Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Entwicklungshilfe für eine H-Brücke


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von Clément K. (versuchx)


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Hallo zusammen,

ich würde gerne eine Steuerung für Elektromotoren (12V/24V bis 1kW) 
bauen.
Dennoch bin ich mir noch nicht ganz darüber im klaren, wie ich das mit 
der High-Side Ansteuerung des N-MOSFETs machen soll.
Ich hatte mir den MCP14700 als Treiber rausgesucht, jedoch würden sich 
die Motoren mehrere Stunden in die selbe Richtung drehen.
Demnach wäre ja irgendwann der Bootstrap Kondensator leer, oder?
Sollte ich dann eher eine Ladungspumpe oder einen galvanisch getrennten 
DC/DC Konverter benutzen um den Kondensator voll zu halten?

Wenn eine Ladungspumpe besser wäre, würde nicht irgendwann die Spannung 
im Kondensator zu groß werden, sodass das Gate des MOSFETs futsch geht?
Es fliest ja fast kein (Leck-) Strom aus dem Gate, richtig?

Verwenden wollte ich 4 bzw. 8 mal den IRFP4368.

Danke für eure Antworten im Voraus
Clément

PS: bin noch Anfänger in der Leistungselektronik

: Verschoben durch Admin
von Pandur S. (jetztnicht)


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Halbbruecken sind fuer PWM, nicht fuer statische Ansteuerung.

von Clément K. (versuchx)


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Der Lowside MOSFET würde ja mit PWM betrieben werden.
Oder ist das trotzdem nicht ok?

von Dietrich L. (dietrichl)


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Clément Kammler schrieb:
> galvanisch getrennten DC/DC Konverter

Ich würde diesen Weg gehen! Das ist überschaubarer und  man kann nicht 
viel falsch machen. Es sei denn, Du willst beim Preis unbedingt noch ein 
paar Euro herausschinden...

Alternative: die PWM nicht bis 100% (DC) ausnutzen, damit der Bootstrap 
Kondensator immer geladen wird.

Gruß Dietrich

von Clément K. (versuchx)


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Beispiel:

Quadrant A ist aus
Quadrant B ist gepulst
Quadrant C ist an
Quadrant D ist aus

Wird dann der Kondensator von Quadrant C wirklich geladen?

http://de.wikipedia.org/wiki/Vierquadrantensteller#mediaviewer/File:Vierquadrantensteller.svg

: Bearbeitet durch User
von Clément K. (versuchx)


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Nochmal zum MCP14700:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22201B.pdf

Ich habe vor die MOSFETs mit 5V Gatespannung zu betreiben.
Für Low-Side ist das ja soweit kein Problem.
Wenn ich einen 2,7 Ohm Widerstand verwende erreiche ich einen Strom von 
etwa 1,85A, das hält der Treiber ja aus.

Nun bin ich aber etwas verwirrt bei der Auslegung der High-Side 
Ansteuerung:
Im Datenblatt steht (S.5, links oben), dass V_phase im Bereich: V_boot - 
7V bis V_boot + 0,3V liegen muss.

Angenommen:
     V_phase = 12V , darf V_boot dann nur zwischen 5V und 12V liegen?
bzw. V_phase = 24V , V_boot = 17V bis 24V ?

Oder ist hier nur die Rede vom Potential zwischen PHASE und BOOT?
Dann wäre es doch egal mit welcher Spannung die Motoren betrieben 
werden, oder?

von Pandur S. (jetztnicht)


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Vergiss die Maximum Ratings auf seite 5.

Der obere Fet kann nicht konstant an sein. Es muss PWM sein. Sonst wird 
der Boostrap nicht (nach-)geladen.
Falls der konstant an sein muss, musst du einen P-FET verwenden und 
selbst ansteuern.

: Bearbeitet durch User
von Clément K. (versuchx)


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Ein P-Fet ist aber sehr ungünstig.

Warum darf ich den Bootstrap Kondensator nicht mit einem DC/DC Konverter 
laden und dauerhaft anlassen?

von Clément K. (versuchx)


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Kann mir darauf keiner eine Antwort geben?
Warum sollte man den High-Side MOSFET nicht "geöffnet" lassen?

