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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Brücke, PWM, 6A


Autor: Gast (Gast)
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Hallo, ich weiss das Thema ist nicht neu, aber ich hab trotzdem nirgends 
ein praktikables Beispiel gefunden. Deswegen frage ich nochmal:

Ich will einige Standart Mabuchi SH 540 Motoren(DC12V/6A) mit einem 
ATMEGA8 steuern. Haben doch sicher schon viele gemacht. Ich bin aber 
Anfänger und trau mir noch nich ganz zu ne eigene Schaltung komplett 
selbst zu entwerfen.
Wär halt schön wenn sie auch sicher liefe, da ich für mindestens 3 Stück 
die Teile bestellen will.
Also hat jemand ein vernünftigen Schaltplan?
Eigentlich wollte ich den VNH2SP30 nehmen, aber teuer und SMD.....

Autor: Harald (Gast)
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Schau dir mal meine Antwort in diesem Beitrag an
Beitrag "Motortreiber mit 6 A"

Wenn Du das Spezial H-Brücken Relais nicht verwenden möchtest kannst Du 
auch 2 Standard-Relais mit Umschaltkontakten nehmen und diese dann als 
H-Brücke schalten. Der untere Punkt der H-Brücke kommt dann nicht direkt 
an Masse sondern über einen Standard-MOSFET, z.B. ein IRF1404. Das Gate 
des MOSFET hängst Du an deinen PWM und fertig. Das ist eine wirklich 
einfache Schaltung, die zuverlässig funktioniert. Die kann den Motor 
sogar schnell stoppen, wenn man beide Kontakte z.B. Masse schaltet. Muss 
aber nicht, man kann auch den MOSFET abschalten und den Auslauf 
abwarten.

Parallel zum Motor könnte man noch eine Überspannungsschutzdiode hängen, 
z.B. eine P6KE15CA (oder P6KE33CA), die minimiert den feinen Nadeln 
durch das Bürstenfeuer wenn sonst keine Entstörung vorhanden ist.

Autor: Harald (Gast)
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IRF1404 geht nicht da kein "Logic Level" Typ. Einfach mal vielleicht die 
leicht erhältlichen Typen abklappern und schauen, welcher bei Ugs = 5V 
(meistens sind 4.5V spezifiziert) noch einen niedrigen RDSon hat. Gehen 
wir mal von 10A aus und wollen nicht mehr als 1W an einem TO-220 Package 
verbraten: P=I²*R --> RDSon <= 10mOhm. Notfalls mehrere einfach 
parallel.

Autor: Zardoz (Gast)
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Hallo Harald,

da ich nach langem Suchen und Überlegen zu dem gleichen Ergebnis 
gekommen bin (Relais + Halbleiter) noch ein paar Fragen:

- Wieso 2 Relais? Pro Motor genügt doch ein Relais mit zwei Umschaltern.
- Habe noch ein paar BTS117/BTS141. Sollten doch bei relativ niedrigen 
PWM-Frequenzen auch funktionieren, oder?

BTW: Danke für Deine Tipps!

Nice week,
Zardoz

Autor: avion23 (Gast)
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>Wieso 2 Relais? Pro Motor genügt doch ein Relais mit zwei Umschaltern.

Sicher? Du musst sowohl + als auch - umschalten. Wenn du meinst, dass es 
geht, dann mal es auf und stell's online.

Autor: Erik D. (dareal)
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avion23 wrote:
>>Wieso 2 Relais? Pro Motor genügt doch ein Relais mit zwei Umschaltern.
>
> Sicher? Du musst sowohl + als auch - umschalten. Wenn du meinst, dass es
> geht, dann mal es auf und stell's online.



M+ / M-

+ / -

M- / M+

Autor: Zardoz (Gast)
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Dachte da an so etwas ...

Nice week,
Zardoz

Autor: Harald (Gast)
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Hallo Zardos,
die Schaltung funktioniert so, keine Frage. Mit 2 Relais hat das nur den 
Vorteil das Du den Motor kurzschliessen kannst (=Schnellstop).

Mit dem BTS117 wird das nichts, bei typisch 100mOhm würdest Du 3.6 Watt 
bei 6A Nennstrom verköcheln. Das ist etwas heftig für das Package. Der 
141 sieht da schon etwas besser aus, aber 1W Verlust ist auch noch 
grenzwertig (und unvernünftig in meinen Augen). Suche doch mal nach 
"MOSFET logic level", da müsste man eigentlich genug passende Typen mit 
z.B. 10mOhm finden. Dann sind es nur noch ca. 360mWatt, das würde schon 
besser passen.

