H-Brücke mit 2 getrennten Pegeln

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07.11.2012, 23:16
Geistesblitz

H-Brücke mit 2 getrennten Pegeln

Ich hab mir letztens einen kleinen H-Brücken-IC zerschossen als ich versucht hab, die Versorgungsspannung unabhängig von der Logikspannung zu lassen. Anscheinend ist es nicht so toll, wenn die Eingänge keinen definierten Pegel bekommen (Logik abgeschaltet), aber am Spannungseingang immernoch die Versorgung hängt (->Kurzschluss). Nun ist die Frage, ob es reicht, an alle Eingänge bzw. nur die unteren Eingänge Pulldown-Wderstände einzubauen. Gnd ist schließlich für alle Spannungen derselbe Pegel (soweit verbunden) und somit dürfte die Brücke dann auf jeden Fall schließen, wenn von den eigentlichen Signalleitungen nix kommt. Ich frag lieber nochmal nach, bevor der nächste IC hops geht.

Ansonsten, was ist eigentlich, wenn sich die Versorgungsspannung stark von der Logikspannung unterscheidet? Die unteren beiden Mosfets reagieren ja auf Spannungsdifferenzen zu Gnd, das ist dann ja nicht weiter wild, aber aber die oberen beiden Mosfets reagieren auf die Spannungsdifferenz gegenüber der Versorgungsspannung. Kann es dann passieren, dass die Spannungsdifferenz zwischen der Versorgungsspannung und dem Logik-High die Transistoren schon durchschalten lässt? Wenn ich zB. 5V Versorgung nehm und 5V Logik, dann sind die Pegel definiert (High -> 5V gegenüber 5V -> keine Spannungsdifferenz, Low -> 0V gegenüber 5V -> negative Spannungsdifferenz), aber wenn ich beispielsweise 10V Versorgung nehm und 5V Logik, dann ist das nicht mehr so eindeutig (High -> 5V gegenüber 10V -> negative Spannungsdifferenz, Low -> 0V gegenüber 10V -> auch negative Spannungsdifferenz). Muss ich dafür die Schaltung umbauen oder sind meine Bedenken einfach falsch?
08.11.2012, 08:44
HeXPloreR

Ja, da kommz es wohl drauf an welche H-Brücke Du benutzt. es gibt welche mit Freilaufdioiden und sogar das gleiche Modell mal ohne. Welche das waren kann ich jetzt grade nicht mehr sagen, aber es gibt diese Merkwürdigkeit. L293D z.B heißt, glaub ich, der der welche hat. L293 hat wieder keine. Da müsste man dann zusaätzlich welche verbauen.

Versorgungssapnnung sollte getrennt gemacht werden können(10V Motoren; 5V Logik). Und es sollte auch nicht schaden wenn man die Logikspannung abschaltet, da dann normalerweise das IC dann nur abschaltet, also die Motoren bremsen.

Also das ist das was ich so allgemein darüber weiß.
08.11.2012, 09:26
Geistesblitz

Welchen IC ich genau mein kannst du doch eigentlich im Link sehen, den ich im Startpost gesetzt hab. Laut Datenblatt hat der Freilaufdioden. Der erste IC ist sofort durchgeraucht, als ich versucht hab, eine externe Spannung anzulegen (Logikspannung war abgeschaltet).
08.11.2012, 14:10
ranke

