Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kurschluss H-Brücke?


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von Sören (Gast)


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Hallo,

die H-Brücke, die ich verwende, sieht so aus:
http://www.bristolwatch.com/ele/moshbridge/mosh7.png

Wenn jetzt Input A LOW ist gilt folgendes:
A P-Channel off
A N-Channel on

Jetzt wird Input A umgeschaltet auf HIGH:
A P-Channel on
A N-Channel off

Während des Übergangs ergibt sich so aber ein Kurzschluss der Versorung 
über die beiden Transistoren, oder?
Kann das bei dieser Topologie vermieden werden, oder muss dazu jeder 
Transistor einzeln angesteuert werden?

Danke.
Gruß
Sören

von Falk B. (falk)


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@Sören (Gast)

>die H-Brücke, die ich verwende, sieht so aus:
>http://www.bristolwatch.com/ele/moshbridge/mosh7.png

Und ist ziemlicher Mist.

>Während des Übergangs ergibt sich so aber ein Kurzschluss der Versorung
>über die beiden Transistoren, oder?

Ja, nennt sich Shoot through, cross conduction etc.

>Kann das bei dieser Topologie vermieden werden,

Nein.

>oder muss dazu jeder
>Transistor einzeln angesteuert werden?

Ja. Man braucht einen Treiber, welcher beim Umschalten eine Totzeit 
einfügt. Erst ausschalten, kurze Pause, einschalten. Das machen alles 
integrierten brücken bzw. Treiber so. Siehe H-Brücken Übersicht.

von Sören (Gast)


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Danke für die Übersicht.

Ich hab's jetzt aber nochmal umgebaut, so dass es wie auf diesem 
Schaltplan aussieht:
http://www.bristolwatch.com/k150/pics1/mosfet_hb2.png

Damit gibt es keine Kurzschlüsse mehr.
Man darf nur nicht beide Steuerleitungen A+B gleichzeitig auf Hi setzen.

Ich hoffe, das ist jetzt kein "ziemlicher Mist" mehr.

von oldeurope O. (Gast)


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Sören schrieb:
> Damit gibt es keine Kurzschlüsse mehr.

Dafür hast Du nur die 5V UGS vom Prozessor zum Ansteuern
von Q2 Q4.

Bedenke, das jedes C-MOS IC so arbeitet wie im
Startbeitrag gezeigt.
Überlege mal, unter welchen Bedingungen das geht.

LG
old.

von Sören (Gast)


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Das verstehe ich jetzt leider nicht.

Q2 und Q4 haben ein UGSth von 1.0...4.0V, das reicht dann doch bei einer 
Betriebsspannung von 5V, oder?

von der schreckliche Sven (Gast)


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Sören schrieb:
> Q2 und Q4 haben ein UGSth von 1.0...4.0V, das reicht dann doch bei einer
> Betriebsspannung von 5V, oder?

Kommt ganz darauf an, wieviel Strom fließen soll...

von Axel R. (Gast)


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Sören schrieb:
> Das verstehe ich jetzt leider nicht.
>
> Q2 und Q4 haben ein UGSth von 1.0...4.0V, das reicht dann doch bei einer
> Betriebsspannung von 5V, oder?

sollte an meinen, aber es kommt ja nun auf den Motor an, ob statischer 
Bterieb oder PWM, auf die Temperatur usw. der Drainstrom bei ugsth ist 
meist mit nur 250µA spezifiziert.
https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage

Wenn man dne Motor nur mal so ein und ausschalten will, kann man die 
erste Schaltung nehmen und gatewiederstände einfügen. Die verlangsamen 
den Durchschaltvorgang. Mit einer Diode in Sperrrichtung überbrückt, 
beschleunigt diese wiederum den Sperrvorgang. der eine FET ist damit 
schneller aus, als der ander ein ist. Zusätzlich kann man noch einen 
kleinen KOndensator vor den FET setzen, um die Sache richtig langsam zu 
machen. Aber dann muss auch der 10KΩ viiel kleiner werden, um eben 
diesen (eigentlcih nicht gewollten) KOndensator parallel zum Gate auch 
zügig zu entladen.
Ihr lest schon: übelster Murks und nur unter schwierigen Bedingungen 
überhaupt vertretbar.
Wenn schon P-Kanal und N-Kanal verfügbar, dann steuere jeden separat an.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber#Beispiele_zu_Low-Side_Treibern

Bei High-Side dann einfach die Schaltung "vertikal spiegeln" :)
StromTuner

von oldeurope O. (Gast)


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Ich meine, man muss den Strom eh irgendwie begrenzen.
Andernfalls ist die H-Brücke ja nicht kurzschlussfest.
Von daher macht auch die erste Schaltung keine Probleme.
Was bei der ersten Schaltung fehlt, Freilauf für den
Motor.

