Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Auslegung einer Mosfet H-Bridge für Motoransteuerung.


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von Sebastian F. (bettersebo)


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Sehr geehrte Experten/innen,

In Folge eines Schulprojekts möchte ich ein ferngesteuertes Auto selber 
bauen. Dafür soll ein Kontroller und eine Platine, welche einen 
Brushed-DC Motor ansteuert, entwickelt werden.

Kommunikation erfolgt über zwei ESP32. Der Drehrichtung des Motors soll 
umkehrbar sein und die Geschwindigkeit soll über PWM regulierbar sein.

Deswegen habe ich mir dazu entschieden, wie im Beitrag 
(https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM#H-Br%C3%BCcke,_4-Quadrantensteller) 
beschrieben, einen 4-Quadrantensteller zu entwerfen.

Schwierig macht dies die niedrige Versorgungsspannung (7.7V) und das 
kleine PWM Signal vom ESP32 (3.3V max).

Hab mit dem minderwertigen Equipment und das wenige Wissen welche ich 
besitze diese Schaltung (siehe Anhang) angefertigt. Diese funktioniert 
jedoch nur semi. Der Motor dreht zwar, aber die Verlustleistung ist 
enorm. Der Motor, mit dem ich es teste, nimmt im Leerlauf bei 7V 
ungefähr 200mA. Die Schaltung nimmt jedoch ingesamt 2.5A auf. Dh. ~2.25A 
wird an den Mosfets direkt in Hitze ungeformt.

Laut Datenblatt sollte ja der IRLZ44N und der NDP6020p mit einer so 
geringen threshold spannung klarkommen, oder? Jedenfalls kann ich den 
Motor mit nur einem Mosfet ein bzw. ausschalten, indem ich das Gate auf 
+3.3V bzw. 0V lege. Dann fällt auch keine/fast keine Verlustleistung am 
Mosfet an.

Glaube ja es liegt daran, dass der P-Channel Mosfet und N-Channel Mosfet 
beim ein, bzw. Ausschaltvorgang kurzzeitig gleichzeitig an sind. Jedoch 
kann ich das nicht beweisen. Dachte mir aber, wenn ich praktisch einen 
Driver für den P-Channel, aus den gleichen N-Channel Mosfet, baue, dass 
der Einschalt und Ausschaltvorgang zeitgleicher sind.

Die H-Bridge soll jetzt nicht nur für Leerlauf ausgelegt werden. Laut 
Herstellerangabe nimmt der Motor bei max. Leistungsaufnahme bei 6V einen 
Strom von 4.5A auf. Also sollte mindestens für 6A ausgelegt werden.

Es wäre echt sehr hilfreich, wenn jemand mir aushelfen könnte. Habe 
leider zu wenig Erfahrung damit, eigentlich keine. Nur die, die ich den 
letzten Tagen gesammelt habe durch ständiges Probieren. Das Ganze ist 
Teil eines Schulprojekts, hab meinen Werkstättenlehrer bereits gefragt, 
jedoch kann dieser mir auch nicht weiterhelfen. Werde nicht im Zweig 
Elektronik unterrichtet.

Mit freundlichen Grüßen,
Sebastian

: Verschoben durch Moderator
von MaWin (Gast)


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Du hast bei den NDP links und rechts verwechselt.

Aber selbst wenn du das korrigierst: Nein, der IRLZ ist bei 3.3V nicht 
voll durchgesteuert.

Wähle passendere MOSFETs, wie IRF3708 (falls es das unerträgliche TO220 
Gehäuse sein muss) oder welche in SO8 oder fertige Brücken wie TA6586.

Bedenke, dass weder der Leerlaufstrom noch der Volllaststrom relevant 
sind, sondern der Anlaufstrom=Blockierstrom des Motors für die Auslegung 
der Brucke. Messen oder Betriebsspannung/Motorinnenwiderstand rechnen.

Deine Widerstände sind auch nicht so geschickt dimensioniert. Die 10k 
machen das Umschalten langsam, die 100R müssten vor jeden MOSFET einzeln 
sonst verharrt der eine auf dem Miller-Plateau des anderen, und wenn 
beide Ausgänge gleichzeitig einschalten, hast du vollen Kurzschluss

https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25

von Sebastian F. (bettersebo)


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Beitrag "Re: Auslegung einer Mosfet H-Bridge für Motoransteuerung."

Danke für die Antwort!

Also hab den "Blockierstrom", indem ich die Welle belastet habe, sodass 
Drehzahl gleich 0, gemessen. Das ergab rund 2.9A.

Anstatt des IRLZ44N hätte ich gerade mehrere IRLZ34N da, welche laut 
Datenblatt sowieso besser geeignet sind, zumindest ist die threshold 
Spannung niedriger.

Anstatt den 10k Widerstand, wäre ein 1k oder noch geringer besser, oder?

Würden Sie sagen, dass die momentan aufkommende Verlustleistung 
hauptsächlich durch das nicht durchschalten des N-Channel Mosfets 
kommen, oder durch die zeitliche Verschiebung der Schaltung vom P und 
N-Channel Mosfet? Im Allgemein erwärmt sich nämlich hauptsächlich der 
P-Channel Mosfet.

Was verstehen Sie unter links und rechts vertauscht?