Undefinierte Spannungspegel sind generell eine Gefahr. Beim angegebenen IC sind die Eingänge (MOSFET) sehr hochohmig, da reicht eine aufgeschnappte Brummspannung und der Transistor schaltet durch. Das betrifft besonders nicht angeschlossene Leitungen. Wenn die Leitungen an einem (nicht mit Betriebsspannung versorgten) MC hängen und die Masseleitungen verbunden sind, scheint mir das nicht ganz so kritisch zu sein (zumindest hätte ich da kein Problem erwartet).
Zur höheren Betriebsspannung:
der Highside wird leitend, wenn das Gatepotential ein paar Volt unter die positive Betriebsspannung sinkt. Das bedeutet, dass bei einer 5V Logik nicht mehr als etwa 7 V Motorspannung möglich sind, ansonsten ist der Highside nicht mehr zu sperren. Mit einem zusätzlichen npn-Bipolartransistor und zwei Widerständen wäre die Pegelanpassung für höhere Spannungen machbar (Highside-Gate über Widerstand an Motorplus und gleichzeitig an Kollektor des Transistors. Emitter an Masse, Basis über Widerstand an Logikeingang, das Ganze invertiert). Die vorgeschlagene Pegelanpassung ist von den Schaltzeiten nicht ganz optimal, PWM sollte man deshalb besser mit dem Lowside machen.
08.11.2012, 14:58
Geistesblitz

Zitat:

Zitat von ranke

Undefinierte Spannungspegel sind generell eine Gefahr. Beim angegebenen IC sind die Eingänge (MOSFET) sehr hochohmig, da reicht eine aufgeschnappte Brummspannung und der Transistor schaltet durch. Das betrifft besonders nicht angeschlossene Leitungen. Wenn die Leitungen an einem (nicht mit Betriebsspannung versorgten) MC hängen und die Masseleitungen verbunden sind, scheint mir das nicht ganz so kritisch zu sein (zumindest hätte ich da kein Problem erwartet).

Ah, ok, also wie vermutet. Komischerweise war ein µC angeschlossen, nur halt seine Versorgungsspannung abgeschaltet. Ich werds wohl doch mal mit den Pull-Down-Widerständen versuchen, vielleicht gehts ja dann.

Zitat:

Zitat von ranke

Zur höheren Betriebsspannung:
der Highside wird leitend, wenn das Gatepotential ein paar Volt unter die positive Betriebsspannung sinkt. Das bedeutet, dass bei einer 5V Logik nicht mehr als etwa 7 V Motorspannung möglich sind, ansonsten ist der Highside nicht mehr zu sperren. Mit einem zusätzlichen npn-Bipolartransistor und zwei Widerständen wäre die Pegelanpassung für höhere Spannungen machbar (Highside-Gate über Widerstand an Motorplus und gleichzeitig an Kollektor des Transistors. Emitter an Masse, Basis über Widerstand an Logikeingang, das Ganze invertiert). Die vorgeschlagene Pegelanpassung ist von den Schaltzeiten nicht ganz optimal, PWM sollte man deshalb besser mit dem Lowside machen.

Ok, auch hier wie vermutet. Naja, ich wollte die H-Brücke eh für eine eigene Servoelektronik verwenden, da werden wohl nicht über 6-7V für den Motor gebraucht. Wär auch ein wenig ungünstig, da ich die linken und die rechten Eingänge jeweils verbunden hab, wobei ich auf einer Seite die Richtung umstellen kann und auf die andere die PWM gebe. Ist ganz praktisch, dass unten n-Kanal und oben p-Kanal-Mosfets verbaut sind, so braucht man keinen extra Inverter. So ist dann bei High oder Low jeweils ein Transistor auf der jeweiligen Seite durchgeschaltet und der andere gesperrt.

Zwar gehört das nicht mehr zum Thema, aber wo finde ich Spannungsregler in SMD, die auch aus 6V oder gar weniger noch 5V machen können? Bzw. wonach muss ich dafür suchen?
08.11.2012, 15:04
PICture

Hallo!

Zitat:

Zitat von Geistesblitz

... wo finde ich Spannungsregler in SMD, die auch aus 6V oder gar weniger noch 5V machen können? Bzw. wonach muss ich dafür suchen?

