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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik H-Brücke 24V Motor


Autor: Devin (Gast)
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Für ein Projekt sollen wir eine Motorsteuerung für Rechts- und Linkslauf 
bauen.
Der Motor wird mit 24V betrieben und hat 100W Leistung.
Als Stromversorgung haben wir ein Netzteil,dass 24..48VDC liefert.
Am Ausgang zum Motor sollen 0..48VDC ankommen.

Die vier Gates T1-T4der MOSFETS sollen mit einem Arduino angesteuert 
werden.

Als MOSFETS haben wir bisher den IRL3705N ausgewählt.
Müssen wir zusätzlich noch Freilaufdioden parallel schalten?
und müssen wir noch Pulldown Widerstände einbauen damit sich die MOSFETS 
entladen können?

Muss man sonst noch etwas beachten?
Die Steuerung über den Arduino wird von einer anderen Gruppe übernommen.

Ich hoffe ihr könnt uns weiterhelfen :)

Autor: Falk B. (falk)
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@Devin (Gast)

>Der Motor wird mit 24V betrieben und hat 100W Leistung.
>Als Stromversorgung haben wir ein Netzteil,dass 24..48VDC liefert.
>Am Ausgang zum Motor sollen 0..48VDC ankommen.

Das macht man mit PWM.

>Die vier Gates T1-T4der MOSFETS sollen mit einem Arduino angesteuert
>werden.

;-)

>Als MOSFETS haben wir bisher den IRL3705N ausgewählt.
>Müssen wir zusätzlich noch Freilaufdioden parallel schalten?

Nein, die Bodydioden der MOSFETs reichen hier.

>und müssen wir noch Pulldown Widerstände einbauen damit sich die MOSFETS
>entladen können?

Ihr braucht noch DEUTLICH mehr als das ;-)

>Muss man sonst noch etwas beachten?

Vier MOSFETs machen noch lange keine solide H-Brücke. Nehmt was 
fertiges. 100W bei 48V sind gerade mal 2A, das schafft ein L6203 oder 
einer seiner modernen Brüder.

H-Brücken Übersicht

>Die Steuerung über den Arduino wird von einer anderen Gruppe übernommen.

Die Armen, die dürfen dann immer die abgerauchten Arduinos wechseln ;-)

Autor: Falk B. (falk)
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Autor: Devin (Gast)
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Danke erstmal für die schnellen Antworten.
Wir dürfen für dieses Projekt leider keine fertige H-Brücke benutzen und 
müssen diese daher selber bauen.

Was genau fehlt denn noch?
PWM geht doch auch über den Adruino oder nicht?

Autor: Ralf (Gast)
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Eine H-Brücke aus MOSFETS ist machbar aber etwas heikel wegen der High- 
Low Übergänge. Einfacher wäre eine Brücke aus bipolaren Transistoren 
wegen der Selbstverriegelung (keine Kurzschlüsse durch Nadelimpulse). 
Bei 48V und 2A können die Spannungsabfälle und die Verlustleistung an 
den Transistoren in Kauf genommen werden.

Am einfachsten ist eine H-Brücke aus zwei Relais-Wechselkontakten. Die 
PWM kann dann mit einem N-Kanal-MOSFET in der Plusleitung realisiert 
werden. (Falls das erlaubt ist).

Autor: Ralf (Gast)
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Die PWM wird natürlich mit dem ARDUINO erzeugt!

Autor: Frage (Gast)
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2 Halbbrücken wie die BTN7960 dürft ihr auch nicht nehmen?
Auf jeden Fall müssen noch Treiber vor jeden Leistungs-Mosfet, damit der 
satt schalten kann und ihr müsst euch Gedanken machen wie ihr einen 
Kurschluss beim umschalten verhindert. Das ganz grob. Am besten das 
Internetz auslesen zu dem Thema. Damit seit ihr nicht die ersten.

Autor: Hurra (Gast)
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Devin schrieb:
> PWM geht doch auch über den Adruino oder nicht?

Bestimmt. Aber nicht einfach so.

