eine mache, deshalb wäre es nett wen jemand 
mal drüber schaun könnte.

Angesteuert wird ein 24V Motor mit 20A. Die Frequenz des PWM-Signales 
soll ca 20kHz betragen und kommt von einem Atmega32. Vom Mikrocontroller 
kommen 2 PWM-Signale und nicht wie üblich 1 Signal, weil ich mir so die 
Logik sparen will.
Für die Spannungsversorgung werden zwei Bleigelakkus 12V in Serie 
verschalten (12V auf Klemme X3 und 24V auf Klemme X1).

Als Brückenteiber hab ich den HIP4082 gewählt: 
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/intersil/fn3676.pdf

Als Mosfet hab ich den IRFZ44 55V/49A gewählt: 
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/irf/irfz44n.pdf

Und brauch ich die Widerstände R5,R6,R7,R9?


Schonmal Vielen Dank im voraus

[Lukas (Gast)]

Hab vergessen die Schaltung anzuhängen

[Klaus B. (Gast)]

Lukas schrieb:
> weil ich mir so die
> Logik sparen will.

Warum willst Du Dir die Logik sparen?

Lukas schrieb:
> Und brauch ich die Widerstände R5,R6,R7,R9?

Hast Du die Schaltung schon mal mit Spice simuliert und verschiedene 
Widerstände getestet?

[Klaus B. (Gast)]

Lukas schrieb:
> Angesteuert wird ein 24V Motor mit 20A

Lukas schrieb:
> und kommt von einem Atmega32

Hast Du auch schon mal an ein Mosfet gedacht?

[patsch007 (Gast)]

Ich würde vielleicht bei den 12V auch noch nen Kondensator reinbauen.
Direkt am Treiber können so 100nF oder so auch nicht schaden.

[Lukas (Gast)]

Klaus B. schrieb:
> Warum willst Du Dir die Logik sparen?

Die Logik wäre nur mehr Aufwand und ich sehe keinen Vorteil darin. Also 
warum eine Logik verwenden?

Klaus B. schrieb:
>Hast Du die Schaltung schon mal mit Spice simuliert und verschiedene
>Widerstände getestet?

Nein hab ich nicht gemacht, hab mit Spice nich nie gearbeitet. Werd das 
aber mal versuchen. Danke

patsch007 schrieb:
>Ich würde vielleicht bei den 12V auch noch nen Kondensator reinbauen.
>Direkt am Treiber können so 100nF oder so auch nicht schaden.

Werde ich noch rein machen. Danke

[Bernhard S. (b_spitzer)]

Lukas schrieb:
>> Warum willst Du Dir die Logik sparen?
>
> Die Logik wäre nur mehr Aufwand und ich sehe keinen Vorteil darin. Also
> warum eine Logik verwenden?
Was macht die Schaltung, wenn der AtMega im Reset ist oder abstürzt?

[MaWin (Gast)]

Lukas schrieb:
> Und brauch ich die Widerstände R5,R6,R7,R9?
http://irf.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/215

Lukas schrieb:
> Angesteuert wird ein 24V Motor mit 20A.

20A Dauerstrom oder 20A Anlaufstrom oder zerdonnert es dir gleich die 
Halbleiter beim ersten Anlaufen lassen ? Was passiert wenn der Motor 
blockiert ? Keine Überstromabschaltung ? Ein Bleiakku kann sicher eine 
Kernschmelze verursachen.

Lukas schrieb:
> Als Brückenteiber hab ich den HIP4082 gewählt:

Ein schneller Treiber der ein perfektes 
hochfrequenz-Leiterplattenlaufout sehen will und NATÜRLICH 
Abblockkondensatoren für Motorspannung und Niederspannung und einen EMI 
Filter am Motor, und eine Massnahme um den erzeugten Strom beim Bremsen 
aufzufange´n ohne daß die Betriebsspannung zu sehr ansteigt, 
beispielsweise ein ausreichend grosser Kondensator oder gar 
Bremswiderstand mit Chopper.

[Bernhard S. (b_spitzer)]

Ich würde die 12-Versorgung vom HIP auch über einen 12V-Regler aus den 
24V erzeugen. Der Kollege HIP4081 reagiert ziemlich heftig auf 
Unterspannung am Vcc-Eingang.