Dass die beiden PWM-Ausgänge nicht zeitgleich aktiv sind, wurde Software 
Technisch einprogrammiert, hardwaremäßig gibts da keine Absicherung.

lg und danke,
Sebastian

: Bearbeitet durch User
von Achim S. (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> Was verstehen Sie unter links und rechts vertauscht?

du hast jeweils p- und n-Kanal auf einer Seite der Brücke gleichzeitig 
aktiv - du versuchst quasi die Versorgung kurzschließen.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Achim S. schrieb:
>> Was verstehen Sie unter links und rechts vertauscht?

Hm. So ist ja jedoch fast jede H-Bridge Schaltung im Internet aufgebaut, 
oder? Hab mir selbst schon immer gefragt wie das überhaupt funktioniert 
soll, kam mir immer schon etwas spanisch vor. Weil ein P-Channel Mosfet 
ja zwischen Drain und Source nicht leitend wirkt, nur weil keine Vgs 
angelegt ist. Wie im Video jedoch erzählt wird.

Siehe z.B
https://www.youtube.com/watch?v=yk7Z6NxMQmY

von Achim S. (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> So ist ja jedoch fast jede H-Bridge Schaltung im Internet aufgebaut,
> oder?

nein: die Anstellung von linken und rechten pFET muss getauscht werden. 
wenn der nFet links aktiv ist, muss der pFet rechts aktiv sein. bei dir 
sind pFet und nFet links gleichzeitig aktiv.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Achim S. schrieb:
> nein: die Anstellung von linken und rechten pFET muss getauscht werden.
> wenn der nFet links aktiv ist, muss der pFet rechts aktiv sein. bei dir
> sind pFet und nFet links gleichzeitig aktiv.

Ich verstehe nicht ganz. Das beudetet also die Schaltung, welche im 
Video gezeigt wird ist falsch..?
https://www.youtube.com/watch?v=yk7Z6NxMQmY bei Zeitstempel: 2:45.

In meinen Fall spezifisch, nochmals referierend zu dem Schaltplan vom 
Ursprungsbeitrag, müsste ich die Schaltung so umkonfigurieren, dass 
PWM-1 indirekt das Gate vom rechten p-Channel Mosfet ansteuert, und 
PWM-2 indirekt das Gate vom linken Mosfet ansteuert, oder?

lg
Sebastian

von Michael B. (laberkopp)


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Sebastian F. schrieb:
> Das beudetet also die Schaltung, welche im
> Video gezeigt wird ist falsch..?

Die Schaltung ist völlig anders als deine, hat 2 MOSFETs weniger.

Sie ist zumindest minderwertig, weil der shoot thru, das Kurzschliessen 
der Versorgungsspannung während des Umschaltens, stark von der UGS(th) 
der MOSFETs und der Versorgungsspannung abhängt und kann nicht mit 3.3V 
angesteuert werden.

Deine Schaltung wäre besser, wenn sie richtig wäre.

Aber auch ihr fehlt eine Menge, was eine gute H-Brücke ausmacht: Keine 
Verhinderung gleichzeitiger vorwärts/rückwärts Aktivierung, keine hohe 
PWM Frequenz möglich, kein Überstromschutz und natürlich kein 
Übertemperaturschutz.

von Achim S. (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> Das beudetet also die Schaltung, welche im
> Video gezeigt wird ist falsch..?
> https://www.youtube.com/watch?v=yk7Z6NxMQmY bei Zeitstempel: 2:45.

Nein: die Schaltung im Video ist vom Prinzip her richtig. Aber deine 
Schaltung ist falsch.

Sebastian F. schrieb:
> In meinen Fall spezifisch, nochmals referierend zu dem Schaltplan vom
> Ursprungsbeitrag, müsste ich die Schaltung so umkonfigurieren, dass
> PWM-1 indirekt das Gate vom rechten p-Channel Mosfet ansteuert, und
> PWM-2 indirekt das Gate vom linken Mosfet ansteuert, oder?

Wenn du pFET und nFET beide mit der PWM betreiben willst, dann muss die 
Verbindung so sein, wie im Anhang. (Dass die Schaltung dann trotzdem 
nicht dolle wäre, wurde ja schon beschrieben).

von Sebastian F. (bettersebo)


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Achim S. schrieb:
> Nein: die Schaltung im Video ist vom Prinzip her richtig. Aber deine
> Schaltung ist falsch.

Danke für deine Mühe. Immerhin weiß ich jetzt, dass ich es die ganze 
Zeit falsch gemacht habe. Morgen werde ich dann versuchen diese 
Schaltung mit dem IRFZ34N einmal auf ein Breadboard zu stecken und 
testen. Natürlich mit den veränderten Widerstandswerten.
Sehe zwar noch immer nicht wo genau der Unterschied im Video und der 
Schaltung, welche ich gezeichnet habe liegt, weil da ist ja auch das 
gleiche PWM Signal anliegend für eine Reihe an Mosfets.
Jedenfalls macht das Ganze nach ihrer Schaltung viel mehr Sinn. Habe es 
davor nämlich nie ganz verstanden. :)

Michael B. schrieb:
> Aber auch ihr fehlt eine Menge, was eine gute H-Brücke ausmacht: Keine
> Verhinderung gleichzeitiger vorwärts/rückwärts Aktivierung, keine hohe
> PWM Frequenz möglich, kein Überstromschutz und natürlich kein
> Übertemperaturschutz.