LG
old.

von Sören (Gast)


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Der Motor benötigt weniger als 100mA. Nach dem Einschalten läuft der 
Motor durchgehend. Allerdings wird alle ca. 5sec die Drehrichtung 
geändert.
Das ganze läuft bei Raumtemperatur.

Schaltung 2 läuft bisher ohne Probleme.

von oldeurope O. (Gast)


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Sören schrieb:
> bisher ohne Probleme.

Und wenn Du am Motor einen Kurzen hast?
Den Motor anhälst?

LG
old.

von Ralf L. (ladesystemtech)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Und wenn Du am Motor einen Kurzen hast?
> Den Motor anhälst?

Dann schaltet der TO einfach eine 250mA Multifuse in die 
Versorgungsleitung, das reicht völlig aus. Ein Kurzschluss passiert alle 
100 Jahre mal.

von oldeurope O. (Gast)


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Ralf L. schrieb:
> Dann schaltet der TO einfach eine 250mA Multifuse in die
> Versorgungsleitung, das reicht völlig aus.

Jo, statt der H-Brücke einen Kippschalter oder ein Relais.
Jeder macht es entsprechend seinem Kentnisstand.

LG
old.

von Papst Pilzus (Gast)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Ich meine, man muss den Strom eh irgendwie begrenzen.
> Andernfalls ist die H-Brücke ja nicht kurzschlussfest.

Ist eine einfache Methode nicht z.B. ein Strom-Meßwiderstand zw. den 
Sources der Lowside-N-Kanäler und GND?

Sören schrieb:
> Q2 und Q4 haben ein UGSth von 1.0...4.0V, das reicht dann doch bei einer
> Betriebsspannung von 5V, oder?

Nein, man muß ein gutes Stück über die Schwellenspannung hinaus 
(Schaltbetrieb + niedriger R(DS)_on).

Es gibt z.B. Logic-Level und Ultra-Logic-Level-FETs, die man mit sehr 
niedrigen Spannungen zum vollst. Durchschalten bewegen kann.

CO2 ist ihm N. schrieb:
> Jeder macht es entsprechend seinem Kentnisstand.

Wie ist denn das zu verstehen?

von oldeurope O. (Gast)


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Papst Pilzus schrieb:
> Ist eine einfache Methode nicht z.B. ein Strom-Meßwiderstand zw. den
> Sources der Lowside-N-Kanäler und GND?

Den brauchst Du sowieso. Du kannst damit feststellen
ob der Motor blockiert ist, oder ein Kurzschluss,
beispielsweise im Motorcollector, vorliegt und entsprechend
reagieren.
Bis das Resultat vorliegt und der Prozessor das verarbeitet
hat, muss die Brücke dem Kurzschluss standhalten.

Übrigens muss sie das auch bis zum Auslösen einer Sicherung
schaffen. Ich sehe nicht, dass Ihr Euch dazu Gedanken macht.

Papst Pilzus schrieb:
> Wie ist denn das zu verstehen?

So wie es da steht.

LG
old.

von Michael B. (laberkopp)


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Sören schrieb:
> Während des Übergangs ergibt sich so aber ein Kurzschluss der Versorung
> über die beiden Transistoren, oder?

Ja.
Es gibt halt viel Mist im Web.

> Kann das bei dieser Topologie vermieden werden, oder muss dazu jeder
> Transistor einzeln angesteuert werden?

