Signale mit Arduino

[Hedi. F (hedi_bj)]

Hallo

Aus dem Arduino UNO Rev3 kommen gleichzeitig 2 digitale Signale raus, 
ein PWM der zwischen 0 und 5V taktet, und ein DC kontinuierlisches 
Signal 5V.
Die beiden Signale sollten gleichzeitig über zwei Treiber (HCPL) zur 
Halbbrücke übertragen werden.

Wenn ich die beiden Signale einzeln probiere, also ein Signal mit einem 
Treiber anschließe. Dann klappt das, da kommt am Ausgang ein Signal 
raus.
Jedoch wenn ich nun die beiden Signale also das PWM mit dem Treiber 1 
und das DC mit dem Treiber 2 anschielße. Dann zeigt das Program ein 
Fehlermeldung!

Kann mir bitte jemand sagen, woran das liegen kann ?

[Helmut -. (dc3yc)]

Hedi. F schrieb:
> Dann zeigt das Program ein
Fehlermeldung!
> Kann mir bitte jemand sagen, woran das liegen kann ?

Am Programm!

Keine Infos, keine Hilfe!

[Hedi. F (hedi_bj)]

Helmut -. schrieb:
> Am Programm!
>
> Keine Infos, keine Hilfe!

oh sorry, meinte bei der Simulation, also das Program in Arduino läuft 
ohne Fehler. Ich hab das Signal auch extra mit dem Oscilloscope getestet 
(Ohne Schaltung). Da liefert die gewünschte Siganl raus.

Das Problem liegt nun bei der Simulation! (Bild)

[Helmut -. (dc3yc)]

Hedi. F schrieb:
> Das Problem liegt nun bei der Simulation! (Bild)

Keine Infos, keine Hilfe!

Ist die heutige Generation wirklich so dumm?

Welche Fehlermeldung, welches Simulationsprogramm? Wie soll ein 
Außenstehender wissen, was du willst und dir bei der Schaltung gedacht 
hast?

[Michael M. (Gast)]

Hallo,

zusätzlich zu Helmuts fragen, kannst du mal Kurzbeschrieben was das 
überhaupt machen soll ?

ich rate mal... R8 & L1 soll ein Motor sein (?) den du in der 
Geschwindigkeit regeln willst ? oder was soll R8&L1 dastellen ?

Q2 -> Main Switch ON/OFF

Q1 -> pwm für Geschwindigkeit ?

Welches Spannungspotential ist an Q1 Angeschlossen ?

kenn mich mit den Transistor-Typen nicht so gut aus aber fehlen da nicht 
schutzdioden parallel ?

mal Probiert die mitte ("Masse") von V2 u. V3 auch auf das gleiche 
Potential  wie V4 und V5 zu legen ?

Gruß

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Hedi. F schrieb:
> Die beiden Signale sollten gleichzeitig über zwei Treiber (HCPL) zur
> Halbbrücke übertragen werden.
1. Da ist nirgends eine Halbbrücke.

Und viel schlimmer, weil grundlegend:
2. Wo soll denn der Spulenstrom hinfließen, wenn beide Mosfets 
eingeschaltet waren und einer davon abgeschaltet wird? Welchen 
Freilauf-Strompfad hast du dir da ausgedacht?

> Aus dem Arduino UNO Rev3 kommen gleichzeitig 2 digitale Signale raus,
> ein PWM der zwischen 0 und 5V taktet, und ein DC kontinuierlisches
> Signal 5V.
Warum reicht da nicht 1 Signal? Denn mit PWM=0% ist die Funktion des 2. 
Ausgangs schon miterledigt. Mit einer Zeile Code kann ich deine halbe 
Schaltung wegsparen:

   PWM = berechen_pwm_wert();

   if (DC == 0)
     PWM = 0;

   timerreloadregister = PWM;

Und alles, was sich in Software abbilden lässt, ist billiger, als 
spezielle Hardware dafür aufzubauen.


Hedi. F schrieb:
> woran das liegen kann ?
Michael M. schrieb:
> fehlen da nicht schutzdioden parallel ?
Nur mal aus Interesse: wo lernt man denn das mit dem Lernzeichen vor dem 
Satzzeichen aka. Plenken? Und es geht hier nicht um Frankreich...