Habe aktuell keine Ahnung, wie ich irgendeine dieser Funktionen 
umsetzte. Habe mich dazu aber auch noch nicht wirklich informiert. 
Inwiefern ist mit der Aussage "keine hohe PWM" zu verstehen. Wegen der 
Kapazität und der Ladezeit? Momentan möchte ich mit 5kHz Schalten, aber 
kann auch heruntergehen, schätze mal dem Motor macht das keine Umstände.

lg Sebastian

: Bearbeitet durch User
von Veit D. (devil-elec)


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Hallo,

Tipp. Nimm 2 fertige Halbbrücken ICs was zudem die Platinengröße 
schrumpfen lässt inkl. aller integrierten Sicherheitsmaßnahmen. Im 
Datenblatt sollte es Schaltungs- und Layoutvorschläge geben. 
Einzelaufbau macht nur zu reinen Demozwecken Sinn.

von foobar (Gast)


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> Sehe zwar noch immer nicht wo genau der Unterschied im Video und der
> Schaltung, welche ich gezeichnet habe liegt,

Du hast einen zusätzlichen Inverter für den pMOSFET eingebaut.  Wenn ein 
PWM-Signal high ist, sind alle 3 MOSFETs auf dessen Seite 
durchgeschaltet und produzieren einen Kurzschluß.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Sebastian F. schrieb:
> Sehe zwar noch immer nicht wo genau der Unterschied im Video und der
> Schaltung, welche ich gezeichnet habe liegt
Im Anhang findest du 1:1 die Schaltung im Video plus einem zusätzlichen 
Inverter für die Anpassung der 3,3V an die 7,7V. Dass die Gates der 
Endstufen-Fets auf jeder Seite direkt miteinander verbunden sind, das 
ist der Unterschied. Und dass im Video 1k statt deiner 10k verwendet 
werden.

Der erste Schritt sollte immmer sein, genau die selbe Schaltung 
nachzubauen. Und dann, wenn man sie tatsächlich eingehend verstanden 
hat, die nötigen Änderungen anzubringen.
Wenn du von vorn herein von der Versorgung über die Last bis hin zu der 
eigentlichen Schaltung un deren realem Aufbau (Steckbrett vs. 
Lochraster) alles änderst, dann solltest du dich nicht wundern, warum 
sie anders tut als in der Vorlage.

Sebastian F. schrieb:
> auf ein Breadboard zu stecken
Sebastian F. schrieb:
> rund 2.9A.
Diese beiden Angaben passen nicht zusammen.
So ein Steckbrett taugt bestenfalls im 100mA-Bereich.

Veit D. schrieb:
> Tipp. Nimm 2 fertige Halbbrücken ICs
Oder 1 fertige Vollbrücke. Das ist sicher das Beste.

Sebastian F. schrieb:
> Habe mich dazu aber auch noch nicht wirklich informiert.
Der Witz an den einfachen Lehrbuchschaltungen mit wenigen Bauteilen ist, 
dass sie krumme Krücken sind, die zwar theoretisch (und in YT Videos mit 
klitzekleinen Motörchen an mickrigen Steckernetzteilen und 
schlimmstenfalls sogar auf Steckbrettern) funktionieren, aber in der 
Praxis richtigen Motoren und richtigen Strömen lustige Probleme bringen 
werden. Man kann das natürlich auch als "Lernerfolg" verbuchen.

Oder anders: diese billige Schaltung taugt evtl. dazu, ganz ohne PWM so 
einen Motor mit eine Schalthäufigkeit von 10x pro Minute mal vorwärts 
und mal rückwärts laufen zu lassen. Aber die Schalthäufigkeit bei PWM 
ist gut 10000 mal höher und damit kommen ganz neue Probleme auf, die 
weitere Bauteile (Stichworte: Freilaufdioden und 
Zwischenkreiskondensator) und eine definierte Ansteuerung der 
Endstufentransistoren (Stichwort: Totzeit) brauchen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Michael B. (laberkopp)


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Sebastian F. schrieb:
> Morgen werde ich dann versuchen diese
> Schaltung mit dem IRFZ34N einmal auf ein Breadboard zu stecken

Breadboards sind nicht wirklich für 5A.

> Sehe zwar noch immer nicht wo genau der Unterschied im Video und der
> Schaltung, welche ich gezeichnet habe liegt

Uff, du bist schon extrem merkbefreit.

> Habe aktuell keine Ahnung, wie ich irgendeine dieser Funktionen
> umsetzte.

Tja, du merkst also daß der Weg zur Elektronik noch weit ist. 
Schaltungen, die einfach und simpel aussehen, sind halt oftmals mit 
Vorsicht zu geniessen.

> Inwiefern ist mit der Aussage "keine hohe PWM" zu verstehen.


Keine hohe Frequenz, wegen der 10k und den grossen MOSFETs.

> Momentan möchte ich mit 5kHz Schalten,

Kann gehen, führt aber zu Verlusten in den MOSFETs.

> aber kann auch heruntergehen, schätze mal dem Motor macht das keine Umstände.

