Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik H-Brücke bei niedrigen Eingangsspannungen


von Markus (Gast)


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Hallo

Ich möchte ein Digitales Signal mit einer Amplitude von etwa 0.5 V bis 
+2,5 V mit einer Frequenz von etwa 2 kHz in der Polarität schalten. Dazu 
wollte ich den Arduino DUE und dessen Analogen Ausgang benutzten, da er 
in etwa in meine Anwendung passt. Da ich die Polarität des Siganls mit 
etwa 2 Khz schalten möchte kam mir eine H-Brücke in den Sinn, die mit 
dem Mikrokontroller mitgeschaltet wird. Mein Problem ist derzeit das 
diese H-Brücke meine Last von <20 mA schalten soll (was eigentlich kein 
Problem darstellen sollt), dies aber bei etwa 0.5 V auch noch 
zuverlässig tun sollte.

Die H-Brücken die ich bisher gefunden habe benötigen alle mindestens 2V 
Eingangsspannung. Woran liegt das? Ich würde mir auch 4 Transistoren auf 
ein Board setzen. Geht das bei den Spannungen oder spricht da 
irgendetwas dagegen, was ich bisher noch nicht verstanden habe. 
(Leckspannungen usw.?) Falls es geht, welche Transistoren bzw H-Brücke 
würdet ihr empfehlen?

Schöne Grüße

Markus

von Noooby (Gast)


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Markus schrieb:
> Die H-Brücken die ich bisher gefunden habe benötigen alle mindestens 2V
> Eingangsspannung.

Weil über jedem "normalen" Transistor je nach Temperatur (bei 25°C) 0,7V 
abfallen. In der H-Brücke sinds ja immer 2 also min 1,4V. Dann brauchst 
du ja noch was an Spannung für den Motor das übrig bleibt und das ganze 
muss auch noch im Temperaturbereich von 0...80°C (wenn nicht mehr in den 
Specs drin steht) funktionieren. Merkste was. Mosfets wären ein netter 
Versuch, die haben zumindest im nicht-gesperrten zustand nur einen 
Spannungsabfall von U=Rdson*I wobei U=Spannungsabfall über dem 
einzelenen Mosfet, Rdson fester Parameter dem Datenblatt zu entnehmen, I 
der Strom der durch den Motor fließt.

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Markus!

Das Problem bei H-Brücken mit bipolaren Transistoren ist der 
Spannungsabfall über den Transistoren. Besser geeignet wären hier FETs, 
da hängt der Spannungsabfall in erster Linie vom Strom und vom RDSon der 
FETs ab. Wenn Du sowieso eine H-Brücke verwenden willst, was soll dann 
der analoge Ausgang vom Arduino?

Andere Möglichkeit, wenn der Strom gering ist: PWM-Ausgang verwenden und 
(aktiven) Tiefpass nachschalten.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Markus (Gast)


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H

Noooby schrieb:
> Weil über jedem "normalen" Transistor je nach Temperatur (bei 25°C) 0,7V
> abfallen.

macht Sinn danke

> Andere Möglichkeit, wenn der Strom gering ist: PWM-Ausgang verwenden und
> (aktiven) Tiefpass nachschalten.

Ich möchte keinen Motor schalten, sondern ein "digitales" Signal 
erzeugen. Die Amplitude des Signals muss allerdings vom Microkontroller 
einstellbar sein. Wenn ich eine Frequenz des "digitalen Signals" von bis 
zu 2 KHz erzeugen will brauche ich ja immense Frequenzen der PWM und 
einen sehr präzisen Tiefpassfilter. Auch kann ich damit noch immer nicht 
die polarität drehen !?

Gibt es für den Spannungsbereich Alternativschaltungen die mir scheinbar 
nicht bekannt sind?

Gruß Markus

von Wusel D. (stefanfrings_de)


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> Ich möchte ein Digitales Signal mit einer Amplitude von
> etwa 0.5 V bis +2,5 V mit einer Frequenz von etwa 2 kHz
> in der Polarität schalten.

Moment mal: Wenn die Spannung in diesem bereich variable ist, dann ist 
es ein analoges Signal.

Könnte es sein, dass Du ein analoges Signal in seiner Polarität umkehren 
willst? Das wäre eher der Job für einen Operationsverstärker, nicht für 
eine H-Brücke. Eine H-Brücke kann nur die Spannungsversorgung durch 
schalten, nicht ein analoges Signal.

Beschreibe bitte nochmal genau, was Du vor hast.

von Wusel D. (stefanfrings_de)


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Also willst willst ein Rechtecksignal mit programmierbarer Spannung 
erzeugen?
Soll das Rechtecksignal nur positive Impulse haben, oder auch ins 
negative Umgepolt werden?
Der erste Fall wäre einfacher, das kann man prima mit einem CD4066 
machen.