[Jan R. (Gast)]

Lukas schrieb:
> Hab vergessen die Schaltung anzuhängen

Hab nur mal kurz drübergeguckt, die Komdensatoren in deiner schaltung, 
sind doch teil einer Bootstrapschaltung oder? Dann ist meiner meinung 
nach, der Elko der rechten bzw unteren bootstrapschaltung verpolt...

[Lukas (Gast)]

Bernhard Spitzer schrieb:
> Lukas schrieb:
>>> Warum willst Du Dir die Logik sparen?
>>
>> Die Logik wäre nur mehr Aufwand und ich sehe keinen Vorteil darin. Also
>> warum eine Logik verwenden?
> Was macht die Schaltung, wenn der AtMega im Reset ist oder abstürzt?

Dan Schalten die Mosfets Q1/Q3 durch und Q2/Q4 sind gesperrt -> der 
Motor wird Kurzgeschlossen.
Selbst wen ich 2-mal das gleiche PWM-Signal anlegen würde, wird die 
Spannungsquelle nicht kurzgeschlossen. (HIP4082 sperrt High-Side A wen 
Low-Side B aktiv ist und umgekehrt)

MaWin schrieb:
> Lukas schrieb:
>> Angesteuert wird ein 24V Motor mit 20A.
>
> 20A Dauerstrom oder 20A Anlaufstrom oder zerdonnert es dir gleich die
> Halbleiter beim ersten Anlaufen lassen ? Was passiert wenn der Motor
> blockiert ? Keine Überstromabschaltung ? Ein Bleiakku kann sicher eine
> Kernschmelze verursachen.

Motor hat 20A Nennstrom. hab mich bereits für einen Anderen Mosfet 
entschieden: IRF1404 
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/I/R/F/1/IRF1404.shtml
Kann ich als Überstromschutz eine 25A/250V Feinsicherung nehmen?

Bernhard Spitzer:
> Ich würde die 12-Versorgung vom HIP auch über einen 12V-Regler aus den
> 24V erzeugen. Der Kollege HIP4081 reagiert ziemlich heftig auf
> Unterspannung am Vcc-Eingang.

Werd ich machen. Danke

Jan R.:
> Hab nur mal kurz drübergeguckt, die Komdensatoren in deiner schaltung,
> sind doch teil einer Bootstrapschaltung oder? Dann ist meiner meinung
> nach, der Elko der rechten bzw unteren bootstrapschaltung verpolt...

Stimmt, an AHS können 24V oder Masse anliegen. Ich werd da auf Elkos 
verzichten. Danke

[Falk B. (falk)]

@ Lukas (Gast)

>Motor hat 20A Nennstrom.

Also locker 100A Blockier/Anlaufstrom.

>Kann ich als Überstromschutz eine 25A/250V Feinsicherung nehmen?

Mach es richtig, mit einer elektronischen Überstromabschaltung. Machen 
alles so, erfolgreich.

[MaWin (Gast)]

Lukas schrieb:
> Kann ich als Überstromschutz eine 25A/250V Feinsicherung nehmen?

Theoretisch geht das, man wird sie nach jedem nicht-vorsichtigen 
Anlaufen lassen, bei jeder versehentlichen Blockierung des Motors halt 
austauschne müssen.
Das Schmelzintegral der Sicherung sollte kleiner sein als das der 
MOSFETs, damit sie die auch schützt, leider wird ein Schmelzintegral 
eher bei TRIACs als bei MOSFETs angegeben.

[Lukas (Gast)]

Falk Brunner schrieb:
>>Kann ich als Überstromschutz eine 25A/250V Feinsicherung nehmen?
>
> Mach es richtig, mit einer elektronischen Überstromabschaltung. Machen
> alles so, erfolgreich.

Kann ich den Strom über einen Shunt-Widerstand und einem OPV messen? 
Oder gibts es da Probleme wegen dem PWM-Signal.(OPV zu langsam oder 
sowas)
Falls nicht, kann ich ja so bei zu hohen Strömen den Treiber sperren. 
(Alle Mosfets geperrt)
Zusätzlich kann ich immer noch eine Feinsicherung reinbauen.

