Hallo Gemeinde, ich möchte eine H-Brücke mit Ansteuerung entwerfen. Dazu habe ich bereits einige Komponenten ausgesucht. Bei der Verwendung der Ladungspumpe mittels NE555 bin ich mir nicht ganz sicher. In den gängigen Application Reports von Infineon oder TI ist meist nur die Ladungspumpe einzeln gezeigt. Für meine Schaltung hab ich mich an folgendes Dokument gehalten (https://www.ti.com/lit/an/slva444/slva444.pdf). Zu der Schaltung: Es soll ein Motor mit maximal 30V, ein Dunkermotor Gr63x55 betrieben werden. Das Netzteil kann maximal 10A liefern. Die Steuerung erfolgt mittels eines PWM-Signals und einem Richtungssignals. Die Mosfets werden durch die Schaltung der UND-, ODER-Glieder und dem RC-Glied mit einer Totzeit versehen. Nun zur Frage: Ist das so richtig? Ich bin mir nicht sicher ob ich die Mosfets nicht kaputt mache. Die Spannung am Ausgang des NE555 beträgt durch die 3stufen 45V. Also +15V über dem Source des Highside-Mosfets. Bzw was kann ich allgemein noch verbessern? Danke für eine Antwort Grüße Max
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Max schrieb: > Es soll ein Motor mit maximal 30V, ein Dunkermotor Gr63x55 betrieben > werden. Das Netzteil kann maximal 10A liefern. Dann spar dir den ganzen Aufwand mit den Ladungspumpen und löse das Problem mit P-Channel MOSFets in der Highside. Spart enorm Aufwand und ist extrem übersichtlich. Für die Ladungspumpe musst du dir auch klar machen, das der Highside MOSFet nur das sieht, was zwischen seiner Source und dem Gate liegt. Ein GND Bezug der Ladungspumpe führt dazu, das viel zu viel Gatespannung an ihm liegt. Eine richtige Versorgung der Highside würde man mit einem galvanischen getrennten DC/DC Wandler machen. Aber, wie o.a., für deine Zwecke ist die Lösung mit P-Channel einfach und schnell.
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Danke Matthias für die schnelle Antwort. Leider soll/muss ich N-Kanal Mosfets verwenden. Du schreibst, dass das Gate des Highside Mosfets zu viel Spannung sieht. Das hab ich mir auch schon überlegt. Wäre es möglich die Ladungspumpe auf Source des Mosfets zu legen? Dann würde eine einzige Stufe mit +15V reichen oder? Bzw wie muss ich mir die Verbindung dann vorstellen Danke für die Hilfe
Wie schon gesagt, die sinnvolle Möglichkeit, wenn du unbedingt N-Kanal nehmen musst (warum eigentlich?), sind galvanische getrennte DC/DC Wandler, die zwischen Source der Highside und dem VB Anschluss einspeisen. Du wirst zwei brauchen, für jede Halbbrücke einen. Bspw.: https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-ri-12-vin-single-12-vout-167-ma-sip-4-ri-1212s-p159053.html https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-rkz-12-vin-single-12-vout-168-ma-sip-7-rkz-1212s-p177238.html
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Max schrieb: > Nun zur Frage: Ist das so richtig? Naja. Wenn deine Halbbrücken auf LOW schalten, sind dein Ladungspumpen fast kurzgeschlossen. Sie werden nicht abrauchen, aber schön isses nicht. > Ich bin mir nicht sicher ob ich die > Mosfets nicht kaputt mache. Die Spannung am Ausgang des NE555 beträgt > durch die 3stufen 45V. Also +15V über dem Source des Highside-Mosfets. Wozu ein diskreter Aufbau? Für 30V und 10A gibt es vollintegrierte H-Brücken, siehe H-Brücken Übersicht. Die sind einfacher zu nutzen und robuster.
Falk B. schrieb: > Wozu ein diskreter Aufbau? Für 30V und 10A gibt es vollintegrierte > H-Brücken, siehe H-Brücken Übersicht. Die sind einfacher zu nutzen > und robuster. Und selbst wenn man diskret aufbauen will, es gibt vollintegrierte High Side Treiber mit 100% DC, z.b. den LTC7001 https://www.analog.com/en/products/ltc7001.html.