Die meisten Motoren arbeiten gut mit 100Hz, sind schliesslich mechanisch 
träge.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Lothar M. schrieb:
> Im Anhnag findest du 1:1 die Schaltung im Video plus einem zusätzlichen
> Inverter für die Anpassung der 3,3V an die 7,7V. Dass die Gates der
> Endstufen-Fets auf jeder Seite direkt miteinander verbunden sind, das
> ist der Unterschied.

foobar schrieb:
> Du hast einen zusätzlichen Inverter für den pMOSFET eingebaut.  Wenn ein
> PWM-Signal high ist, sind alle 3 MOSFETs auf dessen Seite
> durchgeschaltet und produzieren einen Kurzschluß.

Danke, ja wie konnte ich nur so blöd sein. Ja jetzt ist es klar. Habe es 
jetzt zwar noch nicht am Breadboard probiert, glaub aber, dass es 
trotzdem nicht rund und verlustarm laufen wird. Hab leider auch nichts 
anderes als ein Breadboad, keine Lochraster oder sonstiges. Die müsste 
ich erst wieder nachkaufen, was nicht sofort möglich ist. Breadboards 
sind meine einzige Möglichkeit das momentan zu testen, vor allem da 
Programme wie Multisim die Mosfets, die ich benötige (NDP6020p) nicht 
simulierbar sind.

Lothar M. schrieb:
> Oder 1 fertige Vollbrücke. Das ist sicher das Beste.

Ja, glaube auch. Muss sowieso die eigentliche Platine komplett 
umdesignen, auch wenn die ursprüngliche H-Bridge bestehen bleiben würde. 
Die Platine hab ich damals schon vor nem Jahr mal in der Schule 
angefertigt, ohne irgendwelche Mosfet-Driver, ohne zu wissen, dass man 
etwas Vgs beachten muss... . Hat zwar funktioniert, aber mit mehr Glück 
als Verstand, und nach 5min Fahren hätte man die Mosfets auch als 
Raumheizung verwenden können. D.h. muss sowieso neu gemacht werden.
Suche schon nach einem Full-Bridge Motordriver, aber hab halt auch 
ziemlich hohe Ansprüche. Geringe Versorgungsspannung, ungefähr 7A Output 
max, bidirektional und mit PWM steuerbar. Hab bis jetzt noch keinen 
passenden gefunden.

Lothar M. schrieb:
> Diese beiden Angaben passen nicht zusammen.
> So ein Steckbrett taugt bestenfalls im 100mA-Bereich.

Ja, passen sie auch nicht. 2.9A sind zu wenig. Hab jetzt nochmal 
nachgemessen, mit Spannungsversorgung die nicht einbricht, und hab 7A 
gemessen (bei Drehzahl gleich 0).

lg und danke für die Antworten,
Sebastian

: Bearbeitet durch User
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Hier habe ich mal so eine H-Brücke mit diagonal angesteuerten MOSFets 
realisiert:
Beitrag "Re: RC-Servoelektronik für DC-Motor"

Der Tiny gibt für jede Drehrichtung jeweils nur ein PWM Signal auf die 
Brücke, das andere ist jeweils inaktiv low.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Matthias S. schrieb:
> Hier habe ich mal so eine H-Brücke mit diagonal angesteuerten MOSFets
> realisiert:
> Beitrag "Re: RC-Servoelektronik für DC-Motor"
>
> Der Tiny gibt für jede Drehrichtung jeweils nur ein PWM Signal auf die
> Brücke, das andere ist jeweils inaktiv low.

Danke für die Antwort. Ich weiß nicht, inwiefern ich diese Schaltung 
übernehmen kann. Da der IRLZ44N direkt mit dem PWM Ausgang vom tiny 
verbunden sind, nehme ich mal an, dass das PWM-Signal eine Spannungshöhe 
von 5V hat. Ich hab leider nur 3.3V;
Weiters bin ich bei der Versorgungsspannung auf 7.7V limitiert. Diese 
bekomme ich von einem 2S Lipo Akku, und sie meinen ja im Post, dass der 
Spannungsbereich zwischen 9 und 18V liegt.

lg
Sebastian

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


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Sebastian F. schrieb:
> dass der
> Spannungsbereich zwischen 9 und 18V liegt.

Die Versorgungsspannung muss so hoch sein, das sie den Highside P-Kanal 
voll durchsteuert, das ist wahr. Es geht hier auch eher ums Prinzip der 
diagonal angesteuerten Endstufen.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Ja danke! Wie ich die Mosfets ansteuere sollte jetzt klar sein.
Weil viele Antworten fertige Half- oder Fullbridges vollschlagen, habe 
ich mal danach geschaut, aber keine wirklich passende gefunden,

Folgende Anvorderungen habe ich:
Versorgungsspannung: 7.7V
Motorspeed mit PWM ansteuern
Bidirektional, also Links und Rechtslauf
Max. Strom von 7A

Leider kann ich sowas nicht finden. Habe nur die IFX007T Half-Bridge 
gefunden. Diese ist jedoch derzeit nicht in Europa Kaufbar...

Mit freundlichen Grüßen,
Sebastian

von Siegfried (Gast)


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Deine FETs bzw. dein Motor werden sicherlich lustige Effekte zeigen, 
wenn der Controller seine Ausgänge hochohmig schaltet und die 
Gatespannung dann undefiniert ist ;)

Wie wäre es mit jeweils einem Widerstand nach GND an den 
Eingangs-MOSFETs?

von Sebastian F. (bettersebo)


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Aus den Verbesserungsvorschlägen habe ich mal diese Schaltung (siehe 
Anhang) entworfen und auch am Breadboard, mit kleinerem Motor, getestet.