Oder wäre der IR2183 geeigneter?

von Max M. (vcc)


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Der highside-FET und der lowside-FET dürfen nie gleichzeitig 
eingeschaltet sein --> "shoot through". Google mal nach diesem 
Stichwort.
Falls du mit Treibern deine H-brücke ansteuern möchtest, kommst du nicht 
drumherum deine highside und lowside-seite jeweils mit PWM zu bespaßen.
Bootstrap-C muß permanent immer wieder geladen werden (s. Bemerkung von 
Vorpostern). Hier auf uC.net gibt sehr gute Artikel zu solchen Themen.
Ich empfehle dir die Suche zu bemühen und die Artikel durchzulesen.

von Clément K. (versuchx)


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Hallo Max,

danke für deine Antwort, aber die High und Low-Side FETs wären ja nicht 
auf einer Seite gleichzeitig an.
Dass es einen Kurzschluss geben würde ist mir bewusst.
Nur da die Motoren selten im Rückwärtsgang betrieben würden, wollte ich 
den Cap mit einem DC/DC Konverter laden.

von Clément K. (versuchx)


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Nochmal:

Dass die Quadranten IMMER über Kreuz betrieben werden müssen und ein 
Delay aufgrund des Shoot Througs notwendig ist, war mir auch klar.
Das ist ja mittels des ECCP eines PICs kein Problem.
Vielleicht hätte ich das von Anfang an nenne sollen....

Und mit dem Vorwissen:
Ist es denn möglich (den entsprechenden) High-Side MOSFET mittels DC/DC 
Konverter auf leitend zuhalten?

von Udo S. (urschmitt)


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Clément Kammler schrieb:
> Ist es denn möglich (den entsprechenden) High-Side MOSFET mittels DC/DC
> Konverter auf leitend zuhalten?

Ja. Ich sehe nichts was dagegen sprechen würde.

Clément Kammler schrieb:
> PS: bin noch Anfänger in der Leistungselektronik

Dann solltest du aber damit rechnen, dass deine Schaltung sich in der 
Experimentierphase auch mal in Rauch auflöst.

Clément Kammler schrieb:
> (12V/24V bis 1kW)

Heisst 50 - 100A Nennstrom, also Anlauf oder Blockierstrom bei 300 - 
800A je nachdem wie niederohmig deine Stromversorgung ist.
Bei den Strömen ist jedes bischen Leitungsinduktivität in der Lage dir 
energiereiche Spannungspeaks zu erzeugen.

: Bearbeitet durch User
von Clément K. (versuchx)


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Hallo Udo,

Danke für deine Antwort.

Die 42-84A wären ja auch nur Anlaufströme/Spitzenwerte.
Wenn der Zug mal rollt wird weniger/etwa die Hälfte verbraucht.

Ich werd's einfach mal ausprobieren xD

von Bernadette (Gast)


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hier habe ich eine Power-H-Brücke gefunden:

http://ups.bplaced.de/Power_H/Power_H_Bridge.htm

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


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Wenn du DC/DC Wandler benutzt, kannst du dir den Treiberbaustein auch 
sparen.
Es reicht ein Gatetreiber Optokoppler wie z.B. der HCLP3180, der bis zu 
1A Gatestrom liefern kann. Den speist du vom DC/DC Wandler.
Leider wirst du für eine H-Brücke allerdings zwei DC/DC Wandler 
brauchen, bzw einen mit 2 unabhängigen Ausgängen.

Bernadette schrieb:
> hier habe ich eine Power-H-Brücke gefunden:
>
> http://ups.bplaced.de/Power_H/Power_H_Bridge.htm

Auch die hat das Problem mit dem immer leerer werden Bootstrap-C.

von Clément K. (versuchx)


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Ich habe das inzwischen schon mit MIC4101 Treibern und isolierten DC/DC 
Konvertern probiert. Geht gut!
Trotzdem danke für die Beiträge.

von Dr. Sommer (Gast)


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http://www.infineon.com/dgdl/an-978.pdf?fileId=5546d462533600a40153559f7cf21200

In dieser AppNote steht auf S. 17 (Figure 16), wie man mithilfe eines 
555-Timers den Bootstrap-Kondensator ständig auflädt, sodass der 
High-Side-FET ständig an bleiben kann.

von Clément K. (versuchx)


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Ich habe die 1W Variante von Murata genommen ;)

von Clément K. (versuchx)


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Mit der Bootstrap Schaltung hat man aber immer die selbe Spannung. Wenn 
ich jetzt einen 24V oder 36V Motor nehme reicht es dann doch nicht mehr. 
Mit dem galvanisch getrennten DC geht's gut.

von Dr. Sommer (Gast)


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Clément K. schrieb:
> Mit der Bootstrap Schaltung hat man aber immer die selbe Spannung.
Öh, nein? Die Bootstrap-Schaltung "addiert" die Versorgungsspannungs des 
Treibers (zB 12V) auf die Versorgung des Motors (24V, 36V, 300V...) - 
also die High-Side-Spannung - sodass am Gate immer genug anliegt zum 
durchschalten. Das funktioniert unabhängig von der Motor-Spannung, die 
kann bei manchen Treibern sogar sehr groß werden (zB 1200V bei manchen 
Infineon-Treibern).

von Clément K. (versuchx)


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Dann hab ich was dazu gelernt ^^ danke

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