Es ist für nen Projekt im Studium (Maschinenbau). Ich soll es mit N-Kanal Mosfets machen, da es sonst zu einfach ist :D Bzw da hier das Rdson niedriger ist. Die Aufgabe besteht leider darin ne diskrete Leistungselektronik aufzubauen. Käuflich erwerbbare Treiberbausteine sind erlaubt. Das heißt, es wäre die beste Möglichkeit den IR2110 mit nem LTC7001 oder den NE555 mit nem DC/DC Wandler zu ersetzen? Fürs Verständnis: Was macht die interne Ladungspumpe des LTC7001 anders als eine diskrete mit einem NE555? Bis jetzt habe ich gehofft, dass der Umbau auf die zwei Ladungspumpen das Problem der 100% beheben würde. Naja, da habe ich den Application Notes zu sehr geglaubt.
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Max schrieb: > Ich soll es mit > N-Kanal Mosfets machen, da es sonst zu einfach ist :D > Bzw da hier das Rdson niedriger ist. Zu einfach? Widerspricht einfach dem KISS Prinzip, wenn man da einen Drahtverhau statt ein paar wenigen Bauteilen einsetzt. Gut, Eindruck macht es bestimmt... :-P Das mit dem RdsOn ist bei deinem kleinen Motor ziemlich wurscht. Max schrieb: > Das heißt, es wäre die beste Möglichkeit den IR2110 mit nem LTC7001 oder > den NE555 mit nem DC/DC Wandler zu ersetzen? Ich bevorzuge den DC/DC Wandler, so sind alle Potenzialprobleme vom Tisch. Zum LTC7001 kann ich nichts sagen, ausser, das du dir dann mal das Datenblatt ziehen solltest. Der IR2110 ist ein bewährter Chip, den ich oft benutzt habe.
Hier mal die AN-978 mit High-Side 100%ED http://www.mikrocontroller.net/attachment/107963/an-978.pdf Gemeint ist Figure 16. Ist zwar für einen IGBT und nur Highside dargestellt. Lässt sich aber leicht auf Vollbrücke mit MOSFET umbauen.
Max schrieb: > Bis jetzt habe ich gehofft, dass der Umbau auf die zwei Ladungspumpen > das Problem der 100% beheben würde. Naja, da habe ich den Application > Notes zu sehr geglaubt. Begnüge Dich mit 99%, dann hast Du das ganze Drama nicht.
Max schrieb: > Es ist für nen Projekt im Studium (Maschinenbau). Ich soll es mit > N-Kanal Mosfets machen, da es sonst zu einfach ist :D > Bzw da hier das Rdson niedriger ist. OK, als Lernprojekt kann man das so machen. Aber dann bitte richtig. > Das heißt, es wäre die beste Möglichkeit den IR2110 mit nem LTC7001 oder > den NE555 mit nem DC/DC Wandler zu ersetzen? Die beste nicht, aber eine von vielen Möglichkeiten. > Fürs Verständnis: Was macht die interne Ladungspumpe des LTC7001 anders > als eine diskrete mit einem NE555? Sie funktioniert ohne Kurzschluß, wenn LOW geschaltet wird. > Bis jetzt habe ich gehofft, dass der Umbau auf die zwei Ladungspumpen > das Problem der 100% beheben würde. Wenn man es richtig macht (tm), dann geht es mit 2 NE555 als Ladungspumpe. Siehe Anhang. Seite 18, Figure 16. (Naja, ist jetzt nicht so ganz pädagogisch wertvoll)