Nicht einzeln, aber diagonal gegenüberliegende zusammen. Dann muss man 
nur noch verhindern, daß beide Eingänge (Linksrum und rechtsrum) 
gleichzeitig aktiv werden.
1
 +12V ---+---+-------+-------+---+
2
         |   |       |       |   |
3
        R6   |       |       |   R9
4
         |   |E      |      E|   |
5
         +--|< PNP   |   PNP >|--+
6
         |   |       |       |   |
7
         |   |       |       |   |
8
links   R7   +--|>|--+--|<|--+  R10
9
  |      |   |               |   |
10
  |      |   +------(M)--+---+   |
11
  | R1   |   |           |       |
12
 470R    |   +-----------(---+   |
13
  |      |               |   |   |
14
  |      |   +-----------+   |   |
15
  |  NPN |   |               |   | NPN  R2
16
  +-----|<   +--|<|--+--|>|--+   >|--+-470R-+-- rechts
17
  |      |E  |       |       |  E|   |      |
18
  |      +--|< NPN   |   NPN >|--+   |      |
19
  |      |   |E      |      E|   |   |      |
20
  |     R8   |       |       |  R11  |      |
21
  |      |   |       |       |   |   |      |
22
  |      +---+-------+-------+---+   |      |
23
  |                  |               |      |
24
  +--|>|-------------)-------+--|<|--+      |
25
  | 1N4148           |       | 1N4148       |
26
  >|--------1k-------)-------(--------------+
27
 E| T8      R3       |       |
28
  | BC547            +-100R-|< T7 BC547
29
  |                  |  R4   |E
30
  |                  R5      |
31
  |                  |       |
32
  +------------------+-------+---------- Masse
Ganz schöner Aufwand: Das Schöne: Das gibt es auch fertig, als IC.

von oldeurope O. (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Ganz schöner Aufwand

Ja, es gibt einfachere Möglichkeiten ein
Schaltbild zu erstellen.
http://www.talkingelectronics.com/projects/H-Bridge/images/Design20Bridge.gif
Beitrag "H-Brücke Bediensicher ?"

LG
old.

von Michael B. (laberkopp)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Ja, es gibt einfachere Möglichkeiten ein
> Schaltbild zu erstellen.

Nicht wirklich. Erstens sind die Schaltbilder falsch oder zumindest 
problembehaftet, die du verlinkst, und schneller als Markieren, Copy & 
Paste geht es kaum.

von Papst Pilzus (Gast)


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Na ja, vielleicht ist es Gewöhnungssache, aber auch ich habe
meine Probleme mit Schemata in der Ausführung. Je komplexer,
desto (schwerer zu erkennen)²...

CO2 ist ihm N. schrieb:
> Den brauchst Du sowieso.

Genau das meinte ich ja auch damit. :)

Michael B. schrieb:
> Es gibt halt viel Mist im Web.

Klar hast Du da recht.

Zum Glück hat sich Sören ja erst mal Gedanken gemacht.
Und kam nicht mit dem Plan daher, die (immer wieder beliebte)
"so-wenig-Teile-wie-nur-gehen-könnte"- H-Brücke in der Form
auch gleich (und unbedingt SO) bauen zu wollen.

Zur Erarbeitung des Verständnisses der Funktionen erst mal
mit o.g. (Sub-)Minimal-Topologie zu beginnen ist ja legitim.
Man findet heraus, was warum geht oder nicht.

von oldeurope O. (Gast)


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Papst Pilzus schrieb:
> Minimal-Topologie

Papst Pilzus schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Es gibt halt viel Mist im Web.
>
> Klar hast Du da recht.

Wenn ein Mikroprozessor mit passender Software im
Spiel ist, sieht die Welt halt anders aus.
Das was den selbsternannten Experten hier im Forum
als Murks/Mist erscheint, ist in Warheit top.

Falk B. schrieb:
> Siehe H-Brücken Übersicht.

Bringt gar nichts ohne den Prozessor und seine
Software und die Eigenschaften der Last zu berücksichtigen.
Das fehlt mir bei Euren Schaltungen und Erklärungen dazu.

LG
old.

von Michael B. (laberkopp)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Wenn ein Mikroprozessor mit passender Software im
> Spiel ist, sieht die Welt halt anders aus.
> Das was den selbsternannten Experten hier im Forum
> als Murks/Mist erscheint, ist in Warheit top.
> Bringt gar nichts ohne den Prozessor und seine
> Software und die Eigenschaften der Last zu berücksichtigen.
> Das fehlt mir bei Euren Schaltungen und Erklärungen dazu.

Dummes Geschwafel.

Die Last ist ziemlich egal, gegen induktive Lasten hat man Freilaufioden 
die man bei rein ohmschen Lasten nicht bräuchte, aber bei MOSFETs eh 
integriert sind. Wenn die Last mehr Strom zieht, als der Treiber ab 
kann, braucht man halt noch eine Strombegrenzung.

