Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 1. Schaltung Mosfet Treiber


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von Max W. (maxw96)


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Hallo,
ich bin neu hier und würde mich erstmal gerne kurz vorstellen:
Ich bin Max, 21 Jahre alt und Maschinenbaustudent im 4. Semester. Ich 
hatte immer ein mehr oder weniger großes Misstrauen gegenüber Elektronik 
(Verstärkt durch die Elektrotechnik Grundlagenvorlesung im 1. Semester- 
Kirchhoff, Reihen, Parallelschaltung,...). Jetzt im vierten Semester 
hatte ich die Vorlesung elektrische Antriebssysteme(Motorarten, Basics 
zu Bipolartransistoren und Betrieb) bei einem sehr motivierten Professor 
(der Elektrotechnik auf "maschinenbauerisch" erklären konnte und mich 
inspiriert hat einen (Arduino gesteuerten) Rasenmäher zu bauen.

Es geht mir erstmal darum das das ganze funktioniert, ob es bis ans 
ultimo ausgereizt ist, ist mir erstmal egal (bzw dafür reichen meine 
Kenntnisse nicht).


Der Schaltplan soll einen Gleichstrommotor (12V, max 9A, im 
Normalbetrieb Ziel eher so um die 2 A, Datenblatt falls nötig im Anhang) 
über einen Arduino per PWM steuern. Als Transistor habe ich einen BUZ11 
ausgewählt, da er laut meiner Recherche Standard ist (war) und gut 
erhältlich ist. Jetzt steh ich vor dem Problem eines geeigneten 
FET-Treibers (IR2109?, da auch beim Conrad in Nürnberg erhältlich) und 
vor allem dem Anschluss des Treibers.
Meine Vorstellung ist ein Anschluss wie bei Wikipedia dargestellt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Gate-Treiber#/media/File:Gatetreiber_diskret_simple.PNG

Das Datenblatt (Anhang) des Treibers mit der dort dargestellten 
typischen Schaltung hat mich allerdings extrem verwirrt.
Wie schließe ich so einen Treiber denn an?

Ich hoffe ihr verzeiht mir den langen Text und die in euren Augen 
wahrscheinlich dumme Frage, aber weitere Recherche hat mich nur noch 
mehr verwirrt bzw ich weiß aufgrund fehlender Erfahrung nicht, was ich 
bei mir anwenden kann.

Viele Grüße
Max

von Christian M. (Gast)


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Hallo!

Also der BUZ11 ist völlig veraltet! Nimm einen Neueren, z.B. IRF1404, 
der ist auch genügend dimensioniert für den Anlaufstrom Deines Motors, 
der viel höher sein kann.
Du brauchst zwei solcher ICs, für jeden Transistor einen Halben.
Du kannst mit diesen Treiber-ICs keine 100% Duty-Cicle fahren, sonst 
geht die Ladungspumpe nicht mehr!
Als Anfänger würde ich ein fertiges Modul kaufen, die Ströme sind doch 
schon ein bisschen höher...

Gruss Chregu

von F. F. (foldi)


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Der ganze Titel ist irreführend.
Klar brauchst du einen Treiber für diese Fets.
Die kannst du nicht direkt mit deinem Controller ansteuern. Das ist kein 
LL-Fet.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Christian M. schrieb:
> Also der BUZ11 ist völlig veraltet! Nimm einen Neueren, z.B. IRF1404,

Den originalen BUZ11 gibt's doch schon seit ~20 Jahren nicht mehr.
Für diejenigen, die sich nicht an neue Bezeichnungen gewöhnen 
wollen/können, wird auf einen modernen Ersatztypen "BUZ11" 
draufgedruckt. Der IRF1404 ist auch schon ziemlich oll.

von Max W. (maxw96)


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Wow, vielen Dank für die Antworten. Ich habe mir deinen vorgeschlagenen 
MOSFET mal angesehen, ich glaub der is mir ein bisschen zu teuer (bei 
Conrad knappe 4€ pro Stück) So viel Geld will ich für einen Transistor 
eigentlich nicht ausgeben...
Ich würde das ganze gerne selbst bauen, wenn es geht, da es mir vor 
allem um den Lerneffekt, und nicht in erster Linie um das fertige 
Projekt geht.
Grüße
Max

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von Christian M. (Gast)


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Max W. schrieb:
> 4€ pro Stück

Mondpreis! Bei reichelt 1€25!

der schreckliche Sven schrieb:
> Der IRF1404 ist auch schon ziemlich oll.

oll = alt? Der war hochmodern und supergünstig, als ich mir den auf 
Halde legte...

