Hallo Elektronikerinnen und Elektroniker
Vorneweg, ich habe mir (hoffentlich) alle Beiträge durchgelesen, die es
hier zu diesem Thema gibt und auch das Roboter-Forum schein ein nahezu
unerschöpflicher Fundus an Missinformation zu sein, dass das Thema bei
jeder Frage aufs Neue bis in alle Details zerrissen wird.
Ich suche nach einem Weg eine H-Brücke für Spannungen von 24 - 60V zu
bauen die 10 - 20 Ampere Last schalten kann.
Dazu habe ich mir jetzt mal einen HIP4082 besorgt und mir das Datenblatt
angesehen und nun einige Fragen auf die ich keine brauchbare Antwort
finde.
1. Bootstrap Kondensatoren.
In irgend einem anderen Datenblatt habe ich gelesen, dass es Fehler
sowohl bei zu grossen, als auch zu kleinen Kondensatoren gibt, aber
nirgendwo, wie man die Größe des erforderlichen Kondensators ermittelt.
Wie errechnet sich nun die Größe des Kondensators?
2. Die Schaltung der Transistoren erfolgt durch die korrespondierenden
Eingänge wobei jedoch die Spannung am Eingang nahe der gewählten
Versorgungsspannung liegen muss die mindestens 8,5V, typisch jedoch um
die 12V liegen wird. Die davor befindliche Elektronik wird aber
vermutlich ehr High-Pegel bei 3,3 V oder 5V haben. Wie macht man diese
Anpassung?
3. Sofern man PWM nutzt, was bei Lasten dieser Größenordnung
empfehlenswert erscheint, gibt es offenbar unterschiedliche Konzepte,
bei denen der Motor in der Aus-Phase durch Kurzschluss gebremst wird,
bzw. alle Transistoren offen sind und keine Bremsung des Motors erfolgt.
Wo aber bleibt die Induktionsspannung in diesem Fall?
4. Bei der Konzeption einer H-Brücke für >24V wird die Erzeugung der
einzelnen Versorgungsspannungen problematisch. Bis 24 V lassen sich die
12 / und 5 V noch recht unproblematisch, dafür verlustreich mittels
Festspannungsregler erzeugen, darüber hinaus aber wird es haarig. DC/DC
- Wandler haben in der Regel recht feste Eingangsspannungsbereiche. Gibt
es ein bessere Lösung die Versorgungsspannungen von 15 - 60V zulässt?
>1. Bootstrap Kondensatoren.
EIn Hinweis auf die Größe sollte im Datenblatt des entsprechenden ICs zu
finden sein. Falls nicht muss man sich selbst Gedanken machen. Die Größe
sollte abhängig sein von Gatekapazität, Schaltfrequenz, Gatespannung,
...
>2. Die Schaltung der Transistoren
So wie das im Datenblatt klingt, benötigen die Eingänge 0V oder Vdd,
welches sich wohl um 12V bewegen wird. Da du mit 3V3 / 5V ansteuern
willst, wirst du um einen Levelshifter nicht drum herum kommen.
>3. Sofern man PWM nutzt
Es gilt IMMER: UL = L*di/dt. Schließt du die Spule kurz (UL=0), dann ist
di/dt halt eben fast null. Sind alle Transistoren offen, steigt die
Induktionsspannung solange an, bis Strom fließen kann. Das passiert bei
UL=Ubrücke+2*Uf (Uf=Flussspannung Freilaufdioden im FET)
------o-------o-------Ubrücke
| | Annahme: Im eingeschaltenen Moment
T1 T2 ist T1 und T4 an. Strom fließt
| | "nach rechts" durch Last. Spannung
o--Last-o über der Spule: +Last-. Schaltest
| | du alle 4 T. aus, dann will strom
T3 T4 weiter von rechts nach links durch
| | die Spule => Spannung über Spule
------o-------o------ GND dreht sich um: -Last+ (wirkt als
Spannungsquelle). Diese
Ind.spannung steigt solange an, bis die Spule den Stromfluß aufrecht
erhalten kann, dass geschieht, wenn die Ind.Spannung
die Betriebsspannung (+2mal Uf)erreicht, dann werden die interen
Freilaufdioden der T2 und T3 durchlässig. Der Strom fließt zurück in
den Zwischenkreiselko (der hier nicht dargestellt ist) der zwingend
EMV-gerecht vorhanden sein muss!
>4. Bei der Konzeption einer H-Brücke für >24V
Ja, ein selbst dimensioniertes Schaltnetzteil mit einem
Eingangsspannungsbereich von 15..60V und einer Ausgangsspannung von
12V/5V/3V3,.. Da das ja gewöhnlich wenig Strom liefern muss, ist das
auch nicht besonders groß, garantiert aber verlustarm die
Hilfsversorgung.
Gruß
Matthias
Anfänger wrote:
> 3. Sofern man PWM nutzt, was bei Lasten dieser Größenordnung> empfehlenswert erscheint, gibt es offenbar unterschiedliche Konzepte,> bei denen der Motor in der Aus-Phase durch Kurzschluss gebremst wird,> bzw. alle Transistoren offen sind und keine Bremsung des Motors erfolgt.> Wo aber bleibt die Induktionsspannung in diesem Fall?
Grundsätzlich gibt es immer die Body-Diode in einem MOSFET. Diese Diode
kann evtl. auch als Freilauf-Diode arbeiten, bei modernen MOSFETs eher
nicht. Da würde ich Shottky-Dioden parallel schalten, die dann auch
schneller schalten als die integrierten Dioden !
Und es gibt die "synchrone" Ansteuerung, da wird (gerade bei diesem
hohen Strom), der MOSFET durchgeschaltet, der die Freilaufdiode
entlastet, weil er einen kleineren Widerstand darstellt.
Sieht aus wie ein Kurzschluß zum Bremsen, läßt aber den Strom durch die
Spule (Motor) weiterhin fließen, ohne die Elektronik zu beschädigen...
Nebenbei:
bei PWM reicht es ja aus, eine Hälfte der MOSFETs (oben oder unten) zu
takten. Oftmals werden die unteren getaktet, um die
Bootstrap-Kondensatoren der oberen nicht unnötig zu entladen.
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