Und ob die Ansteuerung ein uC oder von woanders kommt ist auch egal, 
beim uC sollte man bedenken, daß falsche Programmierung oder nach 
Absturz amoklaufende Prozessoren auch gerne mal beide Ausgänge zugleich 
aktivieren. Hat man das beachtet, geht wenigstens nicht gleich was 
kaputt.

Die Schaltung http://www.bristolwatch.com/ele/moshbridge/mosh7.png ist 
immer Scheisse, egal welche Last, egal welcher uC,

Die Schaltung http://www.bristolwatch.com/k150/pics1/mosfet_hb2.png ist 
besser, verhindert aber keinen Überstrom und Fehlansteuerung. Durch 
IRF630 braucht sie 10V Ansteuerspannung.

Die von mir gepostete Schaltung ist betriebssicher und kommt mit 
TTL-Signalen aus. Der Aufwand ist also was wert.

von oldeurope O. (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Und ob die Ansteuerung ein uC oder von woanders kommt ist auch egal

Keineswegs, denn der Leistungsteil (H-Brücke) vereinfacht sich
dadurch sehr wesentlich.
Du nutzt das Zusammenspiel Prozessor, Brücke und Last nicht.

Deshalb kapierst Du manche Hardware nicht.
Was Du nicht verstehst, ist für Dich Murks und Mist.

LG
old.

von Michael B. (laberkopp)


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CO2 ist ihm N. schrieb:
> Keineswegs, denn der Leistungsteil (H-Brücke) vereinfacht sich
> dadurch sehr wesentlich.
> Du nutzt das Zusammenspiel Prozessor, Brücke und Last nicht.
> Deshalb kapierst Du manche Hardware nicht.
> Was Du nicht verstehst, ist für Dich Murks und Mist.

Deine Renitenz gegenüber wissenschaftlichen Erkenntnissen zeigst du ja 
schon über deinen Nick-Name.

Es mangelt dir offenbar massiv an Textverständnis, denn alles wurde 
schon geschrieben und du kommst trotzdem mit demonstrativer 
Lernresistenz an.

GERADE beim uC muss die H-Brücke Schutzschaltungen enthalten, denn 
einerseits sind die meist universellen I/O-Pins beim Einschalten(Reset) 
noch undefiniert, und andereseits kommt es immer wieder zu 
Programmfehlern.

Aber das weisst DU natürlich nicht, denn wer noch nie so ein Ding 
programmiert hat, glaubt er wäre unfehlbar und uC stürzen nie ab.

Gegen Überstrom hilft der uC sowieso nicht. Bevor der (z.B. über 
Analogkomparator oder A/D-Wandler) erkannt hat, daß zu viel Strom 
fliesst und in Folge dessen die Transistoren abschaltet, sind die schon 
kaputt. Kurzschlussbegrenzung muss direkt analog erfolgen in weniger als 
1us.

Ich WEISS, wann etwas Murks ist, denn das habe ich schon gelernt.

von oldeurope O. (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Deine Renitenz gegenüber wissenschaftlichen Erkenntnissen zeigst du ja
> schon über deinen Nick-Name.

Hä? ???
... Eigene Nasse ...

Michael B. schrieb:
> Aber das weisst DU natürlich nicht, denn wer noch nie so ein Ding
> programmiert hat

Doch, deshalb sehe ich das jetzt anders.

Michael B. schrieb:
> Gegen Überstrom hilft der uC sowieso nicht.

Bei mir schon. Der erkennt ob der Motor überlastet
oder ein Kurzschluss vorliegt und handelt entsprechend.

Michael B. schrieb:
> Bevor der (z.B. über
> Analogkomparator oder A/D-Wandler) erkannt hat, daß zu viel Strom
> fliesst und in Folge dessen die Transistoren abschaltet, sind die schon
> kaputt.

Bei mir nicht. Da lege ich grossen Wert drauf.

Michael B. schrieb:
> Kurzschlussbegrenzung muss direkt analog erfolgen in weniger als
> 1us.

Kurzschlussstrombegrenzung, na klar. Was juckt es mich da,
wenn die Transistoren in der Halbbrücke für Nanosekunden
überlappen:
Beitrag "Re: Kurschluss H-Brücke?"

Michael B. schrieb:
> sind die meist universellen I/O-Pins beim Einschalten(Reset)
> noch undefiniert

Na und? Schau mal auf die Warheitstabelle der Schaltung
im Startbeitrag (oder in meiner).

LG
old.

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