Zunächst einmal kann euer Arduino das Gate der High-Side FET niemals 
einschalten. Der kann 0V und 5V, aber nicht 48V+xV, wie es nötig ist. Da 
will man eine Bootstrap-schaltung, Gatetrafos oder Ladungspumpen sehen. 
Oder ihr nehmt oben PMOS.

Dann kann euer Adruino bestimmt auch nicht genug Strom liefern, um den 
FET schnell genug zu schalten. Also werdet ihr Gatetreiber brauchen.

Dann wird es mit der mistigen Arduino-IDE bestimmt nicht ganz so 
hopplahopp gehen, das Timing richtig hinzubekommen. Da brauchts 
Totzeiten oder so. Kann sein, dass der AVR es kann, aber die IDE? Habe 
da Zweifel.

Ich würde das hier nehmen:
https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.js...
Da kann man wenig falschmachen.

Wenn ihr nicht dürft, dann lasst euren Lehrer mal hier mitdiskutieren, 
dem ist die Problematik offensichtlich auch nicht klar, wenn er euch das 
als Aufgabe gibt...

Autor: soundso (Gast)
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Nur Mut, natürlich krigt man das mit einem Arduino hin !!!

evtl. halt via c und nicht mit den arduino-libs ...

was ihr braucht:

4 FETS
4 Freilaufdioden
2 Halbbrückentreiber mit Todzeit (um zu verhindern, dass die FETS 
gleichtzitig leiten)
ein Arduinoboard mit beliebiger HW (auch ein atmega8 würde reichen ...)

und noch kleingemüse ... (Widerstände, Kondensatoren, DCDC Wandler usw 
...)

gruss soundso

Autor: Devin (Gast)
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So wir haben uns oben jetzt für zwei P-Ch Mosfets entschieden.
Diese werden über zwei Gatetreiber angesteuert.

2x IRLZ 34N für die unteren beiden
2x IRF 5305 für die oberen
2x BC 638 für die Gatetreiber

Autor: Daniel (Gast)
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Totzeiten sind hier doch gar kein Problem, man will doch nicht 
ununterbrochen die Richtung wechseln.
Man schaltet die gewünschte High-Side ganz gemütlich ein, wartet 
notfalls eine halbe Sekunde und macht dann mit dem schräg 
gegenüberliegenden Low-Side-FET die PWM. Dann muss der 
High-Side-Gatetreiber nicht schnell sein.

Autor: Hurra (Gast)
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Devin schrieb:
> So wir haben uns oben jetzt für zwei P-Ch Mosfets entschieden.
> Diese werden über zwei Gatetreiber angesteuert.
>
> 2x IRLZ 34N für die unteren beiden
> 2x IRF 5305 für die oberen
> 2x BC 638 für die Gatetreiber

Mit 1,2V wird euer PMOs nicht glücklich werden, auch mit 10k am Gate 
wird es nichts mit schnell schalten. Auch die 1N4007 sind ungeeignet, 
weil viel zu lahm. SS24 oder so wären sinnvoller.

Mit Gatetreiber meinte ich eher sowas:
http://www.ti.com/product/lm5109b-q1

Ihr müsst das Gate aktiv schalten. Nicht über gigantisch große 
Widerstände.

Die Frage ist halt:
Wollt ihr den Motor nur Richtungsumschalten?
Oder auch die Drehzahl mittels PWM steuern?

Falls ersteres, probiers aus.

Falls letzeres: Mööp.

Autor: Teddy (Gast)
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Devin schrieb:
> So wir haben uns oben jetzt für zwei P-Ch Mosfets entschieden.
> Diese werden über zwei Gatetreiber angesteuert.
>
> 2x IRLZ 34N für die unteren beiden
> 2x IRF 5305 für die oberen
> 2x BC 638 für die Gatetreiber

Wenn bei euch die Geschwindigkeit keine Rolle spielt und ihr nur 
demonstrieren wollt, dass man mit einer H-Brücke die Drehrichtung eines 
Motors wechseln kann, dann brauchst du mMn. keinen Treiber.

Autor: Klaus (Gast)
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Devin schrieb:
> So wir haben uns oben jetzt für zwei P-Ch Mosfets entschieden.
> Diese werden über zwei Gatetreiber angesteuert.

