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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Brücke Freilaufdioden


Autor: Bastler (Gast)
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H-Brücke 14V 10A Induktive Last.
Braucht man in einer selbstgebauten HEXFET H-Brücke eigentlich 
Freilaufdioden und wenn ja welche ?

Autor: Stefanie B. (sbs)
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Nein, prinzipbedingt durch die HBrücke

Gruss Stefan

Autor: Gast (Gast)
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...bist Du Dir da sicher?
Würde ansich schon Freilaufdioden verwenden. Halt an den "Schaltern", 
nicht am Ausgang!

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Stefan B. (sbs)

>Nein, prinzipbedingt durch die HBrücke

Käse. Gerade dort! Die meisten MOSFETs haben eingebaute Substratdioden, 
die sind aber bisweilen nicht so gut wie externe Schottkydioden. 
Bipolartransistoren brauchen auf jeden Fall externe Freilaufdioden.

@ Gast (Gast)

>Würde ansich schon Freilaufdioden verwenden. Halt an den "Schaltern",
>nicht am Ausgang!

Anitparallel zu jedem Transistor.

MFG
falk

Autor: Thilo M. (Gast)
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Ich mache z.B. eine BYV32/200 (Doppeldiode mit gemeinsamer Kathode, 
TO-220 Gehäuse, sehr schnell und kann 8A) von den Motoranschlüssen 
(Anoden) gegen + (gemeinsame Kathode). Bis jetzt noch keine Ausfälle zu 
verzeichnen (RC-Car, 40A Dauer, 200A Spitze).

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Thilo M. (power)

>Ich mache z.B. eine BYV32/200 (Doppeldiode mit gemeinsamer Kathode,
>TO-220 Gehäuse, sehr schnell und kann 8A) von den Motoranschlüssen
>(Anoden) gegen + (gemeinsame Kathode). Bis jetzt noch keine Ausfälle zu
>verzeichnen (RC-Car, 40A Dauer, 200A Spitze).

Da ist deine Diode aber ganz schön unterdimensioniert. Die sollte 
wenigstens den Nennstrom des Motors haben. Ausserdem braucht man vier 
Dioden. Zwei reichen nicht. Wahrscheinlich haben dich die internen 
Dioden der MOSFETs gerettet.

MfG
Falk

Autor: Gast (Gast)
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Vielleicht ne blöde Frage, aber ich stell sie trotzdem mal in die Runde:
Gibt es eine Möglichkeit, dass man an einer H-Brücke eine Induktivität 
betreibt und auf die Freilaufdioden verzichten kann ohne das sie 
zerstört wird? Also ich meine nicht mit Relais, sondern schon mit 
Halbleitern...

Autor: Thilo M. (Gast)
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>Da ist deine Diode aber ganz schön unterdimensioniert.

Eher nicht. Bei den RC-Motoren ist das nicht weiter kritisch. Auch in 
einem Garagentorantrieb mit dickem Motor hatte ich noch keine Probleme.

Warum sollten die Dioden den Nennstrom des Motors aushaltn müssen?

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte ;)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Thilo M. wrote:
>>Da ist deine Diode aber ganz schön unterdimensioniert.
>
> Eher nicht. Bei den RC-Motoren ist das nicht weiter kritisch. Auch in
> einem Garagentorantrieb mit dickem Motor hatte ich noch keine Probleme.
>
> Warum sollten die Dioden den Nennstrom des Motors aushaltn müssen?
>
> Ein Bild sagt mehr als tausend Worte ;)

Da fehlen aber zwei Dioden an den LowSide Transistoren.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Thilo M. (power)

>Eher nicht. Bei den RC-Motoren ist das nicht weiter kritisch.

Sagt wer?

> Auch in
>einem Garagentorantrieb mit dickem Motor hatte ich noch keine Probleme.

Ja, weil die Dioden in den MOSFETs die Arbeit machen! Die sind zwar 
nicht ideal, aber zehnmal besser als tierisch unterdimensionierte!

>Warum sollten die Dioden den Nennstrom des Motors aushaltn müssen?

Ja wann und wie leiten denn die Dioden?