Bernd K. schrieb: > Hier mal die AN-978 mit High-Side 100%ED und Falk B. schrieb: > dann geht es mit 2 NE555 als > Ladungspumpe. Siehe Anhang. Seite 18, Figure 16. Danke für die Anleitung. Auf diese bin ich auch schon getroffen, bzw wird diese in verschiedensten Beiträgen als Lösung verlinkt. Hier wird die CMOS Variante vom 555 verwendet. Soweit ich das verstanden habe, benötigt diese einen kleineren Strom und ist sparsamer? Die Verschaltung habe ich leider nicht 100%ig verstanden, aber möchte sie gerne verstehen. Anders als ein 555 im astabilen Multivibrator "Modus", wird diese Ladungspumpe nur verwendet wenn sie benötigt wird (kein Durchgänger Takt)? Die Ladungspumpe wird außerdem nicht auf GND bezogen, sondern auf die Source-Spannung? Für die Auslegung der Bauteile (ich gehe davon aus, dass wenn ich den ICM7555 durch den NE555 ersetze, müssen die Widerstände, Zenerdiode, Kondensator und die Dioden ausgetauscht werden) habt ihr Tipps? Bzw anders gefragt, funktioniert dieser Aufbau überhaupt mit dem "alten" NE555? Ich habe bereits versucht diesen Aufbau zu simulieren, jedoch habe ich die Modelle vom ICM555 oder auch TLC555 in LTSpice nicht zum laufen bekommen. Deswegen habe ich den NE555 überhaupt ausgesucht. Vielen Dank schonmal für die vielen Tipps und die Ratschläge
Max schrieb: > die CMOS Variante vom 555 verwendet. Soweit ich das verstanden habe, > benötigt diese einen kleineren Strom und ist sparsamer? Ja. > Anders als ein 555 im astabilen Multivibrator "Modus", wird diese > Ladungspumpe nur verwendet wenn sie benötigt wird (kein Durchgänger > Takt)? Korrekt. Sie arbeitet nur, wenn der Leistungsausgang auf HIGH liegt. > Die Ladungspumpe wird außerdem nicht auf GND bezogen, sondern auf die > Source-Spannung? Korrekt. Die "hängt" ca. 12V unter dem Source des oberen MOSFETs. > Für die Auslegung der Bauteile (ich gehe davon aus, > dass wenn ich den ICM7555 durch den NE555 ersetze, Nö! Du musst schon eine CMOS-Variante nehmen, NE7555, TLC555 oder ähnlich. der originale, bipolare NE555 würde zwar auch gehen, frißt dann aber in Summer deutlich mehr Strom, als es der Treiber tut, den er speisen soll. > müssen die > Widerstände, Zenerdiode, Kondensator und die Dioden ausgetauscht werden) Nö. Nur der 100k Widerstand nach Masse. Der bestimmt den Betriebsstrom des ICM7555. Rechne mal mit 1-2mA, das reicht locker. > Bzw anders gefragt, funktioniert dieser Aufbau überhaupt mit dem "alten" > NE555? Ja, aber halt schlechter und mit mehr Stromverbrauch.
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Max schrieb: > benötigt diese einen kleineren Strom und ist sparsamer? Die Verschaltung > habe ich leider nicht 100%ig verstanden, aber möchte sie gerne > verstehen. > Habe vor längerer Zeit dieses Bild gemalt. Sollte zum Verständnis beitragen.
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Bernd K. schrieb: > Habe vor längerer Zeit dieses Bild gemalt. Super Danke. Ja dadurch ist es deutlich klarer geworden. Falk B. schrieb: > Nö. Nur der 100k Widerstand nach Masse. Der bestimmt den Betriebsstrom > des ICM7555. Rechne mal mit 1-2mA, das reicht locker. Wenn ich also 30V als Motorspannung verwende und einen Strom von 1-2mA haben soll, erhalte ich einen Widerstand von: R=U/I=30V/1mA=30kOhm bzw mit 2mA 15kOhm. Wenn ich also 22k nehme bin ich auf der sicheren Seite? Die angehängte Schaltung ist dann korrekt? Die Spannung am Gate beträgt bei 100% PWM "nur" ca 34V. Der verwendete Mosfet schält aber erst bei min. 2 und max. 4V Tut mir leid dass die Bilder doppelt vorhanden sind, kann ich ein paar wieder löschen?