Sobald das PWM Signal, welches mal Testweise auf 500Hz reduziert wurde, 
anliegt, wird mir an meinem Netzteil eine Stromaufnahme von 1.5A 
angezeigt, viel zu hoch für den kleinen Motor, der ohne Schaltung im 
Leerlauf max. 100mA aufnimmt. Bei 1.5A ist dann die Überstromgrenze vom 
Netzteil erreicht, nehme jedoch an, dass der Strom noch weiter steigen 
würde.

Der Motor dreht sich garnicht, keine einzige Umdrehung, also der ganze 
Strom fließt wird an den Mosfets in Wärme umgewandelt. Gibts irgendeinen 
Fehler an der Schaltung? Sollte mit der Schaltung eigentlich zumindest 
der Motor drehen? Sonst hab ich mich irgendwo beim Stecken geirrt.

Hab auch grob durchgemessen, kann auch gerne noch mehr messen, aber der 
Treiber-Mosfet für die P-Channel Mosfets schalten. Man kann schön 
erkennen, wie die Spannung am Gate von den P-Channel-Mosfets von 
ursprünglich 7.7V runter auf ~0.5V geht.

Mit freundlichen Grüßen
Sebastian

von Achim S. (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> Sobald das PWM Signal, welches mal Testweise auf 500Hz reduziert wurde,
> anliegt, wird mir an meinem Netzteil eine Stromaufnahme von 1.5A
> angezeigt,

dann hat du einen Fehler in deinem Aufbau. Evtl. ein Kurzschluss im 
breadbord, evtl. ein Transistor verpolt,...

zeig Mal deinen Aufbau und/oder deine Messungen.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Achim S. schrieb:
> dann hat du einen Fehler in deinem Aufbau. Evtl. ein Kurzschluss im
> breadbord, evtl. ein Transistor verpolt,...

Ja, habe bereits einen gefunen. Habe Source und Drain bei den P-Channel 
Mosfets vertauscht. Habe ich geändert, und siehe da: der Motor dreht in 
beide Richtungen. Verlustarm ist jedoch etwas anderes.

Am Motor selbst liegen sicher keine 7V an, dafür ist die Drehzahl viel 
zu gering.

Achim S. schrieb:
> zeig Mal deinen Aufbau und/oder deine Messungen.

Messen kann ich nicht viel, hab Angst das ganze Ding abzufackeln. 2.5A 
ist dann doch etwas zu viel für so ein Breadboard, und meine Jumperkabel 
haben jetzt auch keinen großen Querschnitt.
Beim Aufbau finde ich derzeit auch keinen Fehler mehr, jetzt sollte 
eigentlich alles passen. Ich kann die Schaltung schon schicken, jedoch 
glaube ich kaum, dass über ein Foto etwas zu erkennen ist. Ist alles 
ziemlich ungenau gesteckt, mit dem was ich gerade zu Verfügung hatte. 
Hab aber darauf geachtet, dass die Halbbrücken symmetrisch zueinander 
sind.

: Bearbeitet durch User
von Xerxes (Gast)


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Hats du eine Totzeit in der Software eingebaut?

von Sebastian F. (bettersebo)


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Xerxes schrieb:
> Hats du eine Totzeit in der Software eingebaut?

In welcher Form hätte ich das einbauen sollen? Dachte Totzeit wäre dann 
relevant, wenn ich jeden Mosfet einzelnt ansteuern würde, also mit einem 
extra PWM-Signal. Jedenfalls wird viel Strom, auch wenn ich 100% 3.3V an 
einem PWM-Signal und Ground am Anderen (siehe. Schaltung) anschalte. 
Dann sollten Faktoren wie Totzeit ja eigentlich egal sein und die 
Mosfet, die angesteuert werden, sollten eigentlich garantiert 
durchschalten/nicht durschalten.

lg

von Esmu P. (Firma: privat) (max707)


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Sebastian F. schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> dann hat du einen Fehler in deinem Aufbau. Evtl. ein Kurzschluss im
>> breadbord, evtl. ein Transistor verpolt,...
>
> Ja, habe bereits einen gefunen. Habe Source und Drain bei den P-Channel
> Mosfets vertauscht. Habe ich geändert, und siehe da: der Motor dreht in
> beide Richtungen. Verlustarm ist jedoch etwas anderes.
>
> Am Motor selbst liegen sicher keine 7V an, dafür ist die Drehzahl viel
> zu gering.
>
Wieso?
> Achim S. schrieb:
>> zeig Mal deinen Aufbau und/oder deine Messungen.
>
> Messen kann ich nicht viel,

warum?

von Achim S. (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> In welcher Form hätte ich das einbauen sollen?

Bei der Schaltung im Video wäre die Totzeit ein Thema gewesen, weil die 
beiden Transistoren in einem Brückenzweig abwechselnd angeschaltet 
werden. (Und dort gab es keine angemessene Totzeiteinstellung).

Bei deiner letzten Schaltung ist Totzeit kein Thema, weil zwei deiner 
Transistoren ständig ausgeschaltet sind (z.B. links oben und rechts 
unten), während die beiden anderen Transistoren im Takt der PWM 
gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden (links unten und rechts 
oben).

