Hey Leute! Zuerst einmal ein herzliches Hallo! Ich bin der Denny und neu im Forum. Ich bin dabei für ein Projekt eine H-Brücke selbst zu entwerfen, jedoch habe in diesem Gebiet kaum Erfahrung. Die H-Brücke sollte so ziemlich alle sinnvollen Schutzvorrichtungen haben (Shoot- through, usw.). Die H-Brücke wird mit einem 5V PWM- Signal angesteuert und der Leistungteil liegt an einer 12V Versorgungsspannung. Ein bzw. zwei Pins für Vor- und Rücklauf und ein Pin für das PWM Signal. Ich habe mal ein Grundgerüst aufgebaut, so dass es funktioniert. Kann mir jemand sagen ob das so schon mal so okay ist? Die Widerstände habe ich nicht genau ausgerechnet. Erstmal dass es funktioniert. Wie gesagt, ich weiß nicht ob es da eine elegantere Lösung gibt. Im Netz kursieren ja tausend verschiedene Versionen. Für Verbesserungsvorschläge oder gute Vorlagen wäre ich sehr dankbar :) Liebe Grüße Denny
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Da stimmt was mit der Logik nicht, es müssen jeweils Q2 und Q7 oder Q4 und Q8 zusammen leiten. Aber warum willst Du das Rad neu erfinden, solche H-Brücken gibt es als Module fix-fertig und getestet. Hast Du zuviel Zeit? Gruss Chregu
@Christian: Projekt von der Technikerschule. Sonst würde ich mir das auch nicht an tun. Den Rest verstehe ich nicht. Oder meinst du Q7 und Q3 oder Q8 und Q1? @Sascha: Vielen Dank! Werde ich noch ändern.
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Denny L. schrieb: > @Sascha: Vielen Dank! Werde ich noch ändern. Ich fürchte, ich weiss schon was du tun wirst.
Q3 + Q8 kannst Du als Logic Level Fet direkt ansteuern ohne über R2 R9 signifikant Strom zu verbraten. Die unteren Fets werden immer gemeinsam angesteuert, da dreht sich garnichts. Bei Überstrom brennt die Brücke ab. Ingesammt ein ziemliches Chaos das so zerissen gezeichnet ist das man schwer sehen kann das da nicht viel funktioniert. An die oberen Fets gehört noch eine Transistorstufe um nicht schneckenlangsam und ineffizient über 1K aufzuladen. Fang noch mal neu an und achte auf die Übersichtlichkeit dann findet Du Deine Fehler auch einfacher. Gehe jede Ansteuerungspfad im Geiste durch und überprüfe dabei was worauf Auswirkungen hat. Beschäftige Dich mit LTspice um solche Schaltungen zu simmulieren und dabei enorm viel über die Strom und Spannungsverläufe zu lernen.
@Michael Knoelke: Ja da hast du Recht. Ich bin auch schon als auf der Suche nach einer guten Vorlage die ich in Multisim nachbauen kann, um die Schutzvorrichtungen usw. besser zu verstehen. Jedoch blieb meine Suche bis jetzt erfolglos. Bei den ganzen Varianten habe ich auch keine Ahnung welche jetzt die richtige, bzw. beste Variante ist. Die Schaltung war einfach nur ein Versuch alles irgendwie mit rein zu bringen. Hat ja leider nicht geklappt.
Also ich habe hier irgendwo einen Denkfehler. Ich habe wirklich nochmal ganz von vorne angefangen. Verwende ich jetzt 2 P-Kanal und 2 N-Kanal MOSFET (P oben, N unten), dann kann ich doch theoretisch ein "Shoot through" gar nicht vermeiden? Ich bekomme meine P-MOS doch erst gesperrt, sobald ein N-MOS leitend wird. Und in diesem "Übergang" fließt doch kurzzeitig ein hoher Strom von P zu N MOS. Die einzige Möglichkeit wäre eine deutlich höhere Spannung an meine P-MOS anzulegen, untersagen mir jedoch die Vorgaben (12V Last, 5V PWM). Hat jemand dafür eine Lösung parat?
