Pullup und H-Brücke mit Transistoren

[Mampf F. (mampf)]

Guten Morgen,

ich hab eine H-Brücke, die an einem AVR angeschlossen ist.

Für den Fall, dass die Ausgänge des AVRs hochohmig sind (zB im Reset 
oder beim Flashen), hab ich dem ganzen einen Pullup spendiert.

Mein Problem ist folgendes: Der 10k scheint zu groß zu sein. Im Reset 
oder beim Flashen passiert genau das, was ich damit eigentlich vermeiden 
wollte.

Beide Transistoren sind halb leitend, der Pegel weder High noch Low und 
sie werden heiß.

*edit*: Ach ich bin so dumm ... Spannungsteiler aus 10k + 1k + Ube ... 
D.h. da unten müsste sich ein Pegel von 1V einstellen, was auch passiert 
...

Dann geht das so nicht ... Wie kann man das richtig machen? NPN soll 
leiten, PNP soll sperren.


VG
Mampf

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Mampf F. schrieb:
> ich hab eine H-Brücke, die an einem AVR angeschlossen ist.
Diese Brücke ist extrem gefährlich für die Transistoren, weil bei einer 
Eingangsspannung von 0,7V bis 4,3V beide Tansistoren leiten...

> Beide Transistoren sind halb leitend, der Pegel weder High noch Low
Du musst da für eine "brauchbare" Funktion einen Pegel von 0V oder 5V 
aufzwingen. Und den Bereich dazwischen in der Zeit 0 durchlaufen. 
Trotzdem wirst du beim Umschalten aufgrund der Sperrverzögerung der 
Transistoren jedes Mal einen Kurzschluss haben.

> und sie werden heiß.
Ja, das ist klar...

> Dann geht das so nicht ... Wie kann man das richtig machen?
Fazit: Prinzipschaltbilder können nicht mit realen Bauteilen aufgebaut 
werden. Sieh dir mal eine integrierte Brücke an, das sind nicht umsonst 
Totzeitglieder und Schutzschaltungen verbaut.

> NPN soll leiten, PNP soll sperren.
Steuere sie aus 2 Portpins getrennt an.

[Mampf F. (mampf)]

Lothar M. schrieb:
> Trotzdem wirst du beim Umschalten aufgrund der Sperrverzögerung der
> Transistoren jedes Mal einen Kurzschluss haben

Puh okay, das ist doof ... Im Prinzip funktioniert die Brücke - wenn der 
AVR in Betrieb ist. Aber beim Flashen halt nicht und die Zeit, die zum 
Flashen benötigt wird, ist gerade so, dass sie nicht durchbrennen.

Lothar M. schrieb:
> Steuere sie aus 2 Portpins getrennt an

Blöd blöd ... Soviel Pins hab ich nicht. Hatte auch keinen Platz, um 
noch einen Transistor-Inverter davor zu bauen, der die Pegel an den 
Basis-Transistoren auf einen definierten Wert zieht.

Im Grunde war es aber ein böser Gedankenfehler.

Hatte die Brücke mit BC807 und BC817 mit LT-Spice simuliert und in Echt 
funktioniert sie schon ... Die Brücke treibt mit ca 60mA ein 
VFD-Filament und das klappt im Prinzip ohne dass die Transistoren warm 
werden.

Nur hatte ich das nicht simuliert, was passiert, wenn es kein 
Steuersignal gibt.

Ich werde mal die 10k durch 220R ersetzen ... Laut LTSpice reduziert es 
das Problem, der Strom ist sinkt dann 1/10tel in etwa. Der AVR wird die 
220R schon treiben können (LEDs kann er ja auch treiben).

Kommt jedenfalls auf meine Errata-Liste und bei der nächsten 
Layout-Iteration wird das gefixt :)

Danke!

[Mampf F. (mampf)]

Lothar M. schrieb:
> Sieh dir mal eine integrierte Brücke an, das sind nicht umsonst
> Totzeitglieder und Schutzschaltungen verbaut.

Ja, das mit den Totzeiten ist mir bewusst. Ich hatte mich deshalb für 
das BC807 BC817 Pärchen entschieden und mir mit LTSpice angeschaut, was 
passiert und ob es zu Stromspitzen kommt.

Hat aber gut ausgesehen - Bis auf den Sonderfall eben ...^^ :)

In der nächsten Iteration würde ich vermutlich integrierte 
MOSFET-Treiber direkt als H-Brücke verwenden ... Die sollten die Totzeit 
schon eingebaut haben und Strom bringen sie genügend und kleiner sind 
sie auch :)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Mampf F. schrieb:
> Ich hatte mich deshalb für das BC807 BC817 Pärchen entschieden und mir
> mit LTSpice angeschaut, was passiert und ob es zu Stromspitzen kommt.
> Hat aber gut ausgesehen
Eine Simulation ist bestenfalls so gut wie die zugrundeliegenden 
Modelle. Mach mal die Flanken des ansteuernden Rechtecks ein wenig 
flacher.