Damit unterscheiden sich die Schaltungen aber auch im Verhalten während 
der off-Phase der PWM: bei der Schaltung im Video herrschte während der 
off-Phase Freilauf (d.h. der Strom floss annähernd gleichbleibend 
weiter). In deiner Schaltung sind in der off-Phase alle Transistoren 
ausgeschaltet. Da der Strom in der Motorinduktivität trotzdem weiter 
fließt, sucht er sich den Weg über die Substratdioden der ständig 
ausgeschalteten FETs und speist ins die Versorgung zurück. Also:
- während der on Phase wird über die FETs links unten und rechts oben 
Strom im Motor aufgebaut
- während der off-Phase wird über die FETs links oben und rechts unten 
Strom im Motor abgebaut und die damit verbundene Energie in die 
Versorung zurückgespeist.
Das führt zu einem viel schnelleren Stromabbau (dementsprechend heißt 
dieser Betriebsmode auch "fast decay"), und du musst wesentlich größere 
Tastgrade einstellen als beim Freilauf.

Damit das Rückspeisen funktioniert muss die Versorgung auch in beide 
Richtungen niederohmig sein. D.h. der Akku muss mit kurzen, 
niederimpedanten Leitungen an den Treiber angebunden sein, es darf sich 
auf keinen Fall sowas wie eine Diode (als Verpolschutz) in der Leitung 
zum Akku befinden, direkt bei dem Treiber sollte ein Pufferkondensator 
für die Versorgung sitzen.

Was zusätzlich zu Problemen deiner Schaltung führen könnte wären 
Spannungsabfälle am Breadboard/an den Leitungen. Wenn an der GND-Leitung 
ein paar hundert mV abfallen sollten, dann würde die Spannung noch 
zusätzlich von deiner Ansteuerspannung für die nFET abgehen, die mit 
3,3V für den IRLZ34n ohnehin schon zu knapp bemessen ist. Dann kommst du 
schnell so weit, dass der nFET nicht ausreichend aufgesteuert wird.

von Siegfried (Gast)


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Weshalb hast du nicht die Schaltung von hier genommen?

Beitrag "Re: Auslegung einer Mosfet H-Bridge für Motoransteuerung."

Die 3,3V am Eingang reichen vermutlich nicht aus, um den IRLZ34 sicher 
in den niederohmigen Bereich zu bringen.

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


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Siegfried schrieb:
> Weshalb hast du nicht die Schaltung von hier genommen?
>
> Beitrag "Re: Auslegung einer Mosfet H-Bridge für Motoransteuerung."

Naja, man darf nicht verschweigen, das diese Schaltung kurz mal beide 
MOSFets der Halbbrücke zum Leiten bringen kann. Das kann man zwar 
minimieren, indem man den Querstrom durch den Treiber recht hoch macht 
und damit schneller, aber das kostet natürlich Energie.
Vermutlich wäre die Schaltung noch besser, wenn man die Treiber durch 
BJT ersetzt, die man mit 3,3V und Basiswiderstand sicher und flott 
durchschalten kann.

: Bearbeitet durch User
von Sebastian F. (bettersebo)


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Siegfried schrieb:
> Die 3,3V am Eingang reichen vermutlich nicht aus, um den IRLZ34 sicher
> in den niederohmigen Bereich zu bringen.

Sollten schon. Datenblatt sagt das ja, und hab mal nachgeforscht und 
denn Motor mit einem 1-Quadrantensteller und dem NPN-Mosfet angesteuert. 
Das hat problemlos bei 3.3V funktioniert. Erstmal nur im Leerlauf. Also 
der NPN-Mosfet IRLZ34N sollte eigentlich schalten. Jetzt weiß ich auch 
wieso der Pull-Down so wichtig ist :)

Die PNP-Mosfets, also die beiden NDP6020p, schalten auch mit Vgs = Vds, 
also 7.7V gar nicht. Hab dann mal neue verwendet, die haben problemlos 
in der 1-Quadrantensteller-Schaltung funktioniert. Muss die NDP6020p 
irgendwo gegrillt haben, da ich meine, alle beim Kauf überprüft zu 
haben.

Mit diesem Wissen habe ich dann den Motor mit den funktionierenden 
NDP6020p angesteuert, wieder in 1-Quadrantensteller-Schaltung und 
diesmal wurde das Gate des p-Channel Mosfets vom IRLZ34N gesteuert 
(siehe Schaltung). Hat auch problemlos funktioniert, auch mit PWM und 
co.

Nun habe ich noch den N-Channel Mosfet dazugeschaltet, welcher in der 
Full Bridge mit dem gleichen PWM Signal wie der P-Channel verbunden ist. 
Sprich der Mosfet, welcher diagonal zum P-Channel-Mosfet ist. Das hat 
gleich gut funktioniert, sprich fast keine Verluste, egal an welchen 
Mosfet. Stromaufnahme ist rund 200mA, genau wie es sein soll.
Auch die andere Diagonale funktioniert.

Letzter Schritt ist es nun beide Diagonalen gleichzeitig mit dem Motor 
verbunden zu haben. Dafür habe ich den einen PWM-Anschluss auf Ground 
gelegt, denn anderen mit dem 3.3V PWM Signal verbunden. Nun kommt es 
wieder zur erhöhten Stromaufnahme, der Stromfluss beträgt rund 2.5A....
Weiß wer woran das liegt?

Kurz fassung: Die beiden individuellen Diagonalen an Mosfet 
funktionieren, wie es sein soll. Verbindet man diese Diagonalen jedoch 
(laut Schaltplan), kommt es zu einem Kurzschlussstrom .