Denny L. schrieb: > Hat jemand dafür eine Lösung > parat? Guck dir die H-Brücke in meinem RC-Servo mal an: Beitrag "Re: RC-Servoelektronik für DC-Motor" Simpler geht fast nimmer. Du musst nur drauf achten, das PB0 und PB1 nie gleichzeitig high sind. Die PWM ist hier allerdings mit etwa 240 Hz recht niedrig. Für schnellere PWM sollte man die 2k2 im Kollektorkreis der NPN Transistoren kleiner machen.
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Guck dir doch mal die Blockdiagramme und Aussenbeschaltung und Pin Beschreibung von modernen h-Brücken im Datenblatt an. Versuch herauszufinden was der Bootstrap Pin macht. Weißt du was ne Ladungspumpe ist. usw.
Matthias S. schrieb: > Denny L. schrieb: >> Hat jemand dafür eine Lösung >> parat? > > Guck dir die H-Brücke in meinem RC-Servo mal an: > Beitrag "Re: RC-Servoelektronik für DC-Motor" > > Simpler geht fast nimmer. Du musst nur drauf achten, das PB0 und PB1 nie > gleichzeitig high sind. Die PWM ist hier allerdings mit etwa 240 Hz > recht niedrig. Für schnellere PWM sollte man die 2k2 im Kollektorkreis > der NPN Transistoren kleiner machen. Da der TE eine H-Brücke mit allen möglichen Schutzvorrichtungen haben wollte, ist das wohl nicht so ganz das, was er sucht. Ne PNP/NPN Totem Pole Endstufe mit Verbindung zum FET über Serienwiderstand+Paralleldiode macht Ein- und Ausschaltzeit ungleich lang was dem Shoot-Through vorbeugt. Wenn man das nicht (wie bei dir) per Software garantieren kann, sollte man das in Hardware schon mit einbauen. Ich hab schon Gate-Treiber diskret aufgebaut wo es nicht so wichtig war, bei Schaltwandlern zum Beispiel. Schlimmstenfalls wird da die Verlustleistung höher. Bei ner H-Brücke für richtig Leistung würde ich eigentlich immer Gate-Treiber ICs nehmen. Da ist auch das Preis/Leistungsverhältnis besser.
Sascha_ schrieb: > Da der TE eine H-Brücke mit allen möglichen Schutzvorrichtungen haben > wollte, ist das wohl nicht so ganz das, was er sucht. Davon sehe ich in seinem ersten Beitrag aber auch nix. Aber ein Inverter und ein dritter Pin am MC könnte das ja sicherstellen.
> Die Schaltung war einfach nur ein Versuch alles irgendwie mit rein zu > bringen. Hat ja leider nicht geklappt. Du solltest weniger Zeit mit dem Suchen von Vorlagen verbringen. Das Netz ist voll von Schrott und den kannt Du erst erkennen wenn Du genau verstehst was die da machen und was daran gut oder schlecht ist. Selbst Deine Schaltung würde funktionieren wenn nicht ganz grundlegende Funktionsfehler drin wären die Du hättest finden können. Analysiere die grundlegenden Probleme und unterteile die Schaltung in Funktionsblöcke die alle ihre dedizierte Aufgabe erledigen. Die einfache Ansteuerung verursacht zwar relativ hohe Verluste im Umschaltmoment (langsames Aufsteuern der Fets) und hohe statische Verluste (1K an 12V pro Fet) hat aber den Vorteil das Du ohne große Klimmzüge mit dem langsamen Aufsteuern und dem schnellen Sperren über die Dioden den Shoot-Through im Griff hast. Bei 470Hz können Dir die Umschaltverluste sogar relativ egal