- Bis auf den Sonderfall eben ...^^ :)
Naja, sagen wir mal: Glück gehabt.
Letztlich kommst du nicht unbeschadet aus der Nummer raus. Für ein 
halbwegs definiertes Abschalten des oberen Transistors bräuchtest du 
einen Pullup im 100 Ohm Bereich...

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Möchtest du Halbbrücken bauen oder eine H-Brücke? Bei einer H-Brücke ist 
es am 'idiotensichersten', wenn du die diagonal gegenüberliegenden 
Transistoren durchsteuerst und nicht probierst, die Halbbrücken dazu zu 
bringen, entweder nur oben oder unten leitend zu werden.
Dann hast du auch nur zwei Steuerleitungen, eine für H-Brücken Ausgang 
positiv und eine für H-Brücken Ausgang negativ.
Kleines Beispiel ist hier:
Beitrag "Re: RC-Servoelektronik für DC-Motor"
Du musst dann nur noch darauf achten, nicht beide Steuerleitungen 
gleichzeitig zu aktivieren.

[Mampf F. (mampf)]

Matthias S. schrieb:
> es am 'idiotensichersten', wenn du die diagonal gegenüberliegenden
> Transistoren durchsteuerst und nicht probierst, die Halbbrücken dazu zu
> bringen, entweder nur oben oder unten leitend zu werden.

Ah okay, das werd ich machen!

Ich glaube, ich könnte mein Design fixen, wenn ich die Transistoren 
durch N- und P-MOSFETs ersetze. Die sind Pinkompatibel, ich lass dann 
die Basiswiderstände weg (oder mach sie kleiner ... 22R zB) und 
überkreuze die Ansteuerung :)

Mal schauen, ob das dann besser klappt :)

Dann hätte ich gleich das Spannungsteiler Problem gelöst ... Bleibt nur 
noch die Totzeit ... Hoffe, das fällt nicht zu stark ins Gewicht. Wenn 
das nicht funktioniert, muss ich den Versuch einstampfen, unter 
Erfahrung verbuchen und nochmal neu designen :)

Irgendwas hat mit der Transistor-Stufe doch nicht gepasst ... VFD hat 
zwar was angezeigt, die Segmente haben aber mehr gelimmt als geleuchtet.

Kennt zufällig jemand Komplementär Logic-Level MOSFETs, bei denen man 
sich nicht um die Totzeit kümmern muss?

Hätte jetzt IRLML2244 und IRLML6244 verwendet.

[Mampf F. (mampf)]

Weiß jemand, ob etwas dagegen spricht, den TC4428 direkt als H-Brücke zu 
verwenden?

Die wird mit 5V betrieben und ich brauche nur in etwa 60mA (RMS) Strom.

Die Konstruktion auf der rechten Seite im Bild macht nichts weiter als 
das erzeugte Rechteck-Signal um die -20V ins Negative zu verschieben, 
damit es mit den VFD-Pegeln passt.

Bei MOSFET-Treibern bin ich mir nicht sicher, weil die ja eigentlich nur 
dafür gedacht sind, die Gates von MOSFETs kurzfristig mit viel Strom 
umzuladen ... Aber der TC4428 hat zwei push-pull-MOSFET-Treiber drin und 
eine Seite invertiert. Das wär natürlich prima, weil man sich dann eine 
Menge Aufwand sparen könnte :)

Hat da jemand eine Ahnung? :)

[1]: http://www.mouser.com/ds/2/268/20001422G-967549.pdf

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Mampf F. schrieb:
> Weiß jemand, ob etwas dagegen spricht, den TC4428 direkt als H-Brücke zu
> verwenden?

Es wird nicht viele Leute hier geben, die einen MOSFet Treiber zum 
Heizen eines VFD benutzen - insofern wird dir vermutlich nur der Versuch 
bleiben :-P
Finde ich kreativ und wünsche dir, das das so klappt, allerdings würde 
ich alter Angsthase trotzdem einen Widerstand in die Heizleitung bauen 
und mal oszillografieren, wie hoch die Spannung nun wirklich ist, die da 
raus kommt. Das mit den Elkos als Kopplung habe ich schon öfter in so 
einer Anordnung gesehen, das klappt sicher. Allerdings altern die Dinger 
in so einer Anwendung etwas schneller, alo möglichst low ESR oder 
zumindest mit reichlich hoher Spannungsfestigkeit.

[Olli (Gast)]

Mich wuerde mal Deine Schaltung als ganzes interessieren. Fuer die 
Bipolartransistoren gilt: einfach den Pullup weglassen.

Bipolartransistoren sind stromgesteuert. Auch wenn der uC hochohmige 
Ausgaenge hat passiert da mal nichts.

Das gilt natuerlich nicht fuer FETs!

[Dorian H. (dorianh)]

Hallo Mampf F

geht's dir bei den H-Brücken um zu lernen? Dann sind Transistoren ok.

Wenn dir's aber nur um eine brauchbare gute H-Brücke geht, dann empfehle
ich dir die DRV88xx H-Brücken von Texas Instruments anzuschauen. Sehr
gute integrierte H-Brücken mit einfacher Ansteuerung und integrierten
Schutzbeschaltungen.