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> Siegfried schrieb:
>
>> Die 3,3V am Eingang reichen vermutlich nicht aus, um den IRLZ34 sicher
>> in den niederohmigen Bereich zu bringen.
>
> Sollten schon. Datenblatt sagt das ja,

Mein, das Datenblatt sagt das NICHT.

Nur du kannst offenkundig nicht lesen, sondern wünscht dir Märchen 
zusammen.

Wie es richtig geht, steht schon in diesem thread, du hättest die 
Beiträge halt nicht allesamt ignorieren sollen.

von Sebastian F. (bettersebo)


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MaWin schrieb:
> Nur du kannst offenkundig nicht lesen, sondern wünscht dir Märchen
> zusammen.

Klar, der IRF3708, denn sie vorgeschlagen haben, wäre sicherlich besser 
geeignet als der IRLZ34N. Trotzdem steht im Datenblatt, unter Vgs(th):
Min: 1V, Max: 2V. 3.3V sollten also genug sein, um diesen zu schalten. 
Wenn das nicht so ist, korrigieren sie mich bitte.
Dass es dann schwierig/unmöglich ist mit dem IRLZ34N bei 3.3V Vgs die 7A 
zu schalten ist mir bewusst. Hab derzeit jedoch keine andere Option, da 
ich nur denn IRLZ34N und IRLZ44N derzeit vor Ort habe, und ich auch 
nicht wüsste, wo ich Mosfet in der Stadt, ohne diese zu bestellen, 
kaufen kann.
Für den kleinen Breadboard-Motor, denn ich derzeit verwende, muss der 
Mosfet niemals im Normalfall, bei funktionierender Schaltung, mehr als 
500mA schalten.

Habe ja selber den Motor gerade angesteuert mit einem IRLZ34N, siehe 
Beitrag Beitrag "Re: Auslegung einer Mosfet H-Bridge für Motoransteuerung." . Da hat 
der IRLZ34N die kleine Last problemlos ohne Verluste geschaltet.

lg

von re (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> Trotzdem steht im Datenblatt, unter Vgs(th):
> Min: 1V, Max: 2V. 3.3V sollten also genug sein, um diesen zu schalten.
> Wenn das nicht so ist, korrigieren sie mich bitte.

Gern:

V_gs(th) gibt an, bei welchen Spannungen das Bauteil sicher sperrt.
Nicht wann er leitet oder gar sein spezifiziertes R_DS(on) erreicht hat.

Für den IRLZ34N ist, IIRC, im DB der R_DS_ON erst ab 4V und höher 
spezifiziert. Alles darunter (inclusive 3.3V) ist nur Zufall: kann für 
ein Exemplar funktionieren, muss aber nicht.

HTH (re)

von Sebastian F. (bettersebo)


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re schrieb:
> Sebastian F. schrieb:
>> Trotzdem steht im Datenblatt, unter Vgs(th):
>> Min: 1V, Max: 2V. 3.3V sollten also genug sein, um diesen zu schalten.
>> Wenn das nicht so ist, korrigieren sie mich bitte.
>
> Gern:
>
> V_gs(th) gibt an, bei welchen Spannungen das Bauteil sicher sperrt.
> Nicht wann er leitet oder gar sein spezifiziertes R_DS(on) erreicht hat.
>
> Für den IRLZ34N ist, IIRC, im DB der R_DS_ON erst ab 4V und höher
> spezifiziert. Alles darunter (inclusive 3.3V) ist nur Zufall: kann für
> ein Exemplar funktionieren, muss aber nicht.
>
> HTH (re)

Danke, jetzt weiß ich es für die Zukunft besser. Habe das Datenblatt 
immer falsch gelesen.

Danke und lg
Sebastian

von Achim S. (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> Letzter Schritt ist es nun beide Diagonalen gleichzeitig mit dem Motor
> verbunden zu haben. Dafür habe ich den einen PWM-Anschluss auf Ground
> gelegt, denn anderen mit dem 3.3V PWM Signal verbunden. Nun kommt es
> wieder zur erhöhten Stromaufnahme, der Stromfluss beträgt rund 2.5A....
> Weiß wer woran das liegt?

Genau wie gestern: an einem Fehler in deinem Aufbau. Den du uns aber 
nicht zeigen willst, so dass du den Fehler halt selbst finden musst.

von Max M. (Gast)


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Sebastian F. schrieb:
> 3.3V sollten also genug sein

Threshold heißt was genau?
Ahhh, das heißt SCHWELLE ....

Also was ist dann VGSth?
Die Schwelle an der er anfängt zu leiten!
Und was sagt das DB über den Gate Spannungs abhängigen RDSon?
Na, na, weiß es jemand?

Aber da Du ein kleiner Klugsch... bist und nicht zuhören magst, war es 
das dann auch mit Tipps von mir.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Achim S. schrieb:
> Genau wie gestern: an einem Fehler in deinem Aufbau. Den du uns aber
> nicht zeigen willst, so dass du den Fehler halt selbst finden musst.

Danke für ihre Unterstützung. Ich wünsche ein schönes neues Jahr.
Im Anhang befindet sich ein Bild der gesteckten Schaltung und ein Bild 
des Schaltplans. Habe mal alle Mosfets mit Farben markiert, dachte, dass 
so vielleicht mein Steckgedankengang leichter verständlich ist.

