Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Fragen zu Motorentreiber


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von Mick (Gast)


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Hallo zusammen

Bin gerade dabei, einen Motorentreiber zu entwerfen. Dazu verwende ich 
vier MOSFETs (AO3409 und AO3406). Im Anhang seht ihr den Schaltplan.

Nun meine Fragen:
- Benötige ich zusätzliche Freilaufdioden?
- Funktioniert die PWM Ansteuerung so?
- Welchen Wert für den Kondensator zur Unterdrückung der 
Störausstrahlung soll ich verwenden?

Vielen Dank für eure Antworten.

von xyzb (Gast)


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Da ist doch was falsch! Also so richtig! ;)

von THOR (Gast)


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Mick schrieb:
> Im Anhang seht ihr den Schaltplan.

Das ist ein Prinzipschaltplan. Stell dir mal die Frage was passiert wenn 
der Pegel an den Gates von High nach Low wechselt und der obere FET 
anfängt zu leiten bevor der untere ganz aus ist.

Mick schrieb:
> - Benötige ich zusätzliche Freilaufdioden?

Grundsätzlich nein, bei höheren Frequenzen sind Schottkydioden 
empfehlenswert.

Mick schrieb:
> - Welchen Wert für den Kondensator zur Unterdrückung der
> Störausstrahlung soll ich verwenden?

Bei Class D Verstärkern nimmt man so um 1uF Folkos und an jedem Switch 
Node nochmal 220n nach Masse. Für nen Motortreiber kommt man bestimmt 
mit weniger hin.

von aSma>> (Gast)


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Mick schrieb:
> - Welchen Wert für den Kondensator zur Unterdrückung der
> Störausstrahlung soll ich verwenden?

Google nach Motor entstören.

Generell, man muss individuell jeden Motor mit Oszi betrachten...

H-Brücken selber zu bauen lohnt sich nicht! Suche dir hier was raus:
https://www.mikrocontroller.net/articles/H-Br%C3%BCcken_%C3%9Cbersicht

Für höhere Leistung gibt es auch dedizierte Halbbrücken-Treiber:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM#H-Br.C3.BCcke.2C_4-Quadrantensteller

von Michael B. (laberkopp)


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Mick schrieb:
> - Benötige ich zusätzliche Freilaufdioden?
> - Funktioniert die PWM Ansteuerung so?
> - Welchen Wert für den Kondensator zur Unterdrückung der
> Störausstrahlung soll ich verwenden?

Die Schaltung funktioniert nur mit bestimmten Exemplaren der MOSFETs. 
Würde der AO3409 bei -2V UGS einschalten und der MOSFET AO3406 bei 2V 
UGS einschalten, gäbe es den Bereich von 2V bis 3V Asnteuerspannung in 
dem beide Leiten und dir die Versorgungsspannung kurzschliessen.

Du müsstest Exemplare kaufen, bei denen der Wert
VGS(th) Gate Threshold Voltage -1.4 -1.9 -2.4 V
im Datenbltt zufällig dem maximalen (-)2.4V entspricht.

Auf gut Deutsch: So eine Schaltung ist Murks.

Man kümmert sich darum, daß die beiden MOSFETs auf einer Seite niemals 
gleichzeitig leiten (shooty thru).

Die Dioden reichen als Feilaufdioden.

Die 100nF sind VÖLLIG FALSCH und produziert GIGANTISCHE Störungen durch 
den Spitzenstrom mit dem er jedesmal umgeladen wird., es müsste ein 
Kondensator von VCC nach GND.

von oldeurope O. (Gast)


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THOR schrieb:
> Stell dir mal die Frage was passiert wenn
> der Pegel an den Gates von High nach Low wechselt und der obere FET
> anfängt zu leiten bevor der untere ganz aus ist.

Dann leiten halt beide, wie bei jedem cmos-Baustein.

Mick schrieb:
> - Welchen Wert für den Kondensator zur Unterdrückung der
> Störausstrahlung soll ich verwenden?

In Serie zu dem Kondensator solltest Du noch einen
Widerstand tun.

Mick schrieb:
> - Funktioniert die PWM Ansteuerung so?

Ist nicht gut für den Motor, es sei denn Du
arbeitest mit Drossel wie bei einem d-amp.

Üblicherweise stellt man mit der Brücke die
Drehrichtung. Über enable die PWM.
Dafür gibt es beim Chinamann fertige Brücken
mit zwei Steuerleitungen.

Mick schrieb:
> - Benötige ich zusätzliche Freilaufdioden?

Die im Transistor sollten ausreichen.