Oder würdet ihr mir etwas aneres Empfehlen?

Gruß Lukas

[Jan R. (Gast)]

Lukas schrieb:
> Falk Brunner schrieb:
>>>Kann ich als Überstromschutz eine 25A/250V Feinsicherung nehmen?
>>
>> Mach es richtig, mit einer elektronischen Überstromabschaltung. Machen
>> alles so, erfolgreich.
>
> Kann ich den Strom über einen Shunt-Widerstand und einem OPV messen?
> Oder gibts es da Probleme wegen dem PWM-Signal.(OPV zu langsam oder
> sowas)
> Falls nicht, kann ich ja so bei zu hohen Strömen den Treiber sperren.
> (Alle Mosfets geperrt)
> Zusätzlich kann ich immer noch eine Feinsicherung reinbauen.
>
> Oder würdet ihr mir etwas aneres Empfehlen?
>
> Gruß Lukas

20 kHz können die Gängigen OPVs schon.
Habe spontan zwei Ideen für dich.

Idee1:
Du baust fier einen Schutz, der ab dem eingestellten Maximalstrom als 
KSQ Arbeitet, wie bei vielen Netzgeräten üblich.

Idee2:

Du misst mit Shunt, gibst das auf einen Impdanzwandler, oder wen du 
willst auch Verstärker, diese Rechteckspannung an dessen Ausgang wird 
mit einendem Tiefpass geglättet. Nun Legst d an einen Komparator eine 
Referenzspannung an, die den Maximalstrom Repräsentiert. Wir diese 
Spannung überschritten, Setzt du ein RS-Flipflop, welches einen 
Transistor oder Relais öffnent.
Das zusätzlich schaltet das Flipflop eine LED ein, die dir den 
Überlastfall meldet.
Jetzt kannst du den Kurzschluss, beseitigen, und das Flipflop per hand 
über einen Knopf bzw. Taster zurücksetzen.

Mfg

[Falk B. (falk)]

@ Lukas (Gast)

>Kann ich den Strom über einen Shunt-Widerstand

Ja.

>und einem OPV messen?

Nein, wozu? Man misst mit einem halbwegs schnellen Komparator und 
schaltet bei Überstrom die Anseuerung ab.

>Falls nicht, kann ich ja so bei zu hohen Strömen den Treiber sperren.
>(Alle Mosfets geperrt)

Genau.

>Zusätzlich kann ich immer noch eine Feinsicherung reinbauen.

Ein Halbleiter geht meist schneller kaputt als ein Sicherung.

[Lukas (Gast)]

Falk Brunner:
> @ Lukas (Gast)
>
>>Kann ich den Strom über einen Shunt-Widerstand
>
> Ja.
>
>>und einem OPV messen?
>
> Nein, wozu? Man misst mit einem halbwegs schnellen Komparator und
> schaltet bei Überstrom die Anseuerung ab.
>
>>Falls nicht, kann ich ja so bei zu hohen Strömen den Treiber sperren.
>>(Alle Mosfets geperrt)
>
> Genau.

Ich wollte den Spannungsabfall über einen OPV Verstärken und im 
Mikrocontroller einlesen, so hätte ich den Stromwert im Mikrocontroller 
und könnte ihn bei Bedarf auch auf einem Display anzeigen. Wird der 
Strom zu Hoch wurde ich die H-Brücke sperren (wird über µC Ausgang 
angesteuert.)

[Michael R. (Firma: Brainit GmbH) (fisa)]

Lukas schrieb:

> Ich wollte den Spannungsabfall über einen OPV Verstärken und im
> Mikrocontroller einlesen, so hätte ich den Stromwert im Mikrocontroller
> und könnte ihn bei Bedarf auch auf einem Display anzeigen.

Das kannst du zwar machen, aber...

> Wird der
> Strom zu Hoch wurde ich die H-Brücke sperren (wird über µC Ausgang
> angesteuert.)

Das wird viel zu langsam sein. Mach das in Hardware.