>Ein Bild sagt mehr als tausend Worte ;)

In der Tat. Und was sehen wir? Integrierte Dioden (intrinsic diodes, 
body diodes). Deine D8 ist reine Verzierung.

MfG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Gast (Gast)

>Gibt es eine Möglichkeit, dass man an einer H-Brücke eine Induktivität
>betreibt und auf die Freilaufdioden verzichten kann ohne das sie
>zerstört wird? Also ich meine nicht mit Relais, sondern schon mit
>Halbleitern...

Es gibt noch exotische Möglichkeiten, die Selbstinduktionsspannnung in 
den Griff zu kriegen. Aber wozu? Sind dir die Dioden nicht schön genug?

MfG
Falk

Autor: Thilo M. (Gast)
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>Da fehlen aber zwei Dioden an den LowSide Transistoren.

Die brauchst du nicht, da die Induktionsspannung vonder jeweils mit + 
versorgten Seite des  Motors direkt nach + abgeleitet wird. Da der Motor 
nur 2 Anschlüsse hat, brauchst du auch nur zwei. ;)

Ich sollte dazusagen, dass ich nur die Highside-MOSFETs mit PWM schalte, 
die Lowside bleiben dauerhaft geschaltet (natürlich immer nur einer).

Autor: Thilo M. (Gast)
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@ Falk:
>In der Tat. Und was sehen wir? Integrierte Dioden (intrinsic diodes,
body diodes)

und die halten 40A dauer aus? Du widersprichst dir ein bischen!

Edit:
>Ja wann und wie leiten denn die Dioden?

Das sollte jemnd mit deiner Intelligenz eigentlich nicht fragen müssen! 
Sonst weißt du doch auch alles auf Anhieb! :)

Autor: Gast (Gast)
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@Falk

Finde Dioden schon okay, verwende sie schließlich.
Würde mich aber dennoch interessieren, ob's da Möglichkeiten gibt. Daher 
meine Frage.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Thilo M. (power)

>Die brauchst du nicht, da die Induktionsspannung vonder jeweils mit +
>versorgten Seite des  Motors direkt nach + abgeleitet wird. Da der Motor
>nur 2 Anschlüsse hat, brauchst du auch nur zwei. ;)

Klar, der Rest der Welt ist doof und baut vier Dioden ein wenn zwei 
reichen. Zeichne mal den Stromkreis deinens Motors ein, wenn dieser die 
Quelle ist.

MfG
Falk

Autor: Thilo M. (Gast)
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Brauche ich nix zeichnen:
Motor mit einem MOSFET nach GND durchgeschaltet, der andere Anschluß 
liegt über eine Diode gegen +.

>der Rest der Welt ist doof
Wer ist das? Du? In sehr vielen Fahrtreglern im Modellbaubereich sind 
diese Dioden drin.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Thilo M. (power)

>und die halten 40A dauer aus? Du widersprichst dir ein bischen!

Wer hat gesagt dass die das nicht aushalten? Schon mal ins Datenblatt 
geschaut? Die Diode von dem MOSFET hält 202A aus.

>Das sollte jemnd mit deiner Intelligenz eigentlich nicht fragen müssen!
>Sonst weißt du doch auch alles auf Anhieb! :)

Das war eine rhetorische Frage an DICH, du Nuss!

http://de.wikipedia.org/wiki/Rhetorische_Frage

MFG
Falk

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Es gibt zwei Fälle (siehe Bild).

Und in beiden Fällen wird im LowSide Zweig die interne BodyDiode 
strapaziert.

Autor: Thilo M. (Gast)
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@ Falk:
Nicht persönlich nehmen, ich fand's nur grade passend!

:D

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Thilo M. (power)

>Nicht persönlich nehmen, ich fand's nur grade passend!

Deine Selbstkritik ist bemerkenswert! Hut ab!

