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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bootstrap-Probleme bei N-Kanal-H-Brücke


Autor: Flash (Gast)
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Hallo liebe Leute.

Schaltungsvorschläge von Halbleiterfirmen haben's in sich.

Der angehängte Schaltplan beruht auf einem Schaltungsentwurf von Linear 
Technology. Eine erste Version dieser Schaltung hatte auch schon mal 
grundsätzlich funktioniert - auf Anhieb. Wegen anderer Wünsche habe ich 
das PCB noch etwas verändert und deshalb eine zweite Variante erstellt. 
Glücklich und zufrieden wollte ich das Teil nun in der zweiten Variante 
in Betrieb nehmen, so wurde ich trotzdem herbe enttäuscht.

Es sieht so aus, als wenn ich die Bootstrap-Schaltung doch (sehr) 
unterschätzt habe. Dass man bei PWM den Zyklus nicht ganz auf 100% 
drehen darf, habe ich schon bei der ersten Variante gelernt. Dieses 
problematische Verhalten ist aber nicht schwerwiegend, weil lösbar. 
Weniger lösbar scheint aber die Tatsache zu sein, dass ich die 
notwendige Initialladung der Bootstrap-Kondensatoren nicht beachtet 
habe. Dazu sollten die Low-side-Mosfets für eine bestimmte Zeit leitend 
sein. Das ließe sich sicher sehr leicht realisieren, wenn die PWM z.B. 
durch einen Arduino erzeugt würde, in dem die INbot-Eingänge für eine 
definerte Zeit akiviert werden. Geht aber in diesem Falle nicht.

Und nun halte ich die Ausschau nach dem Chinesen Wat-nu. Hat irgendwer 
einen Tipp für mich?

: Verschoben durch Moderator
Autor: Peter Dannegger (peda)
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- Treiber mit freischwingendem Bootstrap
- DCDC-Wandler
- P-FETs als High-Side

Autor: Simpel (Gast)
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Den Boost_C vom Ausgang abhängen (oder per Diode entkoppeln) und mittels 
extra Fet oder npn bei zusätzlichem Bedarf kurz gegen Masse takten.

Autor: Ludger (Gast)
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Hallo Flash,

wie äußert sich das Problem denn ?

Ludger

Autor: Flash (Gast)
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Peter D. schrieb:
> - P-FETs als High-Side


Hallo Peter. Also klassisch mit P- und N-Channel, dann braucht es den 
LT1160 nicht mehr, die Lösung mit dem LT1160 hatte mich sooo fasziniert. 
Wäre schade um die Platinen.

Da ich mir gedacht habe, die Schaltung ggf. und ohnehin mit einer 
höheren Spannung zu betreiben, würde ich versuchen wollen, die Dioden 
501/601 zu eliminieren und den Anschluss 14, der bis maximal 75 VDC 
geht, dann auch mit dieser höheren Spannung zu betreiben. Das sollte 
ausreichen, den Logik-Teil des LT1160 für die H-Side mit ausreichender 
Spannung zu betreiben, damit die H-Side-Mosfets auch sauber 
durchschalten können. Liege ich da richtig?

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Flash schrieb:
> Liege ich da richtig?

Nö, die U_G muß immer über der U_D liegen, um voll aufzusteuern.
Ich nehme mal an, der LT1160 schaltet erst durch, wenn der Bootstrap 
aufgeladen ist.

Was ist denn konkret der Fehler?

Autor: Flash (Gast)
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Peter D. schrieb:
> Nö, die U_G muß immer über der U_D liegen, um voll aufzusteuern.

Klar, damit hat sich mein Gedanke schon von selbst erledigt.

> Was ist denn konkret der Fehler?

...dass ich mich bisher noch nicht ausreichend mit Bootstraping 
beschäftigt hatte. Hätte ich das vor der Projekt-Realisierung getan, 
dann wäre diese Variante nicht zum Zuge gekommen, weil ich mich auf eine 
PWM konzentrieren wollte, die durch Hardware erzeugt wird. Bei einer 
Soft-PWM könnte ich die INbot-Eingänge leicht bedienen, um die 
Initialladung der Boost-Cs durchzuführen.

Die am Boost-C mit dem Oszi gemessene Spannung liegt aber nach dem 
Zuschalten der Versorgung dauerhaft auf knappe 15 VDC (gemessen gegen 
SGND). U_D auf der H-Side liegt aber bei 20 VDC und so hat der Treiber 
am TgateDR keine Chance den H-Side-Mosfet aufzusteuern.

Was mich ärgert (ich über mich), dass in der 1. Variante, das irgendwie 
funktioniert hat, weil in der Ruhestellung beide Low-Side-Mosfet leitend 
waren - Kurzschluss des DC-Antriebes, wenn besondere Bedingungen 
vorgelegen haben. Bei meinem 2. Anlauf mit der veränderten Platine war 
das aber nicht der Fall der DC-Antrieb befindet sich im floatenden 
Zustand. Und dadurch bin ich auf das Vorhandensein dieser unsicheren 
Konstellation gestoßen.

Autor: Ludger (Gast)
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Hallo Flash,

das ist doch im Algemeinen KEIN Problem.
Auch wenn der 1. Highside Zyklus nicht funktioniert, dann kommt
der Lowside Zyklus und die Bootstrap C's werden geladen.
Ab dann funktioniert auch der Higgside....

Ich hab da noch nie Probleme gehabt.


Ludger

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Ludger schrieb:
> das ist doch im Algemeinen KEIN Problem.

Sehe ich aus so:
"During low supply or start-up conditions, the undervoltage lockout 
actively pulls the driver outputs low to prevent the power MOSFETs from 
being partially turned on."