Autor: Zardoz (Gast)
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Hallo Harald,

werde Deinen Tipp befolgen und mir ein paar neue MOSFETs aussuchen. Die 
IRL sehen schon ganz gut aus ...

Nice week,
Zardoz

Autor: Zardoz (Gast)
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Der Vollständigkeit halber hier noch der Plan mit zwei Relais. Jetzt muß 
ich nur noch Relais mit kleiner Bauform für hohe Schaltströme finden ...

Nice week,
Zardoz

Autor: Harald (Gast)
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Hast Du die Maße des OMRON-Typen (G8ND) aus meinem Link oben gesehen? 
Viel kleiner geht es nicht für ein H-Brücken-Relais bei 25A 
Belastbarkeit - denke ich jedenfalls. Das Relais müsstest Du beim 
Hersteller als Muster oder bei einem Distributor auch in kleineren 
Stückzahlen bekommen können.

Autor: Harald (Gast)
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Und vergesse nicht die erwähnte Überspannungsschutzdiode zwischen MOT-A 
und MOT-B, wie gesagt, das Bürstenfeuer bringt sonst 'ne Menge Müll auf 
die Versorgung...

Autor: Zardoz (Gast)
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Moin,

das H-Brücken-Relais gefällt mir. Wirklich schade, daß es nicht so ganz 
einfach erhältlich ist.

Leider habe ich mit Motorsteuerungen bisher nicht viel Erfahrung. 
Deshalb hätte ich jetzt einfach noch eine Diode wie eingezeichnet 
vorgesehen und fertig. Bei den Relais gehe ich mal davon aus, daß die 
Dioden im Treiber genügen (ULN2003A). Jedenfalls gab es damit bisher 
keine Probleme.

Aber wie genau funktionieren diese Überspannungsschutzdioden? Müssten ja 
dann bidirektionale sein ...

Nice weekend,
Zardoz

Autor: Harald (Gast)
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OK, wenn das OMRON schlecht beschaffbar ist, wie wäre es mit diesem 
hier:

Best.Nr. 505013-15   (beim blauen Klaus)

Ich finde es für die Größe etwas schwach aber jedenfalls ist es leicht 
beschaffbar.

Und, ja die Diode ist bidirektional und begrenzt einfach ab einer 
gewissen Schwellspannnug. Siehe dazu auch das Datenblatt:
z.B. hier: http://www.plextron.com.tw/pdf/p6ke.pdf  (stellvertretend für 
viele weitere Hersteller)

Autor: Zardoz (Gast)
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Also dürfte die Schaltung mit Suppressordiode etwa so aussehen. Das 
Prinzip habe ich zwar verstanden, tue mich aber mit der Dimensionierung 
etwas schwer. Vermutlich müßte doch die Spannung der Diode auf jeden 
Fall über der normalen Motorspannung liegen, oder?

Das Relais ist tatsächlich etwas sehr groß - und auch nicht gerade 
billig. Allerdings habe ich bei meiner Suche festgestellt, daß es kaum 
wirklich passende Relais gibt: Entweder sind sie sehr groß oder 
erfordern höhere Schaltspannungen als ich sie in meiner Umgebung zur 
Verfügung habe (max. 7,2V).

Auf jeden Fall nochmals vielen Dank für Deine Hilfe!

Nice weekend,
Zardoz

Autor: Harald (Gast)
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Die Suppressordiode würde ich bei Unenn=12V auf z.B. auf 20V o.ä, legen. 
Auf jeden Fall muss die Worst-case Durchbruchspannung deutlich über der 
maximal denkbaren Betriebsspannung liegen.

Wenn Du es mit den Relais billig haben willst such Dir doch einfach 
zwei(!) sehr kleine Standard-Subminiaturrelais mit 1xUM aus, die gibt es 
doch teilweise ab 1 Euro.

Autor: Zardoz (Gast)
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Zeit, den Thread mal wieder nach vorn zu holen ...

Hier ein Oszillogramm eines Testaufbaus mit BTS141, einer PWM von 4kHz 
und noch ohne Suppressordiode. Die Skalierungen: 2V und 50µs.

Mit einem BTS117 sieht das Bild eigentlich nicht anders aus. Und der 
angeschlossene Motor lässt sich mit beiden sehr gut steuern ...

Nice weekend,
Zardoz

Autor: dmg (Gast)
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EN AS PWM Sigal am Motor bei nur 4kHz so aussieht ist sicher bei der 
Ansteuerung der MOSFET was faul. Die Flanken sehen, von den Schwinungen 
mal abgesehen, so aus als würden die FET nicht richig durchgesteuert.

Wie sieht Deine FET-Anteuerschaltung aus?