MFG
Falk

Autor: yalu (Gast)
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@Thilo M.:
Ich wage fast zu behaupten, dass durch die BYV32 sowieso nur ein
geringer Anteil des Leerlaufstroms fließt, so dass sie eigentlich ohne
Funktion in deiner Schaltung rumgammelt. Nimm entweder Schottky-Dioden
oder lass sie ganz weg und vetrau auf die internen Dioden ;-)

@Falk:
Offensichtlich schaltet Thilo, solange sich die Drehrichtung nicht
ändert, nur die Lowside. Damit werden die Substratdioden der
Lowside-Mosfets normalerweise nicht beansprucht.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ yalu (Gast)

>Offensichtlich schaltet Thilo, solange sich die Drehrichtung nicht
>ändert, nur die Lowside. Damit werden die Substratdioden der

High Side.

>Lowside-Mosfets normalerweise nicht beansprucht.

Schon klar. Ändert aber nichts and der Aussage, dass vier Dioden im 
allgemeinen nötig sind, egal ob extern oder intern. Und das D8 nur 
Verzierung ist.

MFg
Falk

Autor: yalu (Gast)
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>> Offensichtlich schaltet Thilo, solange sich die Drehrichtung nicht
>> ändert, nur die Lowside. Damit werden die Substratdioden der
>
> High Side.
>
>> Lowside-Mosfets normalerweise nicht beansprucht.

???

Ich verstehe deinen Kommentar nicht. Zweimal "Lowside" in dem
Abschnitt ist doch schon richtig, sowohl für die geschalteten Mosfets
als auch für die unbeanspruchten Dioden, oder?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ yalu (Gast)

>Ich verstehe deinen Kommentar nicht. Zweimal "Lowside" in dem
>Abschnitt ist doch schon richtig, sowohl für die geschalteten Mosfets
>als auch für die unbeanspruchten Dioden, oder?

Der OP schaltet die LOW Side statisch, und mach nur über die High Side 
die PWM.

MFG
Falk

Autor: Stefanie B. (sbs)
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Jungs, wir reden hier von einem Vierquadrantensteller
(http://de.wikipedia.org/wiki/Vierquadrantensteller)

>In der Praxis wird oft antiparallel zu jedem Schalttransistor
>eine Freilaufdiode geschaltet, um die Selbstinduktionsspannungen
>gut handhaben zu können.

Theoretisch braucht man die Dioden aber nicht, da zu jedem Zeitpunkt 
genau(!)
zwei der vier Mosfets durchschalten,
=> Dioden sind nicht nötig

Gruss
Stefan

Autor: Elmar Haneke (elmar69)
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> Theoretisch braucht man die Dioden aber nicht, da zu jedem Zeitpunkt
> genau(!)
> zwei der vier Mosfets durchschalten,
> => Dioden sind nicht nötig

Theoretisch vielleicht, dazu bräuchte man allerdings einen Gate Treiber, 
der einen unendlich großen Strom liefern kann und Transistoren, die 
unendlich schnell schalten.

Da es beides nicht gibt, braucht man doch wieder Dioden

Autor: Stefanie B. (sbs)
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oder einen Kondensator über der Induktivitaet.

Dann spart man 4 Dioden ;)

Autor: yalu (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Der OP schaltet die LOW Side statisch, und mach nur über die High
> Side die PWM.

Stimmt, das hatte ich vorher überlesen. Aber dann sind seine Dioden ja
nicht nur unterdimensioniert, sondern auch noch falsch platziert. Wenn
schon nur zwei davon einsetzt werden, müssen diese von Masse zum Motor
gehen und nicht vom vom Motor nach Plus, da die beanspruchte
Freilaufdiode ist immer diejenige ist, die dem schaltenden Mosfet
vertikal gegenüber liegt.

Wenn bspw. T3 und T2 an sind und T3 per PWM gerade ausgeschaltet wird,
fließt der Strom vom Motor über den statisch leitenden T2 und die
Substratdiode von T1 zurück zum Motor. Läuft der Motor anders herum
(T1 leitet statisch), wirkt die Substratdiode von T2 als
Freilaufdiode. D8 und die Substratdioden von T3 und T4 und bleiben
aber in beiden Fällen völlig stromlos.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ yalu (Gast)

>Freilaufdiode ist immer diejenige ist, die dem schaltenden Mosfet
>vertikal gegenüber liegt.