[Michael M. (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Michael M. schrieb:
>> fehlen da nicht schutzdioden parallel ?
> Nur mal aus Interesse: wo lernt man denn das mit dem Lernzeichen vor dem
> Satzzeichen aka. Plenken? Und es geht hier nicht um Frankreich...

war freestyle! ;)

*anti parallele Schutzdioden

[Wolfgang (Gast)]

Hedi. F schrieb:
> Das Problem liegt nun bei der Simulation! (Bild)

Also ist das kein Problem vom Arduino, sondern von der Simulation

[Michael B. (laberkopp)]

Hedi. F schrieb:
> Dann zeigt das Program ein Fehlermeldung!

So so, Lizenz abgelaufen ?

Hedi. F schrieb:
> oh sorry, meinte bei der Simulation

Die kommt vielleicht nicht so ganz damit zurecht, daß die Spule bei 
abgeschaltetem unteren IGBT so in der Luft hängt, offenes Ende, nicht 
angeschlossen.

Aber was soll bitteschön die Unsinnsschaltung ?

Wenn man eine Spule abschaltet, möchte der Strom weiter fliessen, dazu 
benutzt man eine Freilaufdiode, die fehlt hier komplett. Nein, die Diode 
im IGBT ist keine Freilaufdiode.

Wenn man den Strom durch eine Leitung schon an einer Stelle (mit hohen 
IGBT Verlusten) schaltet, dann muss man nicht noch an einer zweiten 
Stelle schalten, der zweite IGBT ist überflüssig, die Logik kann man gut 
und besser vor dem Treiber zusammenführen.

Warum Treiber2 ein teurer galvanisch isolierender sein muss, obwohl 
Eingang und Ausgang verbunden sind, ist schleierhaft.

Schön, daß Treiber1 mit galvanisch getrennten Versorgungsspannungen 
betrieben wird, aber hast du mal berechnet was durch die unweigerliche 
Kapazität zwischen Eingang und Ausgang der Versorgungen passiert ? 
Solche stray-Effekte sollte man mitsimulieren.

[Hedi. F (hedi_bj)]

Helmut -. schrieb:

> Welche Fehlermeldung, welches Simulationsprogramm? Wie soll ein
> Außenstehender wissen, was du willst und dir bei der Schaltung gedacht
> hast?

Ziel ist die Entwicklung einer Platine für die Steuerung eines DC Motor.
Der Erste Schritt ist die Simulation einer H-Brücke. Diese hab ich
erfolgreich simuliert und ergibt den gewünschten Ausgang.
Als nächstes muss ich ein Steuersignal aufbauen/erzeugen. Das Signal hab
ich bereit anhand der Arduino programmiert. Damit werden die PWM- sowie 
DC- Signale erzeugt und die PWMs mithilfe eines Potentiometers gesteuert 
(Variation von Duty Cycle).
Die Übertragung diese Signale müssen durch die Treiber erfolgen 
(Taktsignal). Zu diesem Zweck hab ich die HCPL-Treiber verwendet.

Ich wollte nun die aus dem Arduino erzeugten Signale mit der Schaltung 
anschließen und die Simulation laufen lassen.

Damit das nicht komplexer wird, probiere ich das erstmal mit einer 
Halbbrücke aus. (Wie im Bild)
Die Simulation erfolgt durch das Simulationsprogramm Proteus 8.

Hinweis: In meiner Brücke, werde ich die Hight Side takten und die Low 
Side bleiben immer AN (DC Siganl). Deswegen hab ich nur 2 PWM und 2 DC 
programmiert.

Zu erwarten ist, dass es am Ausgang ein taktsignal rauskommt.

> ich rate mal... R8 & L1 soll ein Motor sein ?
genau richtig, das hier ist nur ein bsp.

> Welches Spannungspotential ist an Q1 Angeschlossen ?
150V

> kenn mich mit den Transistor-Typen nicht so gut aus aber fehlen da nicht
> schutzdioden parallel ?
Ja da hast du recht, aber die von mir verwendeten IGBT besitzen schon 
eine integrierte Freilaufdiode.