Du musst einen "(very)low drop" Spannungsregler suchen. ;)
08.11.2012, 19:42
ranke

Zitat:

Komischerweise war ein µC angeschlossen, nur halt seine Versorgungsspannung abgeschaltet

Das ist insofern bedenklich, weil die Ports von Mikrocontrollern Schutzdioden zur positiven und negativen Betriebsspannung haben. Die Portspannung kann also nur geringfügig über Vcc bis geringfügig unter Vss liegen. Wenn Vss=Vcc=GND dann hätte eigentlich nichts passieren dürfen (außer GNDdigital war nicht mit GNDleistung verbunden). Du solltest also nochmal genauer nachsehen, sonst geht der nächste Treiber womöglich auch in Rauch auf.
08.11.2012, 20:21
Klebwax

Dieser Chip ist ja ein niedliches Teil. Er ist aber mit anderen Brückentreibern schlecht zu vergleichen. Es sind einfach nur 4 FETs, schon mal passenden für eine Brücke verdrahtet. Und er verhält sich, wie man sieht, auch so. Bei einer Push-Pull Endstufe oder Halbbrücke führt jeder Fehler zum sofortigen Tod.

Zitat:

Zitat von ranke

Das ist insofern bedenklich, weil die Ports von Mikrocontrollern Schutzdioden zur positiven und negativen Betriebsspannung haben. Die Portspannung kann also nur geringfügig über Vcc bis geringfügig unter Vss liegen. Wenn Vss=Vcc=GND dann hätte eigentlich nichts passieren dürfen (außer GNDdigital war nicht mit GNDleistung verbunden). Du solltest also nochmal genauer nachsehen, sonst geht der nächste Treiber womöglich auch in Rauch auf.

Das gilt aber nur wenn Vcc wirklich gleich GND ist. Die Transistoren in dem Array können ab 1V zwischen Gate und Source schalten. Wenn also über parasitäre Ströme die µC Versorgung auf 1V oder mehr kommt, kann es schief gehen. Und bei verbundenen Gates und Pull Downs sind die High-Side Transistoren immer an. Wegen der 1V Thresholdspannung darf auch die Versorgung der Brücke nur wenig (besser garnicht) höher als die Versorgung der Ansteuerung sein.

Und noch zu den Freilaufdioden. Er hat keine "eingebaut". Die Diode im Schaltzeichen ist die parasitäre Diode (Body Diode) die bei der Herstellung eines jeden Leistungs-FETs entsteht. Sie soll eigentlich nur aussagen, daß der FET in umgekehrter Richtung leitet. Bei einer Brückenschaltung wirken sie als Freilaufdioden. Wenn du aber die Brücke wie beschrieben mit verbundenen Gates betreibst, gibt es keinen "Freilauf". Das ist also unkritisch.

MfG Klebwax
10.11.2012, 21:37
Geistesblitz

So, jetzt hab ich die H-Brücke mal mit einer eigenständig geregelten 5V-Spannung betrieben und alles hält, selbst wenn der Controller aus ist. Auch die Spannungseinbrüche, die den Controller bei hohen Motorströmen haben abstürzen lassen, sind jetzt weg, da sie sich keinen Spannungsregler mehr teilen müssen. Zu den Einbrüchen kam es aber auch nur bei dem Motor des Servos, bei den meisten anderen war das kein Problem. Jedenfalls denk ich, dass beim letzten Versuch der Fehler war, nicht mit 5V auf die Brücke zu gehen, sondern mit 7,5V und dass somit die oberen Transistoren definitiv durchgeschaltet waren oder sowas. ich würds jetzt gerne nochmal mit 6V an der Brücke versuchen, allerdings hab ich dafür keine Spannungsregler. Mal sehen, ob ich dafür irgendwo ein Netzteil hab.
10.11.2012, 22:23
PICture

Man kann die Ausgangsspannung (Uo = Ur + Ug) von jedem Spannungsregler (R) mit Dioden (D1, D2, usw.) um Ug erhöhen, wenn sie nicht sehr genau und stabil seien müsste. Beispielweise mit normaler (D1) und Schottky (D2) Dioden um ca. 1V. ;)

Code:

___ | | o------| R |-------o A |___| A A | | |Ur | | o---- | | | A | | D1V | | | - | | |Ui | |Ug |Uo | D2V | | | ~ | | | | | | === === === === GND GND GND GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)