H-Vollbrücke | PWM | Schaltung

Erstell den Schaltplan nochmal neu mit GND unten und +12V oben. Sonst 
muss jeder hier umdenken.

Poste auch das Layout dazu.

Also du benutzt hier 4 N-Gate Typen, was wegen der UGS(th) von 2-4V 
schonmal ungünstig ist.

http://www.elektronikinfo.de/strom/sourcefolger.htm

Durch den Effekt der Drainschaltung, hast du keine Spannungsverstärkung. 
Eine Sourceschaltung mit 2 P-Gate und 2 N-Gate Typen wäre hier besser.

Außerdem speist du über 2 MOSFETs die PWM ein, auch ungünstig! Das 
könnte beim Umschalten der H-Brücke zu unschönen Kurschlüssen führen. 
Hier ist es besser die H-Brücke ausschließlich digital anzusteuern. Dann 
musst du aber einen zusätzlichen MOSFET in Source-Schaltung verbauen der 
das Schalten übernimmt. Gibt auch weniger Wärmeentwicklung, weil nur ein 
MOSFET die dynamische Leistung umsetzen muss.

Im Anhang gebe ich dir mal einen Entwurf einer H-Brücken Steuerung mit. 
Das hat so funktioniert.

PS: Achja was den Kondensator betrifft, 1µF pro mA.

@ Alex (Gast)

>ich habe mich in letzter Zeit intensiv mit dem oben genannten Thema
>beschäftig.

Dafür ist dein Ergebnis aber mager.

> Da ich jedoch ein Anfänger in dem Gebiet bin

... solltest du erstmal eine vollintegrierte H-Brücke nutzen, siehe 
H-Brücken Übersicht. Denn eine H-Brücke mit diskreten Transistoren 
ist deutlich MEHR als 4 MOSFETs! Da fehlen Pegelwandler und 
Schutzschaltzungen.

>Über den Kondensator, zur Glättung des Pulsstromes, bin ich mir noch
>nicht ganz klar welche Werte der haben soll.

Pi mal Daumen kannst du mal mit 1mF anfangen, das reicht für ein paar 
kHz und 5A.

> Ich werde mir das ganze nochmal genauer anschauen anhand deiner Quellen.
> Ich gehe mal davon aus die von dir gewählten MOSFETs sind dann auf
> Linearbetrieb ausgelegt? Oder verwechsle ich da gerade etwas?

Nein, die MOSFETs sind nicht auf Linearbetrieb ausgelegt. Ich verwende 
alle MOSFETs ausschließlich als Schalter. Die Schaltzeit ergibt aus dem 
Vorwiderstand und der Eingangskapazität des Gates (Die aber nur beim 
MOSFET relavant ist, der die dynamische Leistung umsetzen soll).

Das ist nur ein Vorschlag für eine Schaltung und soll die von mir 
angesprochenen Punkte verdeutlichen. Du kannst dir auch ganz andere 
Typen aussuchen.

Eine Vollbrücke mit 50A ist aber keine "einfache Schaltung" mehr. Wenn 
da was schief geht rumst es ganz ordentlich. Rechne auch mal nach ob 
deine FETs die 50A auch im "real life" wirklich bringen. Irgenwo muss ja 
auch die Verlustleistung hin. Ich befürchte, dass du die FETs zu klein 
dimensioniert hast.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

@ Alex (Gast)

>Ich habe nur "vorsichtshalber" die FETs auf 50 A ausgelegt um
>sicherzugehen, dass die MOSFETs den Anlaufstrom ohne Probleme mitmachen.
>Bei normalem Betrieb zieht der Motor ja "nur" 4,5A.

Eine gescheite Motorsteuerung macht eine elektronische Strombegrenzung. 
Mit PWM kein Problem.

>Leider find ich in der DIP Bauform keine Voll-Brückentreiber für 4,5A
>Nennstrom.
>D.h. ich werde wohl oder übel selber eine Schaltung zusammenstellen
>müssen.

Mensch bist du unflexibel! Nimm den L6203, das ist zwar kein DIL aber 
trotzdem lochrastertaugliches Multiwatt 11! Mit dem passeden Stromshunt 
und Logiktreiber davor kann man den Anlaufstrom problemlos begrenzen.

Hallo Falk B.,

> Mensch bist du unflexibel! Nimm den L6203, das ist zwar kein DIL aber
> trotzdem lochrastertaugliches Multiwatt 11! Mit dem passeden Stromshunt
> und Logiktreiber davor kann man den Anlaufstrom problemlos begrenzen.

Der ist nicht Lochraster-tauglich, weil der Pin-Abstand 0,133" ist, 
nicht 0,1". Und die 55A Einschaltstrom wird der auch nicht lange 
mitmachen.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

Hi Mike,

ehrlich gesagt kann man dir mit einem Beitrag hier gar nicht ausreichend 
helfen. Du brauchst noch viel mehr Hintergrundwissen für 50A 
Anlaufstrom.

Du solltest tatsächlich 4 * N-FETs verwenden. Diese musst du auch 
effizient ansteuern. Dafür brauchst du zwei H-Brücken-Mosfet-Treiber. 
Diese findest du über die parametrische Suche eines 
Elektronikversenders.
Wichtig ist, dass die C_Gate_total der FETs schnell genug umgeladen 
wird. Die Umladezeit solltest du tatsächlich berechnen. Diese sollte < 
10% deiner Zyklus-Zeit sein.