sein. Was fehlt ist eine Überstromdetektion die im einfachsten Fall aus einem Widerstand im gemeinsamen Source der unteren Fets besteht. Fällt mehr als 0,7V darüber ab sperrt ein Kleinsignaltransistor die Ansteuerung der Brücke. Ohne die Verwendung eines Flipflops wirkt so eine I-Begrenzung aber als Stromregelung die Dir recht schnell die Fets zerkocht. Mit FF sperrt man einfach bis zum nächsten Ansteuerpuls. Der typische Anfängerfehler ist es aus dem Stand etwas perfektes bauen zu wollen und sich dabei so zu verzetteln das man im Endeffekt nichts fertig bekommt. Bau also was einfaches das Du in jedem Detail verstehst und lebe mit den Nachteilen. >guten Vorlage die ich in Multisim nachbauen kann Man kann auch schlechte Nachbauen und dann verstehen warum die schlecht sind. >Verwende ich jetzt 2 P-Kanal und 2 N-Kanal >MOSFET (P oben, N unten), dann kann ich doch theoretisch ein "Shoot >through" gar nicht vermeiden? Hängt alles nur davon ab wie Du die ansteuerst. Du verzettelst Dich hier weil Du die Bauteile nicht richtig verstanden hast die Du verwendest. Gehe so bald möglich in die Simulation und verwende unbedingt die Messmethoden die Dir die Simulation bietet. Die meisten schauen sich nämlich nur das Ergebnis an und übersehen dabei das zwar irgendwann nach wildem und planlosen rumprobieren die richtige Kurvenform rauskommt die Ansteuerung aber 3 MW verbraucht weil sich die Simulation einen Dreck um die max. ratings der Bauteile kümmert. Hektische Aktivität hilft Dir kein Stück sondern nur langsames und methodisches Vorgehen.
Michael K. schrieb: > Selbst Deine Schaltung würde funktionieren wenn nicht ganz grundlegende > Funktionsfehler drin wären die Du hättest finden können. Ganz genau.
@Michael Knoelke: Vielen Dank für die ausführliche Antwort! Ja da hast du auch vollkommen Recht. Ich will so etwas einfach immer sofort verstehen und perfekt beherrschen, funktioniert nur leider nicht. Ich habe das Projekt auch erstmal pausiert und beschäftige mich erstmal mit den MOSFETs. Die verstehe ich einfach nicht. Da ich vorher noch nie mit diesen Bauteilen gearbeitet habe, habe ich die Funktion auch völlig falsch verstanden. Ich lese mich zwar noch ein, aber falls jemand möchte, kann er mir gerne erklären was es mit der Aufladung bzw. Aufladungsgeschwindigkeit von FETs aus sich hat (Vorwiderstand). Ich denke hier gibt es Menschen die mir so etwas viel besser erklären können, als einige Fachbücher. Nochmals vielen Dank!
Lade dir mal ein paar der ausführlicheren Datenblätter von MOSFets und schau dir vor allem die Kennlinien an. Entscheidend für die Ansteuerung eines MOSFet ist, was dieser zwischen Gate und Source sieht. Die Spannung Ugs bestimmt, wieviel Strom über den Drain-Source Kanal fliesst. Diese Spannung ist positiv am Gate gegenüber der Source beim N-Kanal MOSFet und negativ beim P-Kanaler. Das Gate ist sehr hochohmig (braucht also so gut wie keinen Steuerstrom) aber hat Kondensatoreigenschaften, d.h., man lädt es auf und der MOSFet fängt an, zu leiten und entlädt es, damit er sperrt.