Zu der Schaltung mal was zum Lesen

http://www.edn.com/electronics-blogs/tales-from-th...

MfG Klaus

Autor: Devin (Gast)
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Die Geschwindigkeit ist nicht relevant.
Es geht nur um den Richtungswechsel, also können wir die zwei 
Transistoren doch weglassen und müssen nur die Pull up und Pulldown 
Widerstände mit berücksichtigen?

Autor: Teddy (Gast)
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Devin schrieb:
> Die Geschwindigkeit ist nicht relevant.
> Es geht nur um den Richtungswechsel, also können wir die zwei
> Transistoren doch weglassen und müssen nur die Pull up und Pulldown
> Widerstände mit berücksichtigen?

Äh nein, du musst dennoch einen P-Mosfet nehmen. Also die zweite 
Schaltung aus deinem Post direkt mit Arduino ansteuern.

Autor: Teddy (Gast)
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Und damit ihr keinen Kurzschluss verursacht könnt ihr im Programm 
einfach delayen, sagen wir mal für ne halbe Sekunde.
Dann seid ihr auf der richtigen Seite.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Devin schrieb:
> Muss man sonst noch etwas beachten?

Nein, bestimmt nicht, den Rest machen doch die anderen.


Deine Schaltrung ist höchstens eine Prinzipschaltung, nicht 
funktionierendes.

Immer noch eine Prinzipschaltung
https://www.mikrocontroller.net/attachment/331088/...

Wenn du schreibst:

Devin schrieb:
> Der Motor wird mit 24V betrieben und hat 100W Leistung.
> Als Stromversorgung haben wir ein Netzteil,dass 24..48VDC liefert.
> Am Ausgang zum Motor sollen 0..48VDC ankommen.

dann heisst das, bei 48V am Eingang werden die Motoren überlastet und 
dürfen höchstens mit halber Leistung versorgt werden, in dem man schnell 
ein und ausschaltet, also PWM betreibt.

Ganz nebenbei würde ich erst mal rausfinden, wie viel Strom denn so ein 
100W Motor beim anlaufen braucht. Nein, das sind keine 4.2A. Eher 42A. 
Und die MOSFETs sollten die Aushalten. Man kann den Strom leicht 
ausrechen: Betriebspannung (bei euch 48v max) / Innenwiderstand des 
Motors (mit Milliohmmeter ausmessen).

Mit etwas Glück dient bei euch das Netzteil als Strombegernzung gegen 
Überlastung des Motors beim Blockieren, aber beim Anlaufen kommt der 
Strom aus den Ausgangselkos des Netzteils, einige (kurze) Zeit fliesst 
also wirklich so viel wie oben ausgerechnet.

Dann überlegt man, welche Störungen an den Leitungen auftreten, wenn der 
MOSFET den Motor ausschaltet. Dazu baut man
   +48V
   |  |
+-|I (M)
|  |  |1N4148
+--+--+--|>|--+----+-- U messen
   |          |    |
--|I         10nF 1MOhm
   |S         |    |
  GND        GND  GND
mit dem originalen Motor an dem originalen Netzteil mit der originalen 
Zuleitung zum Motor, und misst sie Spannung an U. So viel muss der 
MOSFET aushalten. Der obere MOSFET dient nur als Freilaufdiode.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Devin schrieb:
> So wir haben uns oben jetzt für zwei P-Ch Mosfets entschieden.

Gute Wahl, aber bei 24V Betriebsspannung musst Du
zusehen, dass Du die Gate-Source Spannung nicht
überschreitest. Z-Dioden,Vorwiderstände ...

Ich kann Dir eine H-Brücke mit Darlingron zeigen,
die Du leicht auch MOS umstricken kannst.
Diese betreibe ich am Arduino Nano.

Die Sache mit dem "gleichzeitig Schalten über den
Arduino zu verhindern", kannst Du knicken.
Rechne mal damit, dass beim Einschalten oder einem
Reset alle Pins HIGH oder LOW sein können.
Im Falle HIGH hast Du ein Problem.

LG
old.

