Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik IR2110 und der Bereich zwischen 85 und 100% PWM


von Wolfgang (Gast)


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Hallo Forum,

in meinem neusten Projekt, einem PWM-Regler für die Slotcars, habe ich 
gerade die angehängte Schaltung auf dem Steckbrett (HIN und LIN hängen 
an einem AVR). Die IRLR2908 schalten am IR2110 auch so wie sie sollen 
... bis das Tastverhältnis über 85-90% steigt. Dann fängt der Motor 
immer schneller an zu stottern. Jetzt habe ich nach intensiver Recherche 
auch schon gelesen, dass dies an der Bootstrap-Schaltung im IR2110 
liegt, welche bei diesen TV den C nicht mehr laden kann.

So weit so gut.

Als Maschinenbauer war ich ja schon richtig stolz, diese Schaltung 
hinbekommen zu haben, nur bin ich jetzt mit meinem Latein am Ende. Könnt 
ihr mir helfen, wir ich die Schaltung entweder ertüchtigen oder - wenn's 
nicht anders geht - auch ersetzen kann?

Anforderung:
- Versorgungsspannung im Bereich 8-20V
- Strombedarf der Motoren im Regelfall ca. 3A, aus dem Stillstand 
entsprechend ein Vielfaches
- PWM-Frequenz ca. 20kHz
- Nutzbereich Tastverhältnis 20-100%

'N schönen Abend
Wolfgang

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


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Wolfgang schrieb:
> - Versorgungsspannung im Bereich 8-20V

Vorsicht. Der IRLR2908 hat eine max. Ugs von 16V, die du bei VCC 20V 
leicht mal überschreitest. Da der MOSFet auch ein Logiklevel Typ ist, 
ist vermutlich der Treiber mit IR2110 nicht wirklich nötig.
Du solltest jetzt überprüfen, ob bei hohem Tastverhältnis sich die 
Eingangssignale anfangen, zu überschneiden. Das führt zum Shootthrough 
der Halbbrücke und muss vermieden werden.
Prinzipbedingt kann übrigens ein Treiber mit Ladungspumpe wie der IR2110 
keine 100% PWM liefern, da dann die Ladungspumpe nicht mehr 'aufgeladen' 
wird.

: Bearbeitet durch User
von Erik S. (erik_s)


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Eines fällt mir direkt auf: Die Erzeugung der Bootstrpap-Spannung. Der 
Elko ist ungünstig und auch viel zu größ dimensioniert. Im Datenblatt 
wurde für eine Messschaltung 100nF keramisch verwendet. Außerdem ist die 
Diode com Typ 1N4007 wenig geeignet.

Versuche es mal mit einer 1N4148 und einem 100nF-Keramikkondensator.

Viel Erfolg!

von Wolfgang (Gast)


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Hallo Matthias,

zu meinem Verständnis muss ich nachfragen:

Matthias S. schrieb:
> Vorsicht. Der IRLR2908 hat eine max. Ugs von 16V, die du bei VCC 20V
> leicht mal überschreitest. Da der MOSFet auch ein Logiklevel Typ ist,
> ist vermutlich der Treiber mit IR2110 nicht wirklich nötig.
Ich habe den Treiber eingesetzt, da ich den N-FET auf der High-Side 
einsetze. Kann das mit einem N-FET auch ohne funktionieren?

Matthias S. schrieb:
> Du solltest jetzt überprüfen, ob bei hohem Tastverhältnis sich die
> Eingangssignale anfangen, zu überschneiden. Das führt zum Shootthrough
> der Halbbrücke und muss vermieden werden.
Eingangssignale überschneiden? Sprichst du von der Gate-Ansteuerung? 
Womit könnte diese sich überschneiden?

Matthias S. schrieb:
> Prinzipbedingt kann übrigens ein Treiber mit Ladungspumpe wie der IR2110
> keine 100% PWM liefern, da dann die Ladungspumpe nicht mehr 'aufgeladen'
> wird.
Darauf bin ich mittlerweile auch gestoßen ... Du hast doch sicherlich 
eine Idee für eine Volllastkompatible Ausführung ...

Wolfgang

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


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Wolfgang schrieb:
> Eingangssignale überschneiden? Sprichst du von der Gate-Ansteuerung?
> Womit könnte diese sich überschneiden?

Wenn HIN und LIN gleichzeitig high sind, will die Halbbrücke beide 
MOSFet durchschalten, was fatal mit einem Kurzschluss endet. Da beide 
MOSFet auch endliche Anstiegs- und Abfallzeiten haben, dürfen die LIN 
und HIN Signale nur komplementäre, sich nicht überlappende Signale sein.

Wolfgang schrieb:
> Darauf bin ich mittlerweile auch gestoßen ... Du hast doch sicherlich
> eine Idee für eine Volllastkompatible Ausführung ...