Gruss Chregu

von m.n. (Gast)


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Max W. schrieb:
> Ich würde das ganze gerne selbst bauen, wenn es geht, da es mir vor
> allem um den Lerneffekt, und nicht in erster Linie um das fertige
> Projekt geht.

Dann mußt Du als Erstes lernen, 5 V und 12 V nicht wahllos zu mischen. 
Zur Ansteuerung der oberen FETs brauchst Du Gatespannungen >= 20 V.

von Jörg E. (jackfritt)


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Dein Rasenmäher soll doch bestimmt auch vorwärts, rückwärts fahren oder?
Vollbrücke?
https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM

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von der schreckliche Sven (Gast)


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Christian M. schrieb:
> oll = alt?

15 Jahre laut Datenblatt. (10/10/03).

m.n. schrieb:
> Dann mußt Du als Erstes lernen, 5 V und 12 V nicht wahllos zu mischen.
> Zur Ansteuerung der oberen FETs brauchst Du Gatespannungen >= 20 V.

Genau dafür sind ICs wie der IR2109 aber geschaffen.
Und eine Gatespannung von 12Volt ist genau richtig.

Bei "größer/gleich" 20Volt geht der Mosfet kaputt.

von Max W. (maxw96)


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Vielen Dank für die vielen Rückmeldungen. Ich seh schon, die Sache mit 
der Mosfetwahl ist gar nicht so leicht. Ich hab im Schaltplan jetzt mal 
BUZ11 o.ä. stehen, ich wähl dann wahrscheinlich nach Verfügbarkeit aus.

Jörg E. schrieb:
> Dein Rasenmäher soll doch bestimmt auch vorwärts, rückwärts fahren oder?
> Vollbrücke?
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM

Ja, ist das in meinem Schaltplan keine Vollbrücke? Damit ist doch ein 
Vorwärts/ Rückwärtslauf möglich, oder nicht?

Ich habe jetzt mal versucht den FET-Treiber mit im Schaltplan 
unterzukriegen. Ich weiß allerdings nicht, ob das ganze so stimmt, bzw 
wo die anderen Anschlüsse hinkommen...

Ich finde das etwas verwirrend. Und ich bin über ein Schaltsymbol 
gestoßen, dass mir absolut nichts sagt, bzw auch bei Wikipedia nicht 
aufgeführt ist. Was ist das:   ---)|----   laut Einheiten müsste es ein 
Kondesnator sein, aber warum das spezielle Zeichen?

Grüße

Max

von MaWin (Gast)


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Max W. schrieb:
> warum das spezielle Zeichen?

Amerikanisch.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

Du brauchst für die oberen beiden FETs eine Steuerspannung, die um etwa 
10 Volt höher als die Betriebsspannung ist. Gleichzeitig muß die 
maximale Spannung zwischen Gate und Source auf weniger als 20V begrenzt 
sein.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Bootstrapping_(Elektrotechnik)

mfG

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von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Christian S. schrieb:
> Du brauchst für die oberen beiden FETs eine Steuerspannung, die um etwa
> 10 Volt höher als die Betriebsspannung ist.
Der Grund: du brauchst zum Einschalten dieser N-Kanal-FET eine 
Gatespannung, die 10V positiver als die Sourcespannung ist.
Und jetzt denk mal drüber nach, wie die Sourcespannung der oberen FET im 
zeitlichen Verlauf aussehen wird...

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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@Max W. (maxw96)

>    Basic_Schaltplan_mit-Treibern-Versuch.png

Fail.