Autor: Ralf (Gast)
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Hier eine altmodische aber robuste Schaltung für nicht allzu hohe 
Ströme. Selbst bei einer Fehlansteuerung durch den Arduino oder durch 
eine falsche Programmierung, kann hier nichts zerstört werden. Die PWM 
muss allerdings entweder invertierend programmiert werden, oder mit 
einem Transistor in Emitterschaltung invertiert werden (nicht 
eingezeichnet).

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Ralf schrieb:
> Hier eine

zumindest für den PWM-Tranisitor hättest Du einen
PNP nehmen können. Mit Emitterfolgern kommst Du nicht
vernünftig an die Plus-Schiene.
Aber auf jeden Fall eine positive Bewertung von mir.
Im krassen Gegensatz zu Softwarefragen wird sich bei
der Hardware richtig ins Zeug gelegt.

LG
old.

: Bearbeitet durch User
Autor: Ralf (Gast)
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Jetzthabensieihn I. schrieb:
> Mit Emitterfolgern kommst Du nicht
> vernünftig an die Plus-Schiene.

Doch, einfach vor dem BD139 noch einen BD139 davor schalten und der 
offene Kollektor wird mit 10k an Plus geschaltet.

Jetzthabensieihn I. schrieb:
> zumindest für den PWM-Tranisitor hättest Du einen
> PNP nehmen können.

Das ist richtig. Dann wäre aber der Emitter am Netzteil dran und der 
Basisstrom wäre verloren, was in der Tat nicht schlimm wäre. Immerhin 
hätte ich durch Deine Idee die Inverterstufe gespart.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Ralf schrieb:
> Doch, einfach vor dem BD139 noch einen BD139 davor schalten und der
> offene Kollektor wird mit 10k an Plus geschaltet.

Verstehe ich jetzt nicht wirklich wie Du so die BD243
der H-Brücke weiter durchsteuern willst.
Zeichne das doch bitte mal ein.


LG
old.

Autor: Ralf (Gast)
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Bei dieser Schaltung kann das invertierte Programmieren entfallen.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Ralf schrieb:
> Bei dieser Schaltung

Hat genau so viel Drop zur positiven Schiene.

Und ein Transistor um im Programm zu sparen?
Echt jetzt?

H-Brücke:
Beitrag "Re: Elektrische Rollosteuerung"

LG
old.

: Bearbeitet durch User
Autor: Ralf (Gast)
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Jetzthabensieihn I. schrieb:
> Verstehe ich jetzt nicht wirklich

Die zweite Schaltung dient nur zum Verständnis. Deswegen ist die erste 
Schaltung auch vorzuziehen, eben weil man die Programmierung auch invers 
machen kann, damit der Transistor eingespart werden kann.

Autor: Fiesicker (Gast)
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Jetzthabensieihn I. schrieb:
> Die Sache mit dem "gleichzeitig Schalten über den
> Arduino zu verhindern", kannst Du knicken.
> Rechne mal damit, dass beim Einschalten oder einem
> Reset alle Pins HIGH oder LOW sein können.

Nein.

Die Pins floaten im Reset-Zustand und fungieren als Eingang und die 
Pullups sind aus.

Jetzthabensieihn I. schrieb:
> Und ein Transistor um im Programm zu sparen?
> Echt jetzt?

Echt.

Jetzthabensieihn I. schrieb:
> H-Brücke:
> Beitrag "Re: Elektrische Rollosteuerung"

Wo? Wo ist der Schaltplan?

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Fiesicker schrieb:
> Die Pins floaten im Reset-Zustand und fungieren als Eingang und die
> Pullups sind aus.

Die Boardled Pin13 flackert beim Anstecken der USB-Leitung.

Und das noch:
Beitrag "Gelöst: Arduino NANO kein Sketchupload mit VIN"

Soviel zu Theorie und Praxis.

LG
old.

Autor: Fiesicker (Gast)
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Jetzthabensieihn I. schrieb:
> Soviel zu Theorie und Praxis.

Eher: Soviel zu Effekten, die nichts miteinander zu tun haben. Ich sehe 
hier nirgendwo einen Kondensator im µF-Bereich, der von einem der 
Portpins geladen werden würde.