Falls du dir einen H-Brückentreiber ausgesucht hast solltest du das noch 
mit Stromüberwachung und Mikrocontroller verheiraten. Die 
Strombegrenzung kannst du IMO auch in Software machen. Der 
Mikrocontroller-Teil sollte eine eigene GND-Plane haben und vielleicht 
sogar physikalisch getrennt auf einer separaten Platine sein. 
Strommessung würde ich über Shunt + Opamp in GND-Leitung machen.

Jetzt das wichtigste: Das Layout. Das kann ich selber nicht, geschweige 
denn dir helfen.
Das wichtigste: Keine Stromschleifen! D.h. falls du sich ändernde Ströme 
oder Spannungen hast sollten diese Schleifen ein möglichst kleines 
Gebiet umfassen.
Und dafür musst du tausend Kleinigkeiten abwägen. Vielleicht findest du 
für deinen H-Brückentreiber ein Layout. Daran kannst du dich 
orientieren. Sonst: Keine Leiterbahnen sind gute Leiterbahnen. D.h. 
positionier die Bauteile so, dass keine Leiterbahnen nötig sind weil 
sich die entsprechenden Pins fast schon berühren. Z.B. dürften die 
Mosfet-Drains direkt zusammen liegen.

Du kannst die Highside N-Kanaler nicht einfach mit Logiklevel ansteuern. 
Mach dir klar, das ein N-Kanal MOSFet nur dann durchsteuert, wenn 
zwischen Gate und Source die Spannung deutlich über der Gate-Threshold 
Spannung liegt. Schaltet der MOSFet nun durch, liegt an seiner Source 
die Motorspannung - um ihn dennoch durchgeschaltet zu halten, muss also 
am Gate eine Spannung liegen, die immer noch höher als die Motorspannung 
plus der Gate-Threshold Spannung liegt.

Das ist der Grund, warum die Highside Triber entweder mit einem DC-DC 
Wandler arbeiten, die ihre Spannung auf die Source aufstocken, oder mit 
Ladungspumpen, die das gleiche tun, aber getaktet werden müssen.

@  Thorsten Ostermann (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


>> Mensch bist du unflexibel! Nimm den L6203, das ist zwar kein DIL aber
>> trotzdem lochrastertaugliches Multiwatt 11! Mit dem passeden Stromshunt
>> und Logiktreiber davor kann man den Anlaufstrom problemlos begrenzen.

>Der ist nicht Lochraster-tauglich, weil der Pin-Abstand 0,133" ist,
>nicht 0,1".

Um Gottes Willen, da müsste man ja vielleicht ein paar Pins leicht 
verbiegen! Du bist genauso unflexibel.

>Und die 55A Einschaltstrom wird der auch nicht lange
>mitmachen.

Darum der Hinweis auf die elektronische Strombegrenzung.

Der L6506 ist für den OP leicht anwendbar.

@ Mike Litoris (Gast)


>> Mit dem passeden Stromshunt und Logiktreiber davor kann man den
>> Anlaufstrom problemlos begrenzen

>Hast du dazu ein Beispiel?

Der L6506 ist dein Freund.

>Ich dachte bis jetzt dazu braucht man wieder einen Mikrocontroller mit
>PI Stromregler?

Nein.

>Mike Litoris (Gast)

Hießt du nicht mal Alex? Hmm ...

>Wenn ich aber den Strom dynamisch einstellen möchte, bspw. für eine
>Momentenregelung des angeschlossenen Motors machts ja schon wieder sinn,
>das in Software zu machen?

"Da ich jedoch ein Anfänger in dem Gebiet bin "

Mach es erstmal mit dem IC und bring es stabil zum Laufen, dann reden 
wir weiter. Natürlich kann man die Referenzspannung für den IC mittels 
DAC vorgeben, dann ist auch die Stromschwelle einstellbar. Das ist aber 
Hardware, keine Software.

@  Mike Litoris (Gast)

>Deswegen auch die Frage nach der Momentenregelung. Sowas steht demnächst
>bei mir an :)

Das Konzept bleibt das Gleiche, man verändert die Referenzspannung des 
Stromregler-ICs. Es gibt größere, spezialisiertere uCs, wie z.B. den 
PICCOLO von TI, die haben das alles intern. Dort kann man das alles 
per Software bzw. mit Hilfe der internen Funktionsmodule machen.

@  Mike Litoris (Gast)

>Was ist der Vorteil dabei? Kann ich nicht direkt den Strom messen und
>dann die pwm anpassen?

Wenn du so schnell messen und reagieren kannst, bitte sehr. Im 
Allgmeinen ist das aber nicht der Fall. Der IC kann in max. 1,5us auf 
den ansteigenden Strom reagieren und den Treiber abschalten. Kann das 
deine Software auch? Ja, es gibt interne Komparatoren in uCs, die sind 
ähnlich schnell, dann muss aber noch die ISR angesprungen werden. 
Hoffentlich läuft in dem Moment keine höher priorisierte ISR oder ein 
kurzes Stück Code mit globaler Interruptsperre (atomare Operation). Um 
all diese Probleme zu vermeiden, nimmt man entweder ein extra IC oder 
einen modernen Controller ala [PICCOLO]], der das alles rein per 
Hardware im Controller macht.

>Kostet natürlich Rechenpower,

VIEL Rechenpower!