>der Mosfetwahl ist gar nicht so leicht. Ich hab im Schaltplan jetzt mal
>BUZ11 o.ä. stehen,

Der ist schon OK, wenn man ihn mit 10-12V ansteuert.
Alt und bewährt!

>Ja, ist das in meinem Schaltplan keine Vollbrücke?

Es soll eine sein, aber da fehlt noch viel, vor allem Know How.

https://www.mikrocontroller.net/articles/H-Br%C3%BCcken_%C3%9Cbersicht#Diskrete_H-Br.C3.BCcken

> Damit ist doch ein
>Vorwärts/ Rückwärtslauf möglich, oder nicht?

Ja, aber nur, wenn man es richtig macht.

>Ich habe jetzt mal versucht den FET-Treiber mit im Schaltplan
>unterzukriegen. Ich weiß allerdings nicht, ob das ganze so stimmt, bzw
>wo die anderen Anschlüsse hinkommen...

Fail.

Warum versuchst du nicht, Fertige Beispielschaltungen aus den 
Datenblättern  bzw. Application Notes zu nutzen? Die funktionieren 
meist.

>Ich finde das etwas verwirrend. Und ich bin über ein Schaltsymbol
>gestoßen, dass mir absolut nichts sagt, bzw auch bei Wikipedia nicht
>aufgeführt ist. Was ist das:   ---)|----   laut Einheiten müsste es ein
>Kondesnator sein, aber warum das spezielle Zeichen?

Weil es ein polarer Kondensator ist, bei dem man die Polung beachten 
muss.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Elektrolyt-Kondensator

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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: Bearbeitet durch User
von Max W. (maxw96)


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Puh, ok, vielen Dank, ich hab gedacht, dass das mit meinen aktuellen 
Kenntnissen einigermaßen machbar ist. vielleicht nehm ich für die 
Antriebsmotoren doch lieber fertige Treiber (für 2,8A habe ich einen (in 
meinen Augen geeigneten) gefunden (9A wären ohne induktive Gegenspannung 
d Motors, ich denke ich fahre die PWM dann beim Anlaufen langsam hoch, 
um nicht über die 2,8A zu kommen). Vielleicht probier ich mich fürn 
Anfang lieber an einem einquadrantensterrer fürs Mähmesser.
Jetzt sind aber erstmal noch ein paar Prüfungen, ich mach danach weiter.
Auf jeden Fall vielen Dank für eure zahlreichen Antworten.
Max

von Michael B. (laberkopp)


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Max W. schrieb:
> Ich habe jetzt mal versucht den FET-Treiber mit im Schaltplan
> unterzukriegen. Ich weiß allerdings nicht, ob das ganze so stimmt, bzw
> wo die anderen Anschlüsse hinkommen...

Du meinst, du lässt mal eben alles weg was du nicht verstehst,
es wird schoin überflüssig sein ?

Nimm doch die Beschaltung aus dem Datenblatt, die machen das doch nicht 
ohne Grund.

Der Treiber hat doch LO und HI Ausgänge um untere und obere MOSFETs 
steuern zu können. Du wolltest Draht sparen, und nutzt LO einfach nicht 
sondern klemmst HI auch an die unteren. Wie kommt man auf so eien 
abstruse Idee ?

Der Treiber hat VB, damit er eine Spannung ca. 15V positver als VCC 
erzeugen kann zur Ansteuerung des oberen MOSFETs. Das kann er aber nur, 
wenn der Pin auch mit den Bauteilen beschaltet wird, die im Datenblatt 
stehen. Auch Vs möchte beschaltet werden.

von M. K. (sylaina)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Christian M. schrieb:
>> oll = alt?
>
> 15 Jahre laut Datenblatt. (10/10/03).

Also noch recht neu, 15 Jahre sind ja nix. ;)

der schreckliche Sven schrieb:
> Bei "größer/gleich" 20Volt geht der Mosfet kaputt.