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MosFets: Bleiben wir der einfachheit halber beim N-Fet. Eine positiv Spannung am Gate gegenüber Source steuert den auf. In der idealen Bauteilbetrachtung völlig leistungslos, es fliesst also kein Strom. Dabei gibt es eine Untergrenze in der der nicht aufsteuert (VGS(th)), einen Bereich in dem der als steuerbarer Widerstand arbeitet und einen Bereich ab der der voll durchgesteuert ist. Die Kurven stehen in den jeweiligen Datenblättern. Logig Level Fets sind z.B. darauf optimiert bereits bei niedrigen Spannungen voll aufzusteuern. Überschreitet man die max. UGS (Spannung Gate Source) geht der Kaputt. Jetzt wirds real: Das Gate hat natürlich eine Kapazität die ein paar nF betragen kann. Die variert je nachdem wie viel Strom der schalten kann und ob der auf schnelles Schalten oder niedrigen RDS-on optimiert ist. Der RDS-on ist der Widerstand den der Fet hat wenn der durchgesteuert ist. Diese Gate Kapazität hat einen unangenehmen Nebeneffekt, das Miller Plateau. Während sich die Gate Kapazität auflädt wird der Fet leitend und bewegt sich dabei durch den Bereich seiner Kennlinie in dem bereits Strom fliesst, der RDS-on noch hoch ist. Er verbrät also viel Energie in Wärme. Diesen Bereich will man so schnell wie mögich verlassen, aber während des durchsteuern verändert sich die gate Kapazität dahingehen das trotz Strom ins Gate die Gate Spannung auf einem Plateau verweilt, dem Miller Plateau. Je kleiner der Gate Strom um so länger verweilt man in diesem Bereich. Im schnellen Schaltbetrieb prügelt man bei jedem Zyklus ein paar Ampere peak ins Gate. Je schneller man den macht um so effizienter schaltet der Fet, aber um so größer werden auch die EMI Störungen weil auch die Last eine Kapazität und Induktivität hat. Es gibt also ein Optimum zwischen Leistung die im Fet und Leistung die im EMI Filter verbraten wird. Darum kümmert man sich aber ganz zum Schluss, wenn überhaupt. Bei Induktiven Lasten wie z.B. Deinem Motor ist das Aufsteuern der Fets garnicht das Problem. Legt man Spannung an eine Induktivität an fliesst im ersten Moment kein Strom, der baut sich erst langam auf. Wenn kein Strom fliesst kann der RDS-on auch keine Leistung verbraten. Im Abschaltmoment steht aber der maximale Strom an. Der Fet versucht nun den Srom abzuwürgen, das zusammenbrechende Magnetfeld der Induktivität stemmt sich aber dagegen. Dein Ansatz mit Dioden, ohne Vorwiderstand das Gate zu entladen ist nicht schlecht solange die Kleinsignaltransistoren den Gatestrom auch effektiv kurzschliessen können. Die BC846B können in Deiner Beschaltung vieleicht 0,5A aus dem gate ziehen. Nicht berauschend, aber Deine Schaltfrequenz von 470Hz ist niedrig genug damit Dir das egal sein kann. Alles in allem ist also Deine Schaltung (erstes Posting) nicht so schlecht trotz der langsamen Ansteuerung und der relativ hohen statischen Verluste. Ein billiges Consumer Gerät bei dem jeder Cent gespart wird würde man fast so bauen. Fast, weil es logische Fehler gibt die Du finden und entfernen must damit sich der Motor dreht und die Drehrichtungsumkehr funktioniert. Es fehlen Überstromabschaltung und ggf. Übertemperaturabschaltung. Die Überstromabschaltung habe ich bereits skiziert. Ohne Überstromabschaltung wird jede Drehrichtungsumkehr bei laufendem Motor Deine Brücke zerlegen.
Hallo Leute! Ich melde mich nach einiger Zeit in Abwesenheit wieder zurück. Ich habe meine Schaltung angepasst und ausführlich getestet und bin "eigentlich" zufrieden. Jedoch stehe ich jetzt vor einem grundlegenden Problem. Ich bekomme die Umschaltzeiten der MOSFETs nicht in den Griff. Wie ihr schon sagtet, werden die MOSFETs viel zu langsam geladen bzw. entladen. Ich möchte diese jedoch optimal schalten. Dies soll ja mit MOSFET Gate Treibern funktionieren. Leider habe ich noch nie mit Treibern gearbeitet und weiß somit auch echt nicht wie ich da anfangen soll. Ich suche eigentlich nur einen Treiber der mir die direkt verbundenen MOSFETs mit einem definierten Zeitwert auflädt, bzw. "MOSFET x" erst einschaltet wenn "MOSFET y" ausgeschaltet ist. Ich weiß nicht wie man dies am elegantesten veranstaltet. Ich hoffe ich konnte mein Problem einigermaßen rüberbringen. Schon mal vielen lieben Dank für jegliche Hilfe! Grüße Dennis
Denny L. schrieb: > Ich habe > meine Schaltung angepasst Die kennen wir aber nicht. Um irgendwas sinnvolles vorzuschlagen, müsstest du die mal vorlegen.