Weitere Anregungen dazu findest Du hier: 
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/anasw2.htm

von Markus (Gast)


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Ok ich beschreibe nochmal genau was ich will:

Ich benötigte ein Ausgangssignal das folgende Randbedingungen zu 
erfüllen hat.

1. Rechtecksignal mit variabler Amplitude von 0.5 V bis 2,5 V
2. Polarität mit einer Frequenz von 2 KHz schalten
3. Maximaler Ausgangsstrom 20 mA

Ersters ist mit einem Arduino Board sehr leicht umzusetzen. Mein Problem 
liegt im zweiten Punkt, aufgrund des niedrigen Spannungsbereiches.

Wenn ich  Noooby richtig verstehe könnte eine H-Brücke mit einem Mosfet 
zum Erfolg führen? Denn wenn U=Rdson*I gegeben ist und Rdson ist sehr 
viel kleiner als 1 Ohm dann ist der Spannungsabfall auch 
vernachlässigbar.

Habe ich dahingehend noch einen Denkfehler?

von Kai S. (kai1986)


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Hallo,

wenn dein Arduino Board Push-Pull Ausgansstufen hat (sie also als 
Quellen und Senken verwendet werden können) kannst du die Polarität auch 
mit einem einzelnen Digitalausgang ändern. Voraussetzung dafür ist, das 
du nur eine relative Polaritätsänderung benötigst.
Dabei legst du den Anschluss, der als Masse zu deinem 0,5V-2,5V Signal 
dient auf einen Ausganspin. Der Ausganspin ist auf 0V geschaltet, wenn 
du positive Polarität haben möchtest. Wenn du jetzt auf negativ 
Umschalten willst, wird der Ausgangspin auf Vcc (z.B. 5V) geschaltet. 
Dabei muss dann der 0,5V-2,5V Ausgangspegel angepasst werden, was aber 
kein Problem sein sollte.

Beispiel für 5V Versorgungsspannung:
Pin 1 (0,5V-2,5V) hat 1V, Pin 2 (Ausgangspin) hat 0V (Low)
zwischen den beiden hast du dann eine Spannung von 1V
jetzt soll auf -1V umgeschaltet werden:
Pin 1 wird auf 4V gesetzt und Pin 2 auf 5V (High)
zwischen den beiden Pins hast du jetzt eine Spannung von -1V

Gruß Kai

von Markus (Gast)


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Das funktioniert leider nicht, da der DAC auf dem Arduino Board eine 
Maximale Spannung von 2,7 V liefert.

Das das Board zwei DACs dabei hat ist es prinzipiell möglich deinen 
Vorschlag umzusetzen. Allerdings müsste man das 2 kHz schalten dann 
softwaremäßig implementieren. Das fände ich zumindest keine saubere 
Lösung und würde das auch gerne umgehen falls dies möglich ist.

von Wusel D. (stefanfrings_de)


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Nochmal: weitere Anregungen dazu findest Du hier:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/anasw2.htm

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Markus schrieb:
> Das das Board zwei DACs dabei hat ist es prinzipiell möglich deinen
> Vorschlag umzusetzen.

Wenn du deine Last zwischen die beiden DAC setzt, vorausgesetzt, das sie 
diese 20mA liefern können, bist du fertig. Je nach gewünschter Polarität 
lässt du den einen auf Null und regelst den anderen auf die gewünschte 
Spannung.

von Markus (Gast)


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Wie gesagt:

Markus schrieb:
> Das das Board zwei DACs dabei hat ist es prinzipiell möglich deinen
> Vorschlag umzusetzen. Allerdings müsste man das 2 kHz schalten dann
> softwaremäßig implementieren. Das fände ich zumindest keine saubere
> Lösung und würde das auch gerne umgehen falls dies möglich ist.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Markus schrieb:
> Das fände ich zumindest keine saubere
>> Lösung und würde das auch gerne umgehen falls dies möglich ist.

Wieso ist das keine saubere Lösung? Einen DAC per Timer mit Werten zu 
füttern ist ein ganz sauberes übliches Verfahren. Jeder Audiosample 
Player arbeitet so, nur im allgemeinen mit höheren Abtastraten.

von Markus (Gast)


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Wenn das mit einem Timer geht ohne den Mikrokontroller zu belasten wäre 
das natürlich perfekt. Bisher habe ich nur keine Idee wie man sowas 
umsetzt!? Wie geht das denn ohne spezielle Hardware!?

von Markus (Gast)


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Ahh, ich habs gecheckt :D

Interrupts sind was tolles^^ LOL

von kukuk (Gast)


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> Die H-Brücken die ich bisher gefunden habe benötigen alle mindestens 2V
> Eingangsspannung.

Weil über jedem "normalen" Transistor je nach Temperatur (bei 25°C) 0,7V
abfallen.

Hast du DIESE Spannung je gemessen ?

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