In meinen Blogs unter meinearduinoprojekte
findest Du ein Beispiel.
Beachte die Warheitstabelle im Schaltplan.

Einen direktlink zu meiner Seite erlaubt der
Forenbetreiber hier derzeit nicht.


LG
old.

von THOR (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> THOR schrieb:
>> Stell dir mal die Frage was passiert wenn
>> der Pegel an den Gates von High nach Low wechselt und der obere FET
>> anfängt zu leiten bevor der untere ganz aus ist.
>
> Dann leiten halt beide, wie bei jedem cmos-Baustein.

Achso, na dann. Die paar Ampere.

von oldeurope O. (Gast)


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THOR schrieb:
> Achso, na dann. Die paar Ampere.

C10 und C18 fangen das ab (wie von cmos bekannt).
Tritt nur bei Umschaltung der Drehrichtung auf,
nicht bei PWM über enable.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> In meinen Blogs unter meinearduinoprojekte
> findest Du ein Beispiel.
> Beachte die Warheitstabelle im Schaltplan.
>
> Einen direktlink zu meiner Seite erlaubt der
> Forenbetreiber hier derzeit nicht.

Anbei ein Screenshot der Darlington-H-Brücke.

Michael B. schrieb:
> es müsste ein
> Kondensator von VCC nach GND.


Das ist C18, parallel zur Brücke, Vcc --> Shunt R40
Der Entstörkondensator ist C3
R15 ist der Motor.

Michael B. schrieb:
> den Spitzenstrom

begrenzt R36

LG
old.

von Olaf (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Anbei ein Screenshot der Darlington-H-Brücke.

Die Schaltung ist im Prinzip sehr gut, wenn statt den 
Darlington-Transistoren einfache Transistoren wie BD243 und BD244 
verwendet würden. Denn die Darlingtons haben einen Spannungsabfall von 
0,7 Volt, auch dann wenn die Emitter an den jeweiligen Rails hängen.

Für Spielzeugmotoren kann eine Brücke aus dem oben gezeigten Plan 
erstellt werden (nur eine Hälfte gezeichnet). Die hat zwar auch einen 
Spannungsabfall von 0,7 Volt pro Transistor, aber die Ansteuerung ist 
deutlich einfacher.

Für stärkere Motoren können auch hier wieder die BD243 (NPN) und BD244 
(PNP) dienen, dann kann sogar noch der 1k Widerstand weggelassen werden.

Wenn Du aber unbedingt MOSFETs verwenden willst, brauchst Du einen 
Treiber (z.B. TC4427).

von oldeurope O. (Gast)


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Olaf schrieb:
> aber die Ansteuerung ist
> deutlich einfacher

Zeichne doch mal bitte die Treiberschaltung dazu,
dann wird man sehen. Bis dahin, glaube ich das nicht.
Und den Modus "freilauf" aus der Warheitstabelle
hast Du damit nicht. OK, den brauch ich auch nicht.
Ich kann noch weiter abspecken, z.B. die rechte
Halbbrücke mit der linken Halbbrücke steuern usw.

Olaf schrieb:
> statt den
> Darlington-Transistoren

Dann werden die Widerstände in der Ansteuerung,
R12, R13, R14 für die linke Brückenhälfte aber
niederohmiger. Dann würde ich doch eher die MOSFETs
nehmen wie im Startbeitrag.

Olaf schrieb:
> Die hat zwar auch einen
> Spannungsabfall von 0,7 Volt pro Transistor

Dazu kommt aber noch der Spannungsabfall am Widerstand
weil das ja Emitterfolger sind. Mal schauen wie Du das
löst mit der einfacheren Treiberschaltung.

Olaf schrieb:
> dann kann sogar noch der 1k Widerstand weggelassen werden.
R12 und R20 brauchst Du doch auch igendwie, oder?
Überrasche mich halt mal. :-)

LG
old.

von Olaf (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Überrasche mich halt mal.

Ich gebe zu, die Schaltung sieht jetzt sehr rustikal aus. Die 1k 
Widerstände können bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt auf 100 Ohm 
reduziert werden.

Eine MOSFET-Schaltung mit TC4427 als Treiber, würde ich bei einer 
Versorgungsspannung von nur 5 Volt auch bevorzugen.

von oldeurope O. (Gast)


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Danke.
Olaf schrieb:
> Ich gebe zu, die Schaltung sieht jetzt sehr rustikal aus.

Das macht gar nichts. Freihand, Eagle, Ltspice, alles ist erlaubt.