Es werden immer ZWEI Dioden durchflossen, die sich diagonal 
gegenüberliegen.

http://www.mikrocontroller.net/attachment/30706/1.png

>Wenn bspw. T3 und T2 an sind und T3 per PWM gerade ausgeschaltet wird,
>fließt der Strom vom Motor über den statisch leitenden T2 und die
>Substratdiode von T1 zurück zum Motor.

Nix da. Der Strom fliesst wie im Bild eingezeichnet über die Dioden von 
T1 und T4 (blau).

> Läuft der Motor anders herum
> (T1 leitet statisch), wirkt die Substratdiode von T2 als
>Freilaufdiode.

Und die von T3. (rot)

> D8 und die Substratdioden von T3 und T4 und bleiben
>aber in beiden Fällen völlig stromlos.

Nein. Siehe Bild.

MfG
Falk

Autor: yalu (Gast)
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>> Freilaufdiode ist immer diejenige ist, die dem schaltenden Mosfet
>> vertikal gegenüber liegt.
>
> Es werden immer ZWEI Dioden durchflossen, die sich diagonal
> gegenüberliegen.

Nur, wenn auch ZWEI Mosfets aussschalten. Bleibt einer eingeschaltet,
fließt der Strom über diesen.

>> Wenn bspw. T3 und T2 an sind und T3 per PWM gerade ausgeschaltet
>> wird, fließt der Strom vom Motor über den statisch leitenden T2 und
>> die Substratdiode von T1 zurück zum Motor.
>
> Nix da. Der Strom fliesst wie im Bild eingezeichnet über die Dioden
> von T1 und T4 (blau).

Noch weniger da. Warum sollte der Strom über die Diode von T4 fließen,
die mit 24V vorgespannt ist, wenn er genauso gut die Abkürzung über T2
nehmen kann, an dem gerade mal eine Spannung von ein paar zig mV
abfällt? Der Strom ist ein fauler Sack, der macht sich das Leben nicht
unnötig schwer ;-)

>> D8 und die Substratdioden von T3 und T4 und bleiben
>> aber in beiden Fällen völlig stromlos.
>
> Nein. Siehe Bild.

Doch. Die Ströme fließen nur dann wie eingezeichnet, wenn T3/T2 bzw.
T4/T1 miteinander ausgeschaltet werden. Das ist aber bei Thilos
Schaltung nicht der Fall, wie er uns mitgeteilt hat.

Vergiss also die eingezeichneten Ströme stelle dir entweder T2 oder T1
(denjenigen, der statisch eingeschaltet ist) durch ein Stück Leitung
ersetzt vor. Vielleicht funkt's dann (aber nicht in der Schaltung,
sondern in deinem Kopf ;-)).

Autor: Hagen (Gast)
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Hat die Ansteuerung vom Thilo aber nicht den Nachteil das sie dann eine 
aktive Motobremese darstellt ? Also wenn HighSide die PWM anliegt und 
LowSide immer gegen Masse durchgeschaltet ist dann fließen die 
Induktionsströme des Motors nach Masse ab, was einer aktiven Motobremse 
entspräche ? Oder täusche ich mich da ?
Davon mal abgesehen meine ich gelesen zu haben das man bei P/N-MOSFET 
Brücke besser die LowSide per PWM steuert und die HighSide permanent 
durchschaltet. Einfach weil der N-MOSFET weniger Schaltverluste erzeugt 
als der P-MOSFET ?!

Gruß Hagen

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Hagen (Gast)

>Induktionsströme des Motors nach Masse ab, was einer aktiven Motobremse
>entspräche ? Oder täusche ich mich da ?

Nein, das siehst du richtig.

>Davon mal abgesehen meine ich gelesen zu haben das man bei P/N-MOSFET
>Brücke besser die LowSide per PWM steuert und die HighSide permanent
>durchschaltet. Einfach weil der N-MOSFET weniger Schaltverluste erzeugt
>als der P-MOSFET ?!

Die brücke hat aber vier N-Kanal MOSFETs.

MFg
Falk

Autor: Hagen (Gast)
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>> Die brücke hat aber vier N-Kanal MOSFETs.

