Kann man eine H-Brücke die Mosfets verwendet so verschalten das ein Kurzschluss nahezu ausgeschlossen ist?
Ich habe mir einige Schaltungen angeschaut und irgendwie lösen alle das Problem nur softwareseitig und wenn man sich mal vertippt hat man daraus einen Grill gebaut.
PWM brauche ich auch nicht - nur bewegen nach rechts, bewegen nach links und ausgeschaltet hat schon mal jemand so einen Schaltplan irgendwo gefunden wo die Verschaltung der H-Brücke schon einen schutz vor Kurzschluss bietet?
Über welchen Strom reden wir hier maximal (12V weiss ich noch von deinen vorherigen Fragen...)?
Ja 12v
12 Volt = Spannung, Strom = Ampere. ? Oder wenn Ampere nicht bekannt, wieviel Watt hat der Motor.
Also das zweiachsige Gerät ist mit 5 - 24 Volt angeben und 30Watt Leistung also auf dem Steckbrett klappt die Ansteuerung mit einem IRF9540 bei 13,8 V - die 13,8 Volt
2 Antworten
Es gibt für Maker viele fix-fertige H-Brücken Boards. Ein Beispiel wäre dieses hier (hat 2 H-Brücken an Board, reicht also für deine 2 Motoren):
https://www.roboter-bausatz.de/p/dc-motortreiber-h-bruecke-bts7960-5-5v-bis-27v-43a-pwm
auch erhältlich hier: https://www.makershop.de/module/motosteuerung/double-bts7960/
oder beim Buchhändler: https://www.amazon.de/-/en/BTS7960-H-Bridge-Electrical-Components-Vehicles/dp/B0BRQFMVXW
oder, oder, oder...
Die Ansteuerung mit Logic Level (3.3V oder 5V -> 4.4.1 Input Circuit, TTL/CMOS compatible) ist sehr einfach.
Es gibt jeweils ein Signal für "Motor treiben" oder "frei drehen lassen" (INH) und die Richtung (IN).
Der Treiber verhindert den gefürchteten "shoot-through" zuverlässig selbstständig, auch beim Umschalten der Richtung (-> 4.4.2 Dead Time Generation).
"Selbstgemachte" Treiber haben oft das Problem, dass sie in der Umschaltphase doch (wenn auch sehr kurz) beide MosFETs leitend haben, weil MosFETs nicht "instantan" abschaltbar sind, da das Gate erstmal entladen werden muss, während der andere FET eventuell ebenfalls schon leitend wird.
Datenblatt: https://www.roboter-bausatz.de/media/pdf/4c/4b/ef/BTS7960.pdf
Man kann das schon machen, muss es aber richtig machen (ich habe gerade noch Ergänzungen zu meiner Antwort gemacht bezügl "dead time", mit der die FETs beim Umschalten kurzzeitig beide nicht leitend sind, bevor wieder getrieben wird).
Während der Entwicklung der Software für die H-Brücke empfiehlt es sich immer den Strom innerhalb der H-Brücke mit einem temporär bestückbaren Widerstand auf einen unschädlichen Wert zu begrenzen (z.B. 100 Ω). Wenn die Software fehlerfrei ist, ersetzt man den Widerstand dann einfach durch ein Stück Draht.
Zusätzlich sollte man eine Schmelzsicherung vorsehen, die auch später im Betrieb die Elektronik im Fehlerfall schützt.
Also die Idee mit der Schmelzsicherung ist ja mal richtig genial
Nachtrag: Mir ist gerade noch etwas eingefallen: Das Problem mit dem shoot-through habe ich ja garnicht.
Ganz am Anfang als ich mich mit der Solarnachführung beschäftigte, hatte ich ein Problem mit einem Klackern der Relais, wenn die Sonne genau über dem Richtungssensor stand....
Ich löste das Poblem in dem ich einen Intervall-Timer für die Nachführung programmierte und Richtungswechsel im gleichen Intervallzeitraum durch den Einsatz boolscher Parameter verhindere (wie praktisch es doch ist, das sich die Sonne immer nur in eine Richtung bewegt).
Mit dem Unterbinden der Gegenbewegung habe ich (wenn ich es richtig weiß) ohne es zu Wissen auch gleichzeitig das shoot-through-Problem gelöst.
Das Problem hat man fast immer, wenn man einen high-side und einen low-side switch hat. Es reicht ja der Bruchteil einer Sekunde, in dem beide Schalter (MosFET oder Relais) leitend sind, sei es durch einen Softwarefehler (beim Hoch- oder runterfahren des Systems, beim Absturz, oder wenn es schlicht falsch programmiert wurde und kein "break before make" implementiert ist). Oder schlicht die Zeit, die ein Schalter braucht um tatsächlich nicht-leitend zu werden, nachdem er das Steuersignal "aus" bekommen hat. Bei einem Relais ist das die Verzögerung, die dadurch entsteht, dass das Magnetfeld der Spule erst abgebaut werden muss. Bei MosFETs entsteht eine Verzögerung dadurch, dass das Gate ge- bzw. entladen werden muss, UND - viel wichtiger - oft übersehen wird, das ein Steuersignal kein ideales on/off signal mit unendlich hoher Steilheit ist, sondern für einige Nanosekunden einen linearen Bereich durchfährt zwischen 0V und 3.3V oder 5V. Wenn jetzt der low-side FET bei einer Gate-Spannung von z.B 2V leitend wird, aber der high-side FET erst ab einer Spannung von 3V langsam aufhört leitend zu sein (was bei einer n-channel und p-channel Kombination eigentlich immer der Fall ist), hat man einen kurzen Bereich, in dem beide FETs teilweise leitend sind. Da durch die H-Brücke in diesem Zustand ein enorm hoher Strom fließt, ist das entsprechend problematisch. Insbesondere, wenn man eine PWM fährt und dieser Zustand mehrere zehntausend Mal pro Sekunde passiert. Dann sind die FETs erstrecht schnell überhitzt.
Es ist also immer unbedingt nötig, eine kurze "dead time" zu implementieren. Hardware- oder Softwareseitig. Persönlich bevorzuge ich Hardwarelösungen, da sie eben auch den Software-Fehlerfall gut beherrschen.
Die meisten Schaltungen berücksichtigen externe Kurzschlüsse (z.B. bei eingeprägtem Strom "automatisch", das ist aber völlig unüblich inzwischen, sogenannter I-Umrichter).
Gegen den Brückenkurzschluss selbst schützt sonst nichts; klar kann man mit komplementären Verriegelungen zumindest dafür sorgen, dass bei einem Zweig stets nur ein FET angesteuert ist. Dynamische Fehler sind dennoch möglich, gleiches gilt, wenn die Logik "hängt".
Warum ist das alles so kritisch? Weil in der Leistungselektronik stets geschaltet statt stufenlos (und verlustbehaftet) gestellt wird.
Aktive Schutzschaltungen überwachen auch den Transistor- Strom, aber der Hauptschutz gilt stets der Überwachung der maximalen Last.
Viel Erfolg!
Ja das musste ich jetzt auch schmerzhaft lernen und ich habe mir auch schon welche bestellt. Dennoch würde ich gerne mal selber so eine H-Brücke zusammenlöten - ich habe bestimmt demnächst wieder ein Automatisierungs-Projekt wo ich das gebrauchen kann.