> mal Probiert die mitte ("Masse") von V2 u. V3 auch auf das gleiche
> Potential  wie V4 und V5 zu legen ?
hab ich auch probiert

> 2. Wo soll denn der Spulenstrom hinfließen, wenn beide Mosfets
> eingeschaltet waren und einer davon abgeschaltet wird? Welchen
> Freilauf-Strompfad hast du dir da ausgedacht?
Die obere Ventile sollte hier takten (PWM), die untere bleibt in dieser 
Zeit immer an. Wenn die obere Ventile AUS ist, dann fließt der Strom 
über die unteren (bleibt immer AN , DC)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Hedi. F schrieb:
> Die obere Ventile sollte hier takten (PWM), die untere bleibt in dieser
> Zeit immer an. Wenn die obere Ventile AUS ist, dann fließt der Strom
> über die unteren (bleibt immer AN , DC)
Ein Strom fließt immer im Kreis genau dorthin zurück, wo er herkommt!

Nach dem Abschalten einer Induktivität fließt der Strom durch diese 
Induktivität die ersten µs einfach mal in der exakt selben Höhe weiter. 
Und wenn nun dieser Strom dann also aus dem rechten Spulenanschluss 
heraus über den unteren eingeschalteten Transistor Q2 geflossen ist, wo 
fließt er weiter und wie kommt er zurück zum linken Spulenanschluss?

Es ist in der Realität tatsächlich so, dass der Strom so einen Weg 
finden wird. Nötigenfalls erzeugt er einfach eine genügend hohe Spannung 
(das ist dann die gefürchtete und angeblich "invertierte" 
Induktionsspannung), um den Stromkreis zu schließen.

[Hedi. F (hedi_bj)]

Lothar M. schrieb:

> Ein Strom fließt immer im Kreis genau dorthin zurück, wo er herkommt!
>
> Nach dem Abschalten einer Induktivität fließt der Strom durch diese
> Induktivität die ersten µs einfach mal in der exakt selben Höhe weiter.
> Und wenn nun dieser Strom dann also aus dem rechten Spulenanschluss
> heraus über den unteren eingeschalteten Transistor Q2 geflossen ist, wo
> fließt er weiter und wie kommt er zurück zum linken Spulenanschluss?

Sagen wir hier, Ventile 1 ist AUS, und der Strom sollte über Ventile 2 
fließen. Ventile 2 bleibt hier noch AN. Strom fließt ganz normal.

wird dann der Strom nicht über die Freilaufdiode der Ventile 2 
zurückkommen (Kreis) ?

[Thomas R. (r3tr0)]

Kenne jetzt das Simulationsprogramm durch das Bild nicht, aber versuche 
einmal alle GNDs miteinander zu verbinden.

[Peter D. (peda)]

Hedi. F schrieb:
> Die obere Ventile sollte hier takten (PWM), die untere bleibt in dieser
> Zeit immer an. Wenn die obere Ventile AUS ist, dann fließt der Strom
> über die unteren (bleibt immer AN , DC)

Sowas macht man aber nicht, da dann die Gateversorgung mit der 
PWM-Frequenz mithüpfen muß. D.h. die Gateversorgungen können gestört 
werden und deren Kapazität gegen GND belastet die Stufe zusätzlich. 
Besser taktet man also nur die unteren IGBTs und die oberen machen nur 
die Richtungsumschaltung.

Um welche Spannungen, Ströme und Frequenzen geht es überhaupt, das ist 
nämlich sehr entscheidend. Im kW-Bereich brauchst Du gar nicht erst 
anfangen, das ist kein Anfängerprojekt.

[Hedi. F (hedi_bj)]

Thomas R. schrieb:
> Kenne jetzt das Simulationsprogramm durch das Bild nicht, aber versuche
> einmal alle GNDs miteinander zu verbinden.

Der Arduino hat eine integrierte GND, und der Rest der Schaltung ist auf 
ein einzige GND bezogen.

*Simulationsprogramm: Proteus 8 (Simulationssoftware, mit Arduino und 
Pics kombinierbar)

[Michael M. (Gast)]

Hallo,

Hab dir mal ein Schaltplan angehangen. So oder so ähnlich sollte eine 
H-Brücke aussehen.
Besser wäre es wenn man Mosfet-Treiber benutzt. Hab jetzt auf der 
schnelle keine für 200V gefunden, darum die Transistorvariante.