Ups, da hat mein Hinterhirn wohl beim Sehen was falsch gemacht ;)

Gruß Hagen

Autor: yalu (Gast)
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> Hat die Ansteuerung vom Thilo aber nicht den Nachteil das sie dann
> eine aktive Motobremese darstellt ?

Nur dann, wenn der Motor nach Abschalten des Stroms in den
Generatorbetrieb geht. Das tut er aber erst, nachdem der induzierte
Strom abgeklungen ist und der Motor dadurch nur noch durch seine
Massenträgheit weiterläuft. Der nun von dem als Generator wirkenden
Motor erzeugte Strom fließt in die entgegengesetzte Richtung und führt
deswegen zu einem Moment entgegen der Drehrichtung.

Bei Thilos Schaltschema klingt aber der induzierte Strom bei
hinreichend hoher PWM-Frequenz in den PWM-Pausen gar nicht vollständig
ab, da die Gegenspannung (Spannung am leitenden Mosfet plus Spannung
an der Freilaufdiode) gering ist. Damit geht der Motor nicht in den
Generatorbetrieb und wird deswegen auch nicht abgebremst.

Das ergibt insgesamt einen gleichmäßigeren Stromverlauf, und ein
Großteil der Spulenenergie bleibt nach dem Abschalten in der Spule
drin. Beim Schalten mit zwei Mosfets wird diese Energie statt dessen
von einem Kondensator parallel zur Stromversorgung aufgenommen, der
sie beim nächsten Schalten wieder abgibt.

Autor: eProfi (Gast)
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Externe Dioden haben durchaus ihren Sinn:
Die Body-Dioden haben nicht nur einen hohen Spannungsabfall im leitenden 
Zustand, sondern auch noch eine recht hohe "reverse charge", die 
entladen werden muss, sobald der eigene oder der vertikal liegende Fet 
einschaltet.

Das ist durchaus nicht trivial, je schneller das Schalten stattfindet, 
umso höher ist der Strom. Bei meiner aktuellen Brücke sind das gleich 
mal 50 A, die ca. 80ns lang fließen (in Sperrichtung der Diode!).

"Schalte nie in eine leitende Bodydiode."
Gut gesagt, geht aber oft nicht anders.

Bei der Wahl der externen Diode kann man dies berücksichtigen und eine 
mit geringer Ladung aussuchen. Die interne Diode ist einfach gegeben. 
Man muss dafür sorgen, dass der gesamte Strom durch die externe Diode 
fließt, denn erst der (in Flußrichtung der Diode) fließende Strom lädt 
diese "reverse charge" (mmn eine ein wenig irreführende Bezeichnung).

Hier beschrieben:
The Do’s and Don’ts of Using MOS-Gated Transistors
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-936.pdf Punkt 8.

Resonanzwandler-Schaltungen verwenden den Laststrom und parasitäre 
Induktivitäten, um diese Ladung zu entladen.

Autor: Ergänzungsfrage (Gast)
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Hi,

ich grab mal diese Leiche aus, weil ich eine Frage zu der gezeichneten 
Brücke habe.

Dort werden 4 N-MOS-Transistoren verwendet.

Kann das denn überhaupt funktionieren?

Ich dachte immer, die obere Hälfte würde mit PMOS gemacht werden 
müssen...

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Ergänzungsfrage schrieb:
> Dort werden 4 N-MOS-Transistoren verwendet.
>
> Kann das denn überhaupt funktionieren?

Wenn die Mosfets richtig angesteuert werden, schon. Man braucht dafür
allerdings eine Spannung, die über der Versorgungsspannung liegt, um die
Gate-Spannung zum Durchschalten der Highside-Mosfets bereitstellen zu
können. Diese hohe Spannung wird oft durch eine vom PWM-Signal angetrie-
bene Ladungspumpe erzeugt (Bootstrap-Verfahren).

> Ich dachte immer, die obere Hälfte würde mit PMOS gemacht werden
> müssen...

Das vereinfacht die Ansteuerung, dafür haben aber die P-Mosfets prinzip-
bedingt schlechtere elektrische Eigenschaften als die N-Mosfets.

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