Aber egal -Du hast die Erfahrung, die manch Einem fehlt.

Autor: Teddy (Gast)
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Ralf schrieb:
> Bei dieser Schaltung kann das invertierte Programmieren entfallen.

Wofür soll der Transistor BD243 gut sein?

Autor: Kurt B. (kurt-b)
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Teddy schrieb:
> Ralf schrieb:
>> Bei dieser Schaltung kann das invertierte Programmieren entfallen.
>
> Wofür soll der Transistor BD243 gut sein?

Wohl für PWM

 Kurt

Autor: Norbert S. (norberts)
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Moin,

Was macht Ihr denn hier? H-Brücke aus den 70ern bauen?
Vor allem die Schaltung von Ralf ist ja gruselig.

Die Mosfets wie im ersten Beitrag sind mit 55V etwas knapp, lieber einen 
75V-Typen wählen. 2x IR2111 dran und gut.

Gruß,
Norbert

Autor: Ralf (Gast)
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Norbert S. schrieb:
> Was macht Ihr denn hier? H-Brücke aus den 70ern bauen?

Natürlich! Auch wenn der Wirkungsgrad schlechter ist. Ist doch Egal.

Norbert S. schrieb:
> 2x IR2111 dran und gut.

Und gut? Du bist gut. Wie sollen denn die MOSFETs ohne großen 
Bauteileaufwand von Schülern (Laien) vernünftig angesteuert werden, ohne 
dass die oben genannten Probleme entstehen (Treiberstufe, Totzeit, 
etc...). Für den Lehrer reichts doch erstmal und das Erfolgserlebnis 
kommt auch schneller.

Autor: Norbert S. (norberts)
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Moin,

Ralf schrieb:
> Wie sollen denn die MOSFETs ohne großen
> Bauteileaufwand von Schülern (Laien) vernünftig angesteuert werden, ohne
> dass die oben genannten Probleme entstehen (Treiberstufe, Totzeit,
> etc...).

Genau das macht doch der IR2111. Totzeit, Potentialtrennung für die 
oberen Mosfets, alles drin.
Der Eingang steuert die Mosfets komplementär an.
Was ich allerdings vergass: Geht nur mit PWM beim Highside mit simpler 
Bootstrap-Schaltung.

Gruß,
Norbert

Beitrag #5020603 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Norbert S. schrieb:
> Genau das macht doch der IR2111.

Schau Dir mal da an, wie man einen DC-Motor ansteuert:
http://www.arduino-tutorial.de/motorsteuerung-mit-...
Die Geschwindigkeit regelst Du über "Enable".
Das schont den Motor:
Beitrag "Re: Elektrische Rollosteuerung Frage zur Ansteuerung der Motoren"

Norbert S. schrieb:
> Was macht Ihr denn hier? H-Brücke aus den 70ern bauen?
> Vor allem die Schaltung von Ralf ist ja gruselig.

H-Brücken sind zeitlos. Der Ralf hat schonmal den
Enable Anschluß für die PWM. Was machst Du denn hier?
Mit einem d-Amp einen Motor ansteuern? Da wundert es
mich nicht, dass hier im Forum eine Diskrete Brücke als
zu kompliziert angesehen wird:
https://www.mikrocontroller.net/articles/H-Br%C3%B...
Beitrag "Re: Fragen zur H-Brücke die X-te"
Das habe ich über diese Seite gefunden:
http://playground.arduino.cc/Deutsch/HomePage
Darf doch nicht wahr sein!


LG
old.

: Bearbeitet durch User
Autor: Norbert S. (norberts)
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Moin,

Nee, das verstehe ich jetzt nicht:

Jetzthabensieihn I. schrieb:
> Norbert S. schrieb:
>> Was macht Ihr denn hier? H-Brücke aus den 70ern bauen?
>> Vor allem die Schaltung von Ralf ist ja gruselig.
>
> H-Brücken sind zeitlos. Der Ralf hat schonmal den
> Enable Anschluß für die PWM. Was machst Du denn hier?
> Mit einem d-Amp einen Motor ansteuern?

Klär mich mal auf.

Gruß,
Norbert

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