Autor: Zardoz (Gast)
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Der Eingang hängt z. Zt. direkt am Controller-Ausgang (PIC). Zusätzlich 
habe ich ihn mit einem 10k auf GND gelegt, damit er ohne Signal sicher 
ausgeschaltet ist.

Den BTS habe ich verwendet, weil er über allerlei interne 
Schutzschaltungen verfügt:
http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=1;INDE...

Nice weekend,
Zardoz

Autor: dmg (Gast)
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Ach ja die BTS-Teile, hat ich glatt übesehen. Da die aber ja 
Logic_level-Eingänge haben kann man die schon direkt von Controller 
ansteuern.
Die können soweit ich weis nicht sehr schnell schalten. Das würde auch 
die abgerundeten Kanten erklären, so lange es geht und die BTS nicht zu 
warm werden lass es so. Teste mal ob die Flanken bei 1kHz PWM besser 
werden.

Ich verwende ja in der Regel (reichlich dimensionierte, kosten ja kaum 
was) Logic Level Powerfet der IRLxxxx Reihe die sich gut vom Controller 
(gleichgültig ob Atmel oder PIC) ansteuern lassen. Damit sind die 
Flanken bei 25kHz noch linealglatt.
Für einen Dauerstrom von 6A ist der BTS117 aber schon recht knapp 
bemessen.

Autor: Zardoz (Gast)
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Besten Dank für die Kommentare!

> Die können soweit ich weis nicht sehr schnell schalten. Das würde auch
> die abgerundeten Kanten erklären, so lange es geht und die BTS nicht zu
> warm werden lass es so.

Yep, die sind etwas langsam. Da ich aber z. Zt. mit PICAXE 
(http://www.rev-ed.co.uk/picaxe/) arbeite, sind 4kHz die Untergrenze für 
eine einfach zu realisierende PWM.

> Teste mal ob die Flanken bei 1kHz PWM besser werden.

Die Flanken würden genauso aussehen. Nur das Verhältnis wäre anders ... 
;-)

> Ich verwende ja in der Regel (reichlich dimensionierte, kosten ja kaum
> was) Logic Level Powerfet der IRLxxxx Reihe die sich gut vom Controller
> (gleichgültig ob Atmel oder PIC) ansteuern lassen. Damit sind die
> Flanken bei 25kHz noch linealglatt.

Bei meiner nächsten Bestellung werde ich mir auch ein paar davon 
besorgen.

Jetzt würde ich nur gern noch wissen, ob bei den BTS der 10k am Eingang 
gegen Masse wirklich erforderlich ist. Bei der Menge an eingebauter 
Elektronik könnte ich mir vorstellen, daß ähnliches schon intern 
vorhanden ist ...

Nice weekend,
Zardoz

Autor: MKu (Gast)
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Hi,

ich würde die Schaltung "drive4.jpg" gerne verwenden, leider versteh ich 
noch nicht so ganz wo ich was anklemmen soll..Die CPU Seite ist soweit 
klar, nur mit Relais hatte ich bisher noch nichts zu tun...Und mir ist 
auch noch nit klar wofür die Vcc Spg ist, V+ ist dann die Motorspannung
Wäre über Hilfe sehr dankbar...

Gruß Michael

Autor: Zardoz (Gast)
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Moin Michael,

vielleicht kann ich als Urheber der Schaltung ein wenig helfen ...

Bei "VCC" handelt es sich um +5V, die typische Versorgungsspannung für 
Steuerelektroniken. Die Höhe von "V+" hängt dagegen von den zu 
steuernden Motoren ab. Man kann die Relais natürlich auch mit "V+" 
betreiben, muß dann aber jeweils zu dieser Spannung passende Typen 
einsetzen - und natürlich entsprechende Treiber.

Womit wir bei der Relais-Ansteuerung wären. Einige Relais kann man 
direkt am Controller betreiben, die meisten allerdings nicht. Ich 
benutze gern (da preiswert) einen ULN2003A/2803A als Treiber zwischen 
Controller und Relais, da dort auch schon die notwendigen Dioden 
enthalten sind.

Diese sogenannte "Freilaufdiode" für den Motor fehlt übrigens in 
"drive4.jpg", einfach aus "drive3.jpg" zusätzlich übernehmen.

Im beigefügten Bild sind übrigens zwei dieser Schaltungen (mitte oben) 
bei der Steuerung eines Kettenfahrzeugs zu sehen ...

Nice week,
Zardoz

Autor: MKu (Gast)
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Hi,

vielen Dank erstmal! Leider versteh ich noch nicht, wie ich die Relais 
mit dem Motor verbinde...
An "FWD" und "BWD", muss noch dieser Treiber vorgesetzt werden,oder?
Und über PWM, kann ich die Drehzahl steuern, oder ist es nur zum 
Anschalten?