Poste erstmal die Schaltung. Ansonsten ist für H-Brücken der IC IR2110 recht weit verbreitet und scheint das zu sein, was du suchst, sofern ich deine etwas wirre Beschreibung in Prosa richtig verstanden habe.
Stefan S. schrieb: > Ansonsten ist für H-Brücken der IC IR2110 > recht weit verbreitet und scheint das zu sein, was du suchst Nein. Der IR2110 ist für Halbbrücken gut geeignet, für H-Brücken aber nicht. Er erlaubt z.B. ohne schaltungstechnische Klimmzüge keinen Dauerlauf mit 100% Motorleistung.
Matthias S. schrieb: > Stefan S. schrieb: >> Ansonsten ist für H-Brücken der IC IR2110 >> recht weit verbreitet und scheint das zu sein, was du suchst > > Nein. Der IR2110 ist für Halbbrücken gut geeignet, für H-Brücken aber > nicht. Er erlaubt z.B. ohne schaltungstechnische Klimmzüge keinen > Dauerlauf mit 100% Motorleistung. Tatsächlich! Mein Fehler, das hatte ich falsch in Erinnerung. Danke für die Korrektur.
Deine Schaltung ist viel zu Symmetrisch! Wenn Du noch mal zurück zur Grundschaltung mit den vier Schaltern gehst, wirst Du daran erinnert, dass z.B. zwei in Reihe liegende Schalter jeden beliebigen Zustand annehmen dürfen. Nur nicht zur gleichen Zeit! Daraus ergibt sich die Notwendigkeit nicht nur den logischen Zustand im Auge zu behalten, sondern auch den Zeitlichen. Praktisch sieht das so aus, dass Du beim Umschalten berücksichtigen musst, dass das Aus- und Einschalten selber einige Zeit benötigt. Hier kann es zu recht stressigen Überschneidungen kommen. Meist ist auch die Zeit, die das Einschalten benötigt nicht genauso lang wie das Ausschalten.
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Also ich verwende jetzt diese Schaltung um meine H- Brücke anzusteuern. Ich habe Multisim verwendet und die Schaltung bei einem PWM Signal von 50 kHz ausführlich getestet. Alles funktioniert so wie ich es mir vorgestellt habe. Auch bei "verbotenen Zuständen" (Rechts- und Linkslauf gleichzeitig) bleibt die Schaltung ebenfalls intakt. "Q9" dient einfach zur Strombegrenzung auf 3,5A. Dann habe ich die Bauteile bestellt und alles auf einem Breadboard getestet, funktioniert ebenfalls. Die logischen Fehler von denen die Rede waren, die finde ich einfach nicht. Ich besitze auch nicht das extreme Vorwissen, um zu beurteilen, ob man das so macht oder nicht. Wenn diese Art der Schaltung kompletter Schrott ist, dann sagt mir das, aber auch bitte wieso. Das mit der Zeit fürs ein- und ausschalten habe ich ja bemerkt. Ich dachte da vielleicht an einen IC, der diese Überschneidung verhindert. Jedoch fehlt mir, wie ich bereits sagte, die Erfahrung um festzustellen was die beste Methode ist. Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen. Momentan komme ich einfach kein Stück weiter... Steckerbelegung: J1: 1-Motor rechts, 2-Motor links, 3-PWM Signal, 4-GND J2: 12V Versorgungsspannung J3: Anschluss Motor Dennis
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