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Max schrieb: > Wenn ich also 30V als Motorspannung verwende und einen Strom von 1-2mA > haben soll, erhalte ich einen Widerstand von: > > R=U/I=30V/1mA=30kOhm bzw mit 2mA 15kOhm. Wenn ich also 22k nehme bin ich > auf der sicheren Seite? Nicht ganz. Die Spannung über dem Widerstand ist die Leistungsversorgung (30V) - die Z-Spannung (12V), also 18V. Macht bei 2mA 9k. > Die angehängte Schaltung ist dann korrekt? Naja. D4 muss eine Z-Diode sein. Und was soll der Käse mit dem Label trig1? Zeichne ein normales SIgnal! und CONT sollte sicher NICHT auf Masse liegen, genau so wenig wie DIS! An de NE555 darf GAR NICHTS auf Masse liegen! > Die Spannung am Gate beträgt > bei 100% PWM "nur" ca 34V. Was nicht wundert, deine Schaltung stimmt nicht. > Der verwendete Mosfet schält aber erst bei > min. 2 und max. 4V Nö, dort fängt er MINIMAL an zu schalten. https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Erkl%C3%A4rung_der_wichtigsten_Datenblattwerte
Falk B. schrieb: >> R=U/I=30V/1mA=30kOhm bzw mit 2mA 15kOhm. Wenn ich also 22k nehme bin ich >> auf der sicheren Seite? > > Nicht ganz. Die Spannung über dem Widerstand ist die Leistungsversorgung > (30V) - die Z-Spannung (12V), also 18V. Macht bei 2mA 9k. > Bei der 500V Anwendung haben wir einen Strom von 485V/100k = 4,85mA Bei der 30V Anwendung müsste der Widerstand 15V/4,85mA = 3k sein. Wahrscheinlich reicht ein 9k Widerstand. Es spricht aber auch nichts gegen einen 3k Widerstand. Und ja, D4 muss eine Z-Diode (12-15V) sein.
Falk B. schrieb: > An de NE555 darf GAR NICHTS auf Masse liegen! Ich hab festgestellt, 555-Schaltungen funktionieren am besten, wenn Pin 1 auf Masse liegt :D SCNR
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Falk B. schrieb: > Naja. D4 muss eine Z-Diode sein. Und was soll der Käse mit dem Label > trig1? Zeichne ein normales Signal! und CONT sollte sicher NICHT auf > Masse liegen, genau so wenig wie DIS! An de NE555 darf GAR NICHTS auf > Masse liegen! Danke. Ich hab mich nur daran erinnert, dass nicht verwendete Ausgänge eines ICs nicht offen liegen sollen, sondern auf GND gezogen werden sollen. Da hier die Ladungspumpe auf der Source Spannung schwebt, war diese Regel natürlich falsch. Zur Simulation habe ich jetzt mal eine Zener Diode aus LTSpice verwendet. Für die reale Schaltung: Reicht eine Zener Diode mit 0,5W? (https://www.reichelt.de/gb/de/zenerdiode-15-v-0-5-w-do-35-zf-15-p23116.html?&trstct=pol_0&nbc=1) oder sollte es doch eine Größere mit 1W oder sogar mehr sein? Bernd K. schrieb: > Bei der 30V Anwendung müsste der Widerstand 15V/4,85mA = 3k sein. > > Wahrscheinlich reicht ein 9k Widerstand. Die Simulation hat nur mit einem Widerstand von 3kOhm funktioniert. Ist der Betriebstrom dem Datenblatt zu entnehmen oder sind das Erfahrungswerte? Ich finde in diesem leider nichts (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc555.pdf?ts=1719804626369) Im Application Note werden 1N4148 verwendet, wenn ich den Strom, der durch die Dioden fließt betrachte, sind maximale Ströme von 300mA vorhanden. Da hier aber der Strom in Fließrichtung dargestellt ist, müsste sie reichen? Der entgegen der Dioden fließende Strom beträgt nur -50mA
Matthias S. schrieb: > Max schrieb: >> Es soll ein Motor mit maximal 30V, ein Dunkermotor Gr63x55 betrieben >> werden. Das Netzteil kann maximal 10A liefern. > > Dann spar dir den ganzen Aufwand mit den Ladungspumpen und löse das > Problem mit P-Channel MOSFets in der Highside. Spart enorm Aufwand und > ist extrem übersichtlich. Nein > ihm liegt. Eine richtige Versorgung der Highside würde man mit einem > galvanischen getrennten DC/DC Wandler machen. Nein Es gibt von Onsemi Treiber mit integrierter Ladungspumpe für 100% PWM weil N-Kanal durchaus Vorteile haben