Ich weiß, es ist fürchterlich gesteckt und ich hoffe, man kann etwas 
erkennen.
Im Schaltplan stehen noch weitere Informationen bezüglich der 
Widerstände.

Rein aus Information möchte ich noch erwähnen: Der gelbe und der lila 
Jumper unten links sind mit den PWM-Pins des uC verbunden. Jedoch habe 
ich bei meinen Versuchen, immer den inaktiven auf Ground gelegt. Der 
weiße Jumper (oben links), verbindet die Masse des uC mit der Masse der 
Spannungsversorgung. Die beiden Jumper oben links (grün und blau) sind 
mit der Spannungsquelle verbunden.
Die "Reihen", "Diagonalen", z.B aus den Mosfets Weinrot, Gelb und 
Schwarz und Braun, Rosa und Lila (siehe Anhang) haben ohne Verbindung 
der jeweils anderen Reihe beim Motor problemlos den Motor gesteuert. 
Erst bei Verbindung der beiden "Reihen" treten erhöhte Ströme auf. Es 
handelt sich im Steckaufbau noch immer um IRLZ34N, da ich noch immer auf 
meine Bestellungen warte.

Hoffe es kann sich jemand die Zeit nehmen, und kurz mal darüber schauen, 
kann gut sein, dass ich einfach wieder komplett dumm bin, wie schon zu 
oft in diesem Tread.

LG,
Sebastian

von Achim S. (Gast)


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Schaltplan und Steckbrett stimmt nicht in allen Belangen überein (was 
die Pulldowns und die einzelnen Vorwiderstände zu den Gates angeht).

Bei dem oben gezeichneten Pullup habe ich Bedenken, ob er an der 
richtigen Stelle eingesteckt ist. Falls nicht wird der darüber 
gesteuerte pFET nicht ausgeschaltet.

Falls das nicht die Ursache ist: mach den Aufbau halt mal 
übersichtlicher. Nutze kurze Drahtbrücken statt langer Käbelchen. Und 
bau es irgendwann dann halt doch mal auf eine Lochraster auf statt auf 
dem Steckbrett, das alle möglichen Fehlerquellen bietet.

Ansonsten solltest du noch einen Elko an Versorgung anschließen, um bei 
der stark wechselnden Strombelastung der Quelle die Spannung stabil zu 
halten.

von Sebastian F. (bettersebo)


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Achim S. schrieb:
> Bei dem oben gezeichneten Pullup habe ich Bedenken, ob er an der
> richtigen Stelle eingesteckt ist. Falls nicht wird der darüber
> gesteuerte pFET nicht ausgeschaltet.

Sie hatten recht, er war tatsächlich falsch verbunden. Peinlich, dass 
dieser Fehler mir nicht schon früher aufgefallen ist...

Muss diesen Zeitpunkt nutzen, um allen hier im Forum, und insbesondere 
Sie Herr Achim S. zu danken. Es fällt mir schon ein etwas größere Stein 
vom Herz, dass diese Schaltung endlich funktionsfähig ist. Auch wenn das 
Verhältnis hier mit Forum teilweise sehr grenzwertig war, vor allem 
ausgelöst durch meine Dummheit, wäre ich nie ohne euch auf eine Lösung 
gekommen. Mein letzter Versuch wäre noch gewesen mit 2 Relais die 
einzelnen "Reihen" zu schalten...

Achim S. schrieb:
> Falls das nicht die Ursache ist: mach den Aufbau halt mal
> übersichtlicher. Nutze kurze Drahtbrücken statt langer Käbelchen. Und
> bau es irgendwann dann halt doch mal auf eine Lochraster auf statt auf
> dem Steckbrett, das alle möglichen Fehlerquellen bietet.

Für den Tag der offenen Tür der Schule, wo das Projekt vorgezeigt werden 
soll, werde ich noch eine Platine designen. Damit sollten denke ich auch 
alle Fehlerquellen, gleich wie bei einem Lochraster, eliminiert werden. 
Die Platine kann ich einfach in der Schule "ätzen".

Achim S. schrieb:
> Ansonsten solltest du noch einen Elko an Versorgung anschließen, um bei
> der stark wechselnden Strombelastung der Quelle die Spannung stabil zu
> halten.

Habe leider noch nie einen Elko ausgelegt, verstehe auch nicht ganz wie 
ich das mache. 10V, 1.000uF passen, oder ist das schon 
überdimensioniert, da dieser Rechner: 
http://www.shosworld.de/Elektronik/pufferkondensator.html#:~:text=Ein%20Pufferkondensator%20hat%20die%20Aufgabe,mehr%20Strom%20die%20Schaltung%20verbraucht.
etwas im niedrigen uF Bereich ausspuckt.

Achim S. schrieb:
> Damit das Rückspeisen funktioniert muss die Versorgung auch in beide
> Richtungen niederohmig sein. D.h. der Akku muss mit kurzen,
> niederimpedanten Leitungen an den Treiber angebunden sein, es darf sich
> auf keinen Fall sowas wie eine Diode (als Verpolschutz) in der Leitung
> zum Akku befinden, direkt bei dem Treiber sollte ein Pufferkondensator
> für die Versorgung sitzen.

Ok, dass mit Verpolschutz muss ich ändern.

lg und danke,
Sebastian

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