Olaf schrieb:
> Die 1k
> Widerstände können bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt auf 100 Ohm

Da verlierst Du dann bei 1A 1V @hfe=100, also 1V7 und nicht 0,7V.
Von der Enable Schaltung ganz zu schweigen.

Ich glaub' ich habe grade ein dejavue.*
Für den enable oben links würde ich einen p-Typ empfehlen.

LG
old.

*Wusste ich doch:
Beitrag "Re: H-Brücke 24V Motor"

von Olaf (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Da verlierst Du dann bei 1A 1V @hfe=100, also 1V7

Wenn der Motorinnenwiderstand wirklich nur 5 Ohm beträgt, dann hast Du 
recht. Die Schaltung war ursprünglich für 48 Volt gedacht, da machen ein 
paar Volt Verlust nichts aus.

Dann geht neben der MOSFET-Schaltung eigentlich nur noch die 
Kreuzschaltung, so wie sie damals im Fischertechnik-Computing-Baukasten 
angewendet wurde. Die ist so ähnlich wie Deine Schaltung nur ohne 
Darlingtons. Schaltplan leider nicht vorhanden.

von oldeurope O. (Gast)


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Olaf schrieb:
> da machen ein
> paar Volt Verlust nichts aus.

Jaja, aber oben hörte sich das so an, als
kämst Du näher an die Betriebsspannungschienen.

Olaf schrieb:
> Fischertechnik-Computing-Baukasten
> angewendet wurde. Die ist so ähnlich wie Deine Schaltung

Fein.

Da sind Bilder von meiner:
Beitrag "Re: Elektrische Rollosteuerung"

Noch eine Frage:
Wie macht Ihr die Kurzschlussstrombegrenzung in der
H-Brücke?

LG
old.

von Olaf (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Wie macht Ihr die Kurzschlussstrombegrenzung in der
> H-Brücke?

Da würde ich der Einfachheit halber nochmal 0,7 Volt für die Ansteuerung 
des Längstransistors verheizen (Standardschaltung).

Da hast Du schon die deutlich bessere Lösung mit Deinem 0R22 Widerstand 
(R40) gewählt.

von oldeurope O. (Gast)


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Olaf schrieb:
> Da hast Du

R13, R14, R16, R17, machen das über hfe.
Über R40 bekommt das dann der Arduino mit
und schaltet ab.
Genauer habe ich das im Blog dazu beschrieben:
http://meinearduinoprojekte.blogspot.de/2017/07/sonnenschutz-fuer-nostalgiefenster.html

Spannend wird das hier:
Beitrag "Arduino Lüfterdrehzahlsteuerung mit niederfrequenter PWM"
Da kann ich dann den Transistor selbst als Shunt nutzen.
inzwischen habe ich dafür einen funktionierenden Sketch
"luefter_006.ino"

LG
old.

CO2 ist ihm N. schrieb:
> Einen direktlink zu meiner Seite erlaubt der
> Forenbetreiber hier derzeit nicht.

jetzt wieder. :-)
Danke.

von Michael B. (laberkopp)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> h_bruecke_zu_ino029.PNG

Noch so eine kranke Schaltung. Auch hier leiten beide (bipolaren 
Darlington-)Transistoren, wenn die Ansteuerspannung auf VCC/2 steht 
während des Übergangs. Da Darlingtons schneller einschalten als 
ausschalten ist das eher noch blöder.

CO2 ist ihm N. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> den Spitzenstrom
> begrenzt R36

In der Schaltung schon, aber Freilaufdioden fehlen probehalber mal. 
Nein, das ist auch Murks, nur halt Murks mit doppelt so vielen 
Bauteilen.

Olaf schrieb:
> H-Bruecke_mit_PWM.jpg

Uff, endlich mal richtigrum. Eine 1N4007 als Freilaufiode für PWM ist 
aber zu langsam es sei denn es sind 50Hz PWM, sonst eher UF4007.

von oldeurope O. (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Freilaufdioden fehlen

CO2 ist ihm N. schrieb:
> Die im Transistor sollten ausreichen.

Michael B. schrieb:
> das ist auch Murks, nur halt Murks

@ laberkopp, nomen est omen. ;-)

LG
old.

von Chrys (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Üblicherweise stellt man mit der Brücke die
> Drehrichtung. Über enable die PWM.

Wenn man die Brücke und Motor nicht unnötig belasten möchte, wählt man 
üblicherweise one-phase chopping und lässt die Finger von Enable, ausser 
zur Strombegrenzung...
Table 1, Seite 4
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/9d/a1/02/00/8a/6c/43/1e/CD00003771.pdf/files/CD00003771.pdf/jcr:content/translations/en.CD00003771.pdf

Gruss

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