Vielen Dank für Deine Mühen

Gruß
Michael

Autor: Zardoz (Gast)
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> Leider versteh ich noch nicht, wie ich
> die Relais mit dem Motor verbinde...

Der Motor wird bei "MOT-A" und "MOT-B" angeschlossen, die Verdrahtung 
der zwei Relais wird sicher klar, wenn Du Dir deren Datenblätter 
ansiehst.

> An "FWD" und "BWD", muss noch dieser Treiber vorgesetzt werden,oder?

Genau so.

> Und über PWM, kann ich die Drehzahl steuern,
> oder ist es nur zum Anschalten?

Natürlich die Drehzahl steuern - zum Schalten würden ja schon die Relais 
ausreichen.

Nice week,
Zardoz

Autor: MKu (Gast)
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Hi,

vielen Dank nochmal.
Eine Frage hätte ich noch, was ist mit der Masse von V+ und Vcc, wo 
kommen die dran...Die von Vcc kommt auf den IRL1004, oder?


Gruß
Michael

Autor: Zardoz (Gast)
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> Eine Frage hätte ich noch, was ist mit der Masse von V+ und Vcc,
> wo kommen die dran...Die von Vcc kommt auf den IRL1004, oder?

Es gibt nur eine Masse. Allerdings sollte man versuchen, die 
Masseleitungen von Logik- und Leistungsteil getrennt zu halten und erst 
möglichst nah an der Spannungsversorgung zusammenzuführen.

Nice week,
Zardoz

Autor: Thomas Oster (thommy.oster) (Gast)
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Hallo,
ich verfolge diese ganzen Threads mit Erstaunen.
Ich brauche auch eine Schaltung für einen Motor 12V/6A.
Allerdings frage ich mich, woher man die ganzen Modellbezeichnungen für 
die Mosfets bzw Transistoren kennt.
Also wenn ich mich bei Reichelt durchwühle finde ich ja immernur die 
Modellbezeichnungen und muss mir die Werte im Datenblatt suchen.
Gibt es vielleicht irgendwo eine Suchmaschine wo ich zB eingeben kann, 
dass ich einen Transistor mit diesen und jenen eigenschaften suche und 
der mir dann alle Modelle ausspuckt?
Ansonsen wäre für alle weniger bewanderten wie mich vielleicht eine 
Beispielschaltung mit kompletten Modellbezeichnungen/Bauteilliste nicht 
schlecht.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Gibt es vielleicht irgendwo..

Ja, zumindest Herstellerbezogen auf deren Homepage.
=> parametric search

zB

www.irf.com

Autor: Zardoz (Gast)
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Hallo Thomas,

vermutlich ist diese Anwendung für die meisten hier zu trivial ... ;-)

Die exakten Werte der verwendeten Bauteile sind i. d. R. nicht 
sonderlich wichtig. Bei den Relais zählen Betriebsspannung und 
schaltbarer Strom. Für die Mosfets ist entscheidend, ob sie mit max. 5V 
gesteuert werden sollen ("Logic Level Mosfets") und ob eventuell eine 
höhere PWM-Frequenz notwendig ist. Ansonsten reichen die Angaben von 
Strom und Spannung bei Reichelt völlig aus.

In den nächsten Tagen soll es aber auch mal wieder einen komplette 
Logikplan    von mir hier geben - sobald die Tests abgeschlossen sind.

Nice week,
Zardoz

Autor: MKu (Gast)
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Hi,

wie muss ich die Diode zwischen den Motoreingängen dimensionieren, 
Breakdown Spg. 2 Volt unter Betriebsspg???


Gruß

Michael

Autor: Zardoz (Gast)
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> wie muss ich die Diode zwischen den Motoreingängen dimensionieren

Da zitiere ich mal Harald:

> Die Suppressordiode würde ich bei Unenn=12V auf z.B. auf 20V o.ä,
> legen. Auf jeden Fall muss die Worst-case Durchbruchspannung deutlich
> über der maximal denkbaren Betriebsspannung liegen.

Nice week,
Zardoz

Autor: MKu (Gast)
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Danke erstaml, ich kann aber auch zwei unipolare statt einer bipolaren 
nehmen???

Gruß

Michael

Autor: Zardoz (Gast)
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> ich kann aber auch zwei unipolare statt einer bipolaren nehmen???

Habe mich bisher damit nicht näher befasst, sondern lediglich eine 
Freilaufdiode wie im Bild drive3.jpg eingebaut. Hatte damit bisher auch 
keine Probleme ...

Nice week,
Zardoz

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