[Lukas (Gast)]

Michael Reinelt schrieb:
> Lukas schrieb:
>
>> Ich wollte den Spannungsabfall über einen OPV Verstärken und im
>> Mikrocontroller einlesen, so hätte ich den Stromwert im Mikrocontroller
>> und könnte ihn bei Bedarf auch auf einem Display anzeigen.
>
> Das kannst du zwar machen, aber...
>
>> Wird der
>> Strom zu Hoch wurde ich die H-Brücke sperren (wird über µC Ausgang
>> angesteuert.)
>
> Das wird viel zu langsam sein. Mach das in Hardware.

OK, ich werde das mit einem Komparator machen und das Ausgangssignal 
direkt auf den Disable Eingang des Treibers legen.
Vielen Dank für die schnelle und Kompetente Hilfe.

[MaWin (Gast)]

Lukas schrieb:
> OK, ich werde das mit einem Komparator machen und das Ausgangssignal
> direkt auf den Disable Eingang des Treibers legen.

Funktioniert auch nicht wirklich, denn sobald abgeschaltet fällt der 
Strom unter die Einschaltschwelle und er wird wieder eingeschaltet.
Dadurch wirkt es wie eine Strombegrenzung bei hohem Strom, nicht wie 
eine Sicgerung.
Entweder eine DEUTLICHE Hysterese und den abklingenden Strom mitmessen, 
oder ein FlipFlop das den PWM erzeugt rücksetzen.

[Jan R. (Gast)]

MaWin schrieb:
> Lukas schrieb:
>> OK, ich werde das mit einem Komparator machen und das Ausgangssignal
>> direkt auf den Disable Eingang des Treibers legen.
>
> Funktioniert auch nicht wirklich, denn sobald abgeschaltet fällt der
> Strom unter die Einschaltschwelle und er wird wieder eingeschaltet.
> Dadurch wirkt es wie eine Strombegrenzung bei hohem Strom, nicht wie
> eine Sicgerung.
> Entweder eine DEUTLICHE Hysterese und den abklingenden Strom mitmessen,
> oder ein FlipFlop das den PWM erzeugt rücksetzen.

Achwas hab ich oben doch schon erklärt, einfach über einen Taster wieder 
einschalten...

[Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)]

drüber gekuckt, 20A sportlich

scnr

[Lukas (Gast)]

Hallo,

hab jetzt die Überstromabschaltung eingefügt:

Der Widerstand R15 hat folgende Werte: R=5mOhm P=5W
Der Motor hat 20A Nennstrom, bei ca. 25A soll abgeschalten werde. Daraus 
ergibt sich folgender Spannungsabfall an R15: U = 25A*0,005Ohm = 0,125V

Diese Spannung liegt am ersten OPV an und wird dort verstärkt, dabei hab 
ich R12 mit 10kOhm gewählt: V = 1+R11/R12 = 1+240kOhm/10kOhm = 25
Dabei ergibt sich bei 25A die der Motor zieht eine Ausgangsspannung an 
OPV 1
U = 0,125V*25 = 3,125V

Dieses Signal wird über einen Tiefpassfilter (R13,C2) geglättet. Als 
Grenzfrequenz hab ich die Frequenz meines PWM Signals gewählt, die soll 
bei ca. 20kHz liegen. Bei einem Widerstand von 1kOhm ergibt sich: C = 
1/(2*Pi*1000Ohm*20000Hz) = 8nF
C gewählt auf: C2=10nF

Das geglättete Signal geht auf den 2 OPV der als Komperator beschalten 
wurde.
Der Schaltwert der Komperators kann über ein Trimmer.poti verstellt 
werden.

Der Ausgang des Komperators geht auf den Setze-Eingang eines 4043 
SR-FlipFlops. Der Reset-Eingang wird über einen Taster beschalten.

Der Ausgang Q des Flop-Flop geht auf den Disable Eingang des HIB4082 und 
zusätzlich als Rückmeldung zum Microcontroller.
Ich wollte noch eine rote LED leuchten lassen, aber der 4043 kan nur 
0,8mA.


Ich weiss nicht auf was ich bei den OPV's wert legen muss. Eigent sich 
der LM358?
Ist der Tiefpasfilter richtig dimensioniert?
Sind die OPV Beschaltungen OK?

Vielen Dank
Lukas

[Helge A. (besupreme)]

Was hältst du von dieser Begrenzerschaltung? Macht den CMOS überflüssig.