Einfacher wird die Sache bei deinen kleinen Strömen, wenn die Highside 
ein P-Kanal MOSFet ist. Das alte IRF9530 Schlachtschiff verträgt 
immerhin 14A und ist mit einem simplen NPN Transistor als Levelshifter 
verwendbar.
Es triffts nicht ganz, aber ich habe sowas in Projekte und Code gerade 
mal für RC Servo Anwendungen gebastelt. Oben: Simple PWM mit N-Kanal 
Logilevel MOSFet, unten: H-Brücke für Motoren mit höherer Spannung.
Beitrag "RC-Servoelektronik für DC-Motor"

Allerdings wollt ihr Slotcar Fahrer ja immer noch 'ne Bremse, damit kann 
die Schaltung nicht dienen. Du siehst aber die einfache Ansteuerung des 
P-Kanal MOSFet.

Eine andere Variante ist die Verwendung eines DC/DC Wandlers, der auf 
die Source Spannung der Highside immer Ugs aufstockt. Dann klappts auch 
mit N-Kanal in der Highside.

: Bearbeitet durch User
von Klaus (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Darauf bin ich mittlerweile auch gestoßen ... Du hast doch sicherlich
> eine Idee für eine Volllastkompatible Ausführung ...

Na ne einfache Lösung ist, die Eingangsspannung zu erhöhen dafür aber 
85% zu Vollast zu erklären. Da braucht man an der Schaltung nichts zu 
ändern.

Matthias S. schrieb:
> Vorsicht. Der IRLR2908 hat eine max. Ugs von 16V, die du bei VCC 20V
> leicht mal überschreitest.

Dann sollte man aber auch einen anderen FET nehmen, die gibts auch mit 
Ugs von über 20V. Zusammen mit anderen Kondensatoren und schnelleren 
Dioden ist das dann nur noch eine andere Bestückung.

MfG Klaus

von Wolfgang (Gast)


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Hi Matthias,

damit kann ich doch langsam 'was anfangen ...


Matthias S. schrieb:
> Wenn HIN und LIN gleichzeitig high sind, will die Halbbrücke beide
> MOSFet durchschalten, was fatal mit einem Kurzschluss endet. Da beide
> MOSFet auch endliche Anstiegs- und Abfallzeiten haben, dürfen die LIN
> und HIN Signale nur komplementäre, sich nicht überlappende Signale sein.
Ist klar und kommt nicht vor ... entweder Gas geben oder Bremsen ... 
Gleichzeitig gibt's nur beim Kartfahren.


Matthias S. schrieb:
> Einfacher wird die Sache bei deinen kleinen Strömen, wenn die Highside
> ein P-Kanal MOSFet ist. Das alte IRF9530 Schlachtschiff verträgt
> immerhin 14A und ist mit einem simplen NPN Transistor als Levelshifter
> verwendbar.
> Es triffts nicht ganz, aber ich habe sowas in Projekte und Code gerade
> mal für RC Servo Anwendungen gebastelt. Oben: Simple PWM mit N-Kanal
> Logilevel MOSFet, unten: H-Brücke für Motoren mit höherer Spannung.
> Beitrag "RC-Servoelektronik für DC-Motor"
Nur zur Bestätigung: IRF9530 mit BC337 und der weiteren Beschaltung aus 
deinem Beispiel?


Matthias S. schrieb:
> Allerdings wollt ihr Slotcar Fahrer ja immer noch 'ne Bremse, damit kann
> die Schaltung nicht dienen. Du siehst aber die einfache Ansteuerung des
> P-Kanal MOSFet.
Das sollte klappen, für die Bremse komme ich mit einem LL-N-FET aus. Da 
komme ich mit meinem Feld-Wald-Wiesen-Wissen hin, da ich keine 
Ladungspumpen, Levelshifter oder ähnliches aus dem Feld der "Rocket 
Science" benötige.


Matthias S. schrieb:
> Eine andere Variante ist die Verwendung eines DC/DC Wandlers, der auf
> die Source Spannung der Highside immer Ugs aufstockt. Dann klappts auch
> mit N-Kanal in der Highside.
Klingt bedeutend komplexer als die oben beschriebene Ausführung. Hast du 
dafür auch ein Beispiel? Ist für mich stets die beste Variante, um 
Verständnis aufzubauen.

Gruß
Wolfgang

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


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Wolfgang schrieb:
> Klingt bedeutend komplexer als die oben beschriebene Ausführung. Hast du
> dafür auch ein Beispiel? Ist für mich stets die beste Variante, um
> Verständnis aufzubauen.

Ist auch komplexer. Die Idee und eine modulare Halbbrücke mit 
Optokoppler Gatedriver und DC/DC Wandler wird in dem Paper beschrieben, 
das ich dir mal anhänge. Wegen der vielen Bilder ist es leider etwas 
grösser, aber da wird so ziemlich die ganze Problematik der Halbbrücke 
aufgedröselt.

von Wolfgang (Gast)


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Ich hab' den Schaltplan nun angepasst ... Weitere Anmerkungen?

Gruß
Wolfgang

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