Allgemein (wenn das nicht zu Lernzwecke ist) würde ich dir empfehlen ein 
fertigen Treiber zu kaufen. Beim Aufbau steckt der Teufel im Detail ;)

Gruß

[Stefan S. (chiefeinherjar)]

Michael M. schrieb:
> So oder so ähnlich sollte eine
> H-Brücke aussehen.

So ähnlich. Q3 und Q4 sind verdreht; so leiten derzeit die Body-Dioden 
sobald Q1 bzw. Q2 eingeschaltet werden.

[Michael M. (Gast)]

Stefan S. schrieb:
> So ähnlich. Q3 und Q4 sind verdreht;

habs gedreht, danke ;)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Hedi. F schrieb:
> Sagen wir hier, Ventile 1 ist AUS, und der Strom sollte über Ventile 2
> fließen. Ventile 2 bleibt hier noch AN. Strom fließt ganz normal.
> wird dann der Strom nicht über die Freilaufdiode der Ventile 2
> zurückkommen (Kreis) ?
Zeichne den von dir gedachten Strompfad doch einfach mal als 
durchgängige Line(**) in den Schaltplan mit diesen "Ventilen" ein, dann 
haben wir die selbe Diskussionsgrundlage.

Und nenne die "Ventile" nicht "Ventil 1" und "Ventil 2", wenn du damit 
im einzigen von dir geposteten Plan (und damit unser Informationsstand) 
den Q1 und den Q2 meinst.

(**) so wie ich die Lade- und Freilaufstrompfade dort bei einem 
Schaltregler eingezeichenet habe: 
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

[Hedi. F (hedi_bj)]

Lothar M. schrieb:

> Zeichne den von dir gedachten Strompfad doch einfach mal als
> durchgängige Line(**) in den Schaltplan mit diesen "Ventilen" ein, dann
> haben wir die selbe Diskussionsgrundlage.

> Und nenne die "Ventile" nicht "Ventil 1" und "Ventil 2", wenn du damit
> im einzigen von dir geposteten Plan den Q1 und den Q2 meinst.
Ok ich lass es einfach wie im Schaltplan steht (Q1 & Q2).

Das hab ich mit dem Strompfad so gemeint (Bild). Also der Strom fließt 
über die Freilaufdiode zurück.

[Peter D. (peda)]

Hedi. F schrieb:
> Also der Strom fließt
> über die Freilaufdiode zurück.

Das ist aber keine Freilaufdiode.

https://www.tech-ecke.de/index_quereinstieg.htm?/elektronik/freilaufdiode.htm

Der Induktionsstrom will in der gleichen Richtung weiter fließen, wie 
vom Schaltelement vorgegeben, er polt sich nicht um.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Heizgals schrieb im Beitrag #7219977:
> ...und die lenz'sche Regel hast Du auf welche Weise umgangen?
Natürlich fließt der Strom durch die Spule unverändert geradeaus weiter. 
Welche Theorie würde das verhindern?
Probleme bekommen Anfänger, wenn sie in einer für Spulen ungeschickten 
Welt unterwegs sind und die zugehörigen Spannungen betrachten.

Hedi. F schrieb:
> Also der Strom fließt über die Freilaufdiode zurück.
Wie denn?

> Das hab ich mit dem Strompfad so gemeint (Bild).
1. Zeichne den Strom mal ganz genau auf die Leitungen. Und eines ist 
klar: Ströme können sich nicht auf einer Lötstelle "kreuzen".

2. Der Strom fließt nach dem Abschalten aus der Spule rechts heraus. 
Dort fängt deine Linie an. Und diese Stromlinie muss jetzt, ohne dass 
sie eine bereits markierte Leitung oder Lötstelle einen Weg zum linken 
Spulenanschluss finden.

Es ist wirklich so einfach.