J. T. schrieb: > Falk B. schrieb: >> An de NE555 darf GAR NICHTS auf Masse liegen! > > Ich hab festgestellt, 555-Schaltungen funktionieren am besten, wenn Pin > 1 auf Masse liegt :D > > SCNR Der NE555 ist mit seiner Betriebsspannung floatend, weil die Schaltung auch mit z.B. 200V funktioniert, wenn da Pin 1 auf Masse liegen würde wäre das für die Lebensdauer extrem schädlich :-)
Max schrieb: > Danke. Ich hab mich nur daran erinnert, dass nicht verwendete Ausgänge > eines ICs nicht offen liegen sollen, EINGÄNGE! Ausgänge dürfen meistens problemlos offen bleiben! > sondern auf GND gezogen werden > sollen. Ja, aber den GND vom IC, nicht der Schaltung. > Zur Simulation habe ich jetzt mal eine Zener Diode aus LTSpice > verwendet. Für die reale Schaltung: Reicht eine Zener Diode mit 0,5W? Ja sicher. 2mA*12V = 24mW, real weniger > Die Simulation hat nur mit einem Widerstand von 3kOhm funktioniert. Ist > der Betriebstrom dem Datenblatt zu entnehmen Ja. > oder sind das > Erfahrungswerte? Ich finde in diesem leider nichts > (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc555.pdf?ts=1719804626369) Seite 5, supply current, max. 250uA bei 25°C. > Im Application Note werden 1N4148 verwendet, wenn ich den Strom, der > durch die Dioden fließt betrachte, sind maximale Ströme von 300mA > vorhanden. Naja, für ultrakurze Zeit von vielleicht 1us. > Da hier aber der Strom in Fließrichtung dargestellt ist, > müsste sie reichen? Der entgegen der Dioden fließende Strom beträgt nur > -50mA Das ist ein Simulationsartefakt. Real schaltet der TLC555 niemals so schnell, als daß die sehr schnellen 1N4148 (trr=4ns) auch nur ansatzweise in die Sperrerholzeit mit 50mA kommen.
Wenn man DC/DC Wandler verwendet sollte man bedenken, dass man nicht einfach den billigsten nehmen kann. Selbst wenn eine Funktionsisolation ausreichend ist sollte man die Trennkapazität des Wandlers mit im Auge behalten und ob der auch für diese Betriebsart gebaut wurde. Schließlich wird die Isolation mit den steilen Flanken der Ausgangsspannung belastet. Das kann je nach Frequenz und Spannungshub nicht jeder aus der Kramkiste.
Moin, Max schrieb: > Danke. Ich hab mich nur daran erinnert, dass nicht verwendete Ausgänge > eines ICs nicht offen liegen sollen, sondern auf GND gezogen werden > sollen. Da hier die Ladungspumpe auf der Source Spannung schwebt, war > diese Regel natürlich falsch. Jetzt hast du sie auf das GND-Potenzial vom NE555 gezogen, schon richtiger. Aber DIS verwendest du nicht und es passiert auch nichts schlimmes, wenn du ihn offen lässt, das ist einfach nur ein Open-Collector-Ausgang, also einer, der entweder auf Masse (natürlich GND vom NE555) geschaltet wird oder hochohmig ist. Aber CONT darfst du höchstens über einen Kondensator an GND legen. Bei der CMOS-Version darfst du den pin tatsächlich auch offen lassen. Aber auf GND oder VCC funktioniert garantiert nicht. Gruß, Roland
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Roland D. schrieb: > Aber DIS verwendest du nicht und es passiert auch nichts > schlimmes, wenn du ihn offen lässt Ok heißt für mich ich kann den Discharge-Pin unangeschlossen lassen. Danke für die Info. Roland D. schrieb: > Aber CONT darfst du > höchstens über einen Kondensator an GND legen. Welches GND ist damit gemeint? Das "richtige" GND oder das virtuelle vom TLC555? Wenn ich den TLC555 wie in der Abbildung anschließe und an dem Punkt des CONT-Eingangs messe, liegt hier eine Spannung von 14,4V an. An Vcc liegen bei schaltendem Highside Mosfet 30V an. Das passt dann doch? Noch eine weitere Frage: Die Pulldown Widerstände der Mosfets, sind diese notwendig bzw verbessern diese das ansprechverhalten der Mosfets? So wie ich es verstanden habe, werden diese hochohmigen Widerstände verwendet um das Gate des Mosfets zu entladen, was zu einer schnelleren toff Zeit führt. Ich frage, da die Simulation mit diesen Widerständen immer zu kämpfen hat. Wenn ich sie lösche läuft es ohne Probleme durch Vielen vielen dank schonmal für die ganzen Tipps und Ratschläge. Ihr seid eine riesen Hilfe