Autor: Boris Ohnsorg (bohnsorg) Benutzerseite
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Wie steuerst du denn die Treiber überhaupt an? Es gibt ja Varianten, 
einen Zweig für die Richtung zu verwenden (=immer an) und den anderen 
für die Drehzahl (=PWM) einzusetzen. Du kannst auch Zwischentakte 
einführen, die Verlustleistung unter den MOSFETs auszugleichen. Die 
Stichworte sind lock-anti-phase, sign-magnitude (<- für dich 
interessanter Mittelweg) und async sign-magnitude.

Autor: Mark Space (voltwide)
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Den Wechsel auf high-side PMOS halte ich bei Versorgungsspannungen >5V 
generell für eine ganz schlechte Idee.
Solange Du kein 100% Tastverhälnis benötigst, ist die bootstrap-Version 
imho technisch überlegen.
Mit anderen Worten: Da mußt Du jetzt durch!

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Mark S. schrieb:
> Den Wechsel auf high-side PMOS halte ich bei Versorgungsspannungen >5V
> generell für eine ganz schlechte Idee.

Die PMOS sind leicht teurer, das ist aber auch schon alles.
Anbei mal ein Treiber für 24V. Leicht umdimensioniert hab ich damit auch 
schon 120V getaktet.

Autor: Flash (Gast)
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Hallo liebe Leute,

so isses dann auch:

Ludger schrieb:
> das ist doch im Allgemeinen KEIN Problem.

und wurde schließlich auch von Peter bestätigt.

Ich hab' dann heute Mittag noch mal neuen Mut gefasst, die Platine mal 
ganz scharf angesehen und die alten Mosfets gegen neue des gleichen Typs 
ausgetauscht. Vielleicht war ich beim Biegen der Beinchen zu sorglos und 
hab' die alten Mosfets beim Biegen und beim Einbau geschossen. Egal, 
nach der Austauschaktion lief die Platine auf Anhieb :-) Sie hat dann 
auch den Nachmittag im Dauerlauf über 3 Stunden durchgehalten, ohne 
merklich warm zu werden. Übrigens, der PWM-Grundtakt liegt bei etwa 4 
kHz.

Die Oszi-Bilder sehen auch alle ganz wie erwartet aus. Und die PWM funzt 
tadellos. Ich hatte mich ein wenig durch eine Technical Note von 
Mitsubichi zu dem Thema ins Bockshorn jagen lassen, dass man eine 
gesonderte Initialladung benötigen würde. Also, es geht auch ohne.

Eins habe ich geändert bzw. nicht mehr in den alten Zustand versetzt, 
die G-S-Widerstände R501 und R601 habe ich nicht wieder eingebaut, nach 
dem ich diese bei den gestrigen Gehversuchen ausgebaut hatte. Der Sinn 
dieser Widerstände hat sich mir auch noch nicht erschlossen, zumal 
selbst bei Linear Technology Schaltungen auftauchen, die nicht ganz 
einheitlich sind.

Ja, trotzdem vielen Dank für die vielen Ratschläge. Ein schönes WE Euch 
allen.

Autor: Mark Space (voltwide)
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Peter D. schrieb:
> das ist aber auch schon alles.

keineswegs.
Mach dir mal klar, wie der HiSide-Treiber bei einem PMOS stromversorgt 
wird: durch einen chip-internen Längsregler. Das macht dann schon 
ordentlich Eigenerwärmung im chip bei Spannungen oberhalb weniger 10V.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Mark S. schrieb:
> Das macht dann schon
> ordentlich Eigenerwärmung im chip bei Spannungen oberhalb weniger 10V.

Du hast Dir meine Schaltung nichtmal angesehen, stimmts?
Die Version für 120V hat dann noch ne 12V Z-Diode und nen 1W 
Vorwiderstand zur Speisung.

Autor: Mark Space (voltwide)
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Peter D. schrieb:
> Mark S. schrieb:
>> Das macht dann schon
>> ordentlich Eigenerwärmung im chip bei Spannungen oberhalb weniger 10V.
>
> Du hast Dir meine Schaltung nichtmal angesehen, stimmts?
> Die Version für 120V hat dann noch ne 12V Z-Diode und nen 1W
> Vorwiderstand zur Speisung.

Und was lerne ich aus Deiner Schaltung, was nicht schon in meinem Text 
stand? Dass ein diskreter Aufbau genau dasselbe Problem hat mit den zu 
verheizenden Verlusten in der Ansteuerung?

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Mark S. schrieb:
> Dass ein diskreter Aufbau genau dasselbe Problem hat mit den zu
> verheizenden Verlusten in der Ansteuerung?

Echt jetzt?
Ich sehe da nirgends ein Bauteil, was gekühlt werden muß.
Ich hab nicht nachgemessen, wieviel mW da "verheizt" werden für ne 100W 
Last.

Autor: LEler (Gast)
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Hallo Flash,

ein Schaltplan ist die halbe Miete, das Layout ist nicht minder wichtig, 
dazu ein paar Anmerkungen:

- Die Verwendung von Gatewiderstände ist dringend anzuraten.
- Entladewiderstände zwischen Gate und Source sollten auf der High und 
Lowside existieren. In den Appnotes von IRF (nun Infineon) und TI wird 
oft ein Wert von 10K empfohlen.
- Ein Bootstrap-Kondensator von 100nF ist für einen FET mit 81 nC 
Gatecharge recht knapp. Du musst auch die Stromaufnahme der Highside des 
Treibers berücksichtigen, diese muss sich daraus während der Highphase 
versorgen.
- Wo ist der Zwischenkreiskondensator? Die Anbindung der FETs an den 
Zwischenkreis ist genauso wichtig wie eine gute Anbindung an dem 
Treiber; ansteckbare Zwischenkreise sind keine gute Idee.


LEler

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