Natürlich fehlen bei dir da noch einige Bauteile, die dem Strom einen 
Weg ermöglichen würden. Ich habe mal wenigsten den Pufferkondensator der 
Versorgung eingezeichnet.
Im linken Bild mit "gelbem" Strom sind beide Mosfets eingeschaltet, im 
zweiten Bild ist der obere Mosfet ausgeschaltet und deshalb gleich mal 
rausgelöscht.
Und wenn du weiter überlegst, wird dir auch deine "Freilaufdiode" D1 
keinen Strompfad bieten. Oder erst, wenn die Spannung so hoch ist, dass 
die Diode rückwärts durchbricht. Denn Dioden leiten "in Pfeilrichtung", 
der Pfeil der D1 ist aber in Gegenrichtung zum Strom...

[Peter D. (peda)]

Ich löse mal auf:
Der Fehler ist das Weglassen der anderen beiden Transistoren der 
H-Brücke.
Bei einer H-Brücke sind die Bodydioden der beiden nicht aktiven 
Transistoren die Freilaufdioden für die anderen beiden. Dafür gibt es 
spezielle FETs, wo die Bodydioden auch gute Schalteigenschaften besitzen 
oder extra Dioden parallel liegen.
Du mußt also alle 4 Transistoren einzeichnen. Dann sollte auch die 
Simulation klappen.

[Peter D. (peda)]

Peter D. schrieb:
> Um welche Spannungen, Ströme und Frequenzen geht es überhaupt, das ist
> nämlich sehr entscheidend.

Wichtige Nachfragen kann man ignorieren. Ich bin es ja nicht, der eine 
funktionierende Schaltung benötigt.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Peter D. schrieb:
> Du mußt also alle 4 Transistoren einzeichnen.
Es reicht natürlich auch, nur die zusätzlichen Freilaufdioden D3 und D4 
einzuzeichnen.

Und dann sieht man: wenn ein Strom fließt und nur der untere Q2 
eingeschaltet ist, dann fließt der Kreis im roten Pfad.

Wenn der Strom fleißt und Q1 wie auch Q2 ausgeschaltet sind, dann fließt 
der Strom wie hellblau eingezeichnet.

Wie gesagt: Spulen zu verstehen ist am einfachsten, wenn man von der 
Spannungsbetrachtung wegkommt.

Dass sich natürlich im roten und hellblauen Beispiel überraschende 
Spannungsverhältnisse ergeben, liegt in der Natur der Dinge und ist 
nur für die Auslegung der Betriebsspannung der Bauteile relevant.

[Günter Lenz (Gast)]

von Hedi. F  schrieb:
>Das hab ich mit dem Strompfad so gemeint (Bild). Also der Strom fließt
>über die Freilaufdiode zurück.

Du meinst mit der Freilaufdiode die Diode im FET,
die sogenannte Bodydiode. Die ist aber in Sperrrichtung,
da kann kein Strom fließen, oder nur wenn die maximale
zulässige Sperrspannung überschritten wird.
Wenn Q2 den Strom abschaltet, induziert L1 auf der
rechten Sseite eine positive (+) Spannung. + auf die
Kathode einer Diode bedeutet sperren für die Diode.
Du mußt also rechts von L1 eine Diode zur positiven
Betriebsspannung schalten, also Anode an L1, dann hast
du eine Freilaufdiode für Q2. Genauso mußt du das auch
auf der linken seite von L1 machen aber nach Masse,
Anode an Masse.

[Peter D. (peda)]

Ich würde sowas auch nicht mehr als Bauteilgrab aufbauen. Es gibt 
fertige Halbbrücken-ICs, z.B. bis 600V/11,5A.

[Hedi. F (hedi_bj)]

Danke für die ganzen Anmerkungen :)

Ich hab die Schaltung nochmal angepasst und hat wohl gut funktioniert. 
Die Idee von der Freilaufdiode hat mir gefehlt. Nun weiß ich wie der 
Strom in der Schaltung fließt und vor allem den ON/OFF Status bei der 
Transistoren.


Als nächstes möchte ich die spannungsquellen (zb. V1 und V2) bei dem 
Treiber mit Festspannungsregler ersetzen.
Ich hab es eigentlich vor, zwei Festspannungsregler jeweils einen für + 
und einen - aufzubauen (LM7818 ; LM7905)!

Hat jemand ne Ahnung wie ich denn die Festspannungsregler in der 
Schaltung mit dem Treiber anschließen kann ?