Kommt drauf an wo das Source-Potential liegt. Es wurd ja nur von 
Gatespannung gesprochen, nicht von Gate-Source-Spannung ;)

von Max W. (maxw96)


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Hallo,
jetzt habe ich wieder Zeit für mein Projekt.
Auf euren Rat hin werde ich wohl doch einen IC (L6205; habe keinen 
Doppelten H-Brückentriebr mit mehr Outputstrom gefunden; schlussendlich 
auch eine Geldfrage) verwenden. Der max. Strom beträgt 2,8A; der 
Anlaufstrom meines Motors beträgt 9,4A.
Was passiert denn beim Abschalten meines Motors? Laut Datenblatt sind 
bereits Freilaufdioden integriert. Reichen die? Oder muss ich da 
softwareseitig was beachten (PWM Tastverhältnis langsam verringern?)?

Und ich hätte an den IN-PINS (Schaltplan im IC-Datenblatt Seite 9, mit 
dem empfohlenen Werten in der Tabelle oben drüber) noch je einen 
Pulldown_Widerstand eingelötet. Nehme ich da am besten die üblich 
empfohlenen 10kOhm, oder in Anlehnung an die intern im Arduino verbauten 
ca 50kOhm).

Nach meinem (beschränkten) Wissen hätte ich auch bei Enable A & B 
Pulldownwiderstände eingelötet, ich weiß aber nicht, wo (links von CENA, 
oder rechts von RENA, oder ist das eher unwichtig?)

Und wie steuert man so einen IC normalerweise an? Die Logiktabelle ist 
bekannt, aber an welchen Eingang kommt mein PWM-Signal? Ich hätte es an 
je einen der IN-PINS gelegt, oder liege ich da falsch?
Und nochmals vielen Dank für die bisherigen Antworten!
Max

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wenn es dir nichts ausmacht, 2 P-Kanal und 2 N-Kanal MOSFet zu 
verwenden, reicht evtl. die H-Brücke aus meiner Servoelektronik:
Beitrag "Re: RC-Servoelektronik für DC-Motor"

Dazu noch 2 Kleinsignal NPN und fertig. Macht locker 9A.

von Äxl (geloescht) (Gast)


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Lass das mit dem L6205  das ist zu klein, das Teil...

Warum nimmst Du nich die gegebenen Hinweise als allgemeingültig und 
hangelst dich dort entlang?
http://tahmidmc.blogspot.com/2013/01/using-high-low-side-driver-ir2110-with.html

von Max W. (maxw96)


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Danke für die super schnellen Antworten !
meine normale Betriebslast (Anfahren am Hang (15°), überschlägig 
Lagerreibung berücksichtigt; Situation gerade ohne 
Beschneunigungsvermögen, gerechnet mit einer Masse von 4kg (Akku+Motoren 
entspricht ca 1,1kg)) liegt bei etwa 0,436Nm -> ca 1,07A.
Der IC sollte locker reichen, aber bei den elektrischen Fragen bräuchte 
ich eure Hilfe.
Der Rasenmäher ist mein Einstiegsprojekt, mir fehlen dazu noch die 
Kenntnisse kompliziertere Schaltungen anzupassen. Ich habe vor mir diese 
Kenntnisse nach und nach in Projekten anzueignen. Das jetzige Thema ist 
der Umgang (abgesehen von Blinkbeispielen) mit dem Arduino, und die 
Scheu vor Elektrotechnik zu verlieren.

von Max W. (maxw96)


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Hallo,
ich habe jetzt den Schaltplan mal in TinyCAD umgesetzt (Die Anschlüsse 
sind nicht nach Norm, aber anschaulich.
Ist der so in Ordnung?
Ich weiß, dass der Verpolschutz mit Mosfet besser zu lösen ist, aber ich 
hätte aus optischen Gründen gerne eine Sicherung drauf (und eigentlich 
hat der Stecker ja schon einen Verpolschutz).
Sind die Pull-down Widerstände an dieser Stelle so richtig? Welchen Wert 
würdet ihr da nehmen? 10kOhm, oder lieber etwas größer?
Und was haltet ihr von IC Fassungen mit integrierten 
Abblockkondensatoren?
Bzw kann ich jede Fassung mit 20 Pins für meinen L6205N nehmen? Sind die 
Pinbelegungen (den Abblockkondensator betreffend) genormt?
Max

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