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Max schrieb: >> Aber CONT darfst du >> höchstens über einen Kondensator an GND legen. > > Welches GND ist damit gemeint? Das "richtige" GND oder das virtuelle vom > TLC555? Das virtuelle vom TLC555. > Wenn ich den TLC555 wie in der Abbildung anschließe Ist falsch! Lass es einfach offen! > Noch eine weitere Frage: Die Pulldown Widerstände der Mosfets, sind > diese notwendig Die halten das Gate auf 0V relaitv zum SOurce, wennd er Treiber nicht aktiv ist, wenn er (noch) nicht genug Versorgungsspannung hat. Für die Simulation nicht wichtig, in der Realität schon. > bzw verbessern diese das ansprechverhalten der Mosfets? Nein. > So wie ich es verstanden habe, werden diese hochohmigen Widerstände > verwendet um das Gate des Mosfets zu entladen, was zu einer schnelleren > toff Zeit führt. Nein, viel zu hochohmig. > Ich frage, da die Simulation mit diesen Widerständen immer zu kämpfen > hat. Wenn ich sie lösche läuft es ohne Probleme durch Naja, 10k an 12V sind 1,2mA. Das ist schon recht viel. Wenn deine Ladungspumpe zu schwach ist, kann das zum Problem werden.
Falk B. schrieb: > Nein, viel zu hochohmig. Jetzt bin ich verwirrt. Du meinst sie sind zu hochohmig, aber 1,2mA die fließen sind auch zu viel? Dann müsste der Widerstand ja noch hochohmiger sein, dass ein kleinerer Strom fließt. Also eher 100kOhm, bei dem 0,12mA fließen, oder sogar mehr? Falk B. schrieb: > Ist falsch! Lass es einfach offen! Ich hab versucht die Simulation zu starten mit dem offenen Cont-Pin. Da weigert sich LTSpice. Problem ist, ich muss die Funktion der Schaltung anhand der Simulation zuerst beweisen. Selbst wenn es später in der Praxis funktioniert bzw sogar ohne verbundenen Cont-Pin besser funktioniert, fehlt mir der vorherige Beweis. Das ist aber dann eher nen Problem von LTSpice und nicht der Schaltung
Max schrieb: > Falk B. schrieb: >> Nein, viel zu hochohmig. > > Jetzt bin ich verwirrt. Du meinst sie sind zu hochohmig, aber 1,2mA die > fließen sind auch zu viel? NEIN! Lies mal dein Zitat, worauf ich geantwortet habe! > Dann müsste der Widerstand ja noch > hochohmiger sein, dass ein kleinerer Strom fließt. Also eher 100kOhm, > bei dem 0,12mA fließen, oder sogar mehr? Lass mal die 10k, die sind im Moment nicht dein Problem. > Falk B. schrieb: >> Ist falsch! Lass es einfach offen! > > Ich hab versucht die Simulation zu starten mit dem offenen Cont-Pin. Da > weigert sich LTSpice. Lad mal deine LTspice datei und alle extra Bauteile hier hoch. > Problem ist, ich muss die Funktion der Schaltung > anhand der Simulation zuerst beweisen. Selbst wenn es später in der > Praxis funktioniert bzw sogar ohne verbundenen Cont-Pin besser > funktioniert, fehlt mir der vorherige Beweis. Jaja, die Akademiker und ihre "Beweise".
Falk B. schrieb: >> So wie ich es verstanden habe, werden diese hochohmigen Widerstände >> verwendet um das Gate des Mosfets zu entladen, was zu einer schnelleren >> toff Zeit führt. > > Nein, viel zu hochohmig. Sorry, ok da drauf war das hochohmige bezogen :) Ich hoffe das sind alle Dateien. Wenn die Pulldown-Widerstände gelöscht werden und der Cont-Pin verbunden ist, funktioniert es.
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