Notwendige OPV-Parameter: Eingangsspannung incl. GND, Ausgangsspannung 
mindestens 0.3V..4.7V. Da gehen viele OP's für 5V.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Lukas schrieb:
> Diese Spannung liegt am ersten OPV an

Das sieht gefährlich aus. Du solltest den Eingangsstrom in IC2A 
unbedingt begrenzen, indem du das obere Ende des Shunt nicht direkt auf 
den OP legst, sondern über einen Widerstand. Dieser kann, wenn du 
willst, auch gleich noch Teil des Tiefpassfilters werden. Bemesse den 
Tiefpass so, das er zwar die PWM filtert, aber schnell genug für die 
Messung ist.
Apropos Single Supply: Schau dir nochmal diesen Artikel an:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Spannungsversorgung_und_Beschaltung

Mit der derzeitigen Beschaltung wird IC2A in einen Bereich gezogen, den 
du vermutlich nicht möchtest.

Winfried J. schrieb:
> drüber gekuckt, 20A sportlich
>
> scnr

Ach na, da geht schon. Ich würde dafür meinen Klassiker IRFB3207 nehmen 
(weil sie so billig sind, 2 parallel), aber so viel sind die 20A ja 
nicht. Mir macht nur der geringe Abstand des Nennstroms 20A vom 
Abschaltstrom 25A Kopfschmerzen. Das wird so wahrscheinlich öfter 
abschalten, als dem TE lieb ist.

[Jan R. (Gast)]

Helge A. schrieb:
> Was hältst du von dieser Begrenzerschaltung? Macht den CMOS überflüssig.
>
> Notwendige OPV-Parameter: Eingangsspannung incl. GND, Ausgangsspannung
> mindestens 0.3V..4.7V. Da gehen viele OP's für 5V.

Scherzle gemacht ;-)

[Lukas (Gast)]

Vielen Dank für die Antworten


Matthias Sch. schrieb:
> Das sieht gefährlich aus. Du solltest den Eingangsstrom in IC2A
> unbedingt begrenzen, indem du das obere Ende des Shunt nicht direkt auf
> den OP legst, sondern über einen Widerstand. Dieser kann, wenn du
> willst, auch gleich noch Teil des Tiefpassfilters werden.

hab ich so umgesetz


Matthias Sch. schrieb:
> Bemesse den
> Tiefpass so, das er zwar die PWM filtert, aber schnell genug für die
> Messung ist.

Ich hab den Tiefpass mit der PWM-Frequenz berechnet:
C = 1/(2*Pi*1000Ohm*20000Hz) = 8nF
C gewählt auf: 10nF    dabei ist dan die Zeitkonstante 10µs
Ich glaube das ist so OK.


Matthias Sch. schrieb:
> Mir macht nur der geringe Abstand des Nennstroms 20A vom
> Abschaltstrom 25A Kopfschmerzen. Das wird so wahrscheinlich öfter
> abschalten, als dem TE lieb ist.

Die 25A sind ein ungefährer Wert den ich mal so festgelegt habe.
Über das Trimm-Poti kann ich ja den Auslösewert verändern. 4,5V 
entsprechen 36A, ich denke das der Bereich groß genug ist. Falls nicht 
ist es nur wenig Aufwand die Verstärkung des ersten OPV zu Ändern


Vielen Dank für die Unterstützung. Ich werd jetzt mit dem Platinenlayout 
starten.
Verbesserungsvorschläge und Kritik sind weiterhin gern gesehen.

Gruß Lukas

[Lukas (Gast)]

Und noch der aktuelle Schaltplan

[Lukas (Gast)]

Hallo,

ich bin mir nicht sicher wie ich die Massefläche realisieren soll:
Ich glaube mal das es nicht gut ist eine Massefläche über die ganze 
Platine zu machen. Ich würde eien Massefläche für die Steuerelektronik 
(HIP4ß82, OPV, 4043-SR-FlipFlop) anlegen. Diese Massefläche würde ich 
nur an einer Stelle mit der Masse für die Motorversorgung verbinden.
Ist das so Ok?

Hab versucht das im Schaltplan darzustellen. Rot umrandet = Massefläche 
Steuerelektronik, Blau = Masse Motorversorgung.

Gruß Lukas