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Thema: [H-Brücke] Wozu Hysteresen-Steuerung?

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    [H-Brücke] Wozu Hysteresen-Steuerung?

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    Hallo zusammen,

    ich entwickele gerade eine Motorsteuerung über eine H-Brücke mit dem HIP4080A.
    Anstelle einer Ansteuerung der 4 erlaubten Brückenzustände (A-Side high/B-Side low, A-Side low/B-Side high, beide low, beide high) erfolgt hier die Steuerung über HEN, IN+ und IN-.

    Im Datenblatt und den AN wird dazu eine Hysterese-Schaltung mit einem OP verwendet, die anscheinend die Ströme der beiden Brücken miteinander vergleicht. Durch die Erklärung hierfür steige ich nicht ganz durch, kann mir jemand erläutern, was es damit auf sich hat?

    Warum steuert man die 4 o.g. Zustände nicht einfach über 2 Pins an?

    Viele Grüße,
    Rodney

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von Slowly
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    Moin Rodney,
    ich verwende auch Endstufen mit dem HIP.
    Die Schaltung mit dem OP mist die Ströme der Brücke über Shunts und erzeugt am Ausgang das Signal für eine Überstromabschaltung.
    Kannst Du aber auch weglassen wenn Du auf den Schutz verzichten möchtest.
    Die Ansteuerung über nur ein Signal mit dem Inverter für die andere Halbbrücke ist eine saubere Sache. 128 PWM ist Stillstand, 265 ist 100% vorwärts und 0 ist 100% Rückwärts. Die Lasungspumpen im HIP sollten aber ´möglichst nicht dauerhaft mit 1 oder 0 angesteuert werden also 0 und 256 PWM. Besser minimal 1 und maximal 255. Das ist besser für das Leben der MOSFETs.
    Mit dem HEN kannst Du die Endstufe freischalten wenn die Steuerung hochgefahren ist und wenn eine 128er PWM am Eingang liegt.
    Slowly

  3. #3
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    Zitat Zitat von Slowly
    Die Schaltung mit dem OP mist die Ströme der Brücke über Shunts und erzeugt am Ausgang das Signal für eine Überstromabschaltung.
    Kannst Du aber auch weglassen wenn Du auf den Schutz verzichten möchtest.
    Hm, im Datenblatt klang es eher so, als wenn es dabei um eine Minimierung der Schaltverluste geht?
    Zitat Zitat von AN9404.3
    One advantage of this (-> der Hysterese-Steuerung) is that when currents are largest, switching losses are a minimum, and when switching losses are largest, the dc current component is small.
    Zitat Zitat von Slowly
    Die Lasungspumpen im HIP sollten aber ´möglichst nicht dauerhaft mit 1 oder 0 angesteuert werden also 0 und 256 PWM. Besser minimal 1 und maximal 255. Das ist besser für das Leben der MOSFETs.
    Hm, laut Datenblatt liefert die interne Ladungspumpe ca. 30uA. Ich verwende als Mosfets den IRF1404, da liegt der "Gate-to-Source Leakage" Strom bei max 200nA. Damit bin ich doch auf der sicheren Seite, dass die Ladungspumpe ausreicht, oder?

    Viele Grüße,
    Rodney

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von Slowly
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    Hm, was es mit der Hysterese auf sich hat weiß ich nicht. Es hat wohl eher etwas damit zu tun, das beide Halbbrücken immer gepulst werden und es ein eigenes Thema ist was mit der Motorinduktivität passiert.
    Das mit der Hysterese steht doch nicht im Original Datenblatt oder?
    Der OP ist auf jeden Fall für die Strombegrenzung gedacht.
    Bei mir begrenzt die OP Schaltung den Strom auf 20A.
    Der Ladungspumpenstrom reicht wohl aus aber die Ladepumpe muß pumpen und brauch dafür einen Impuls. Also nicht ohne eine anliegende pulsende PWM betreiben, also keine 0% und keine 100%
    Das sind nur Erfahrungsinfos.
    Was baust Du denn?
    Slow

  5. #5
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    Zitat Zitat von Slowly
    Das mit der Hysterese steht doch nicht im Original Datenblatt oder?
    w
    Original Datenblatt Seite 4 "Typical Application (Hysteresis Mode Switching)"
    In den Application Notes wird es dann genauer beschrieben, nur fehlt mir da die "Warum"-Erklärung.

    Wie hast du denn deine Strombegrenzung auf 20A berechnet, was für Widerstandswerte?

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von Slowly
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    ja, ich sehe... Ich bin beim falschen HIP gewesen da in meinen Endstufen HIP4082 verbaut ist. War wohl zu spät gestern.
    Die Frage was es mit der Hysteresensteuerung kann ich tatsächlich nicht beantworten. Schau Dir aber noch die Datenblätter und Application Notes für die HIP4081 und 4082 an und google Dir HIP4081 (Bilder). Da findest Du einige Beispiele wie Du eine Endstufe mit dem HIP bauen kannst.
    Slow

  7. #7
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    Ich finde folgendes Datenblatt:
    http://www.intersil.com/data/fn/fn3658.pdf
    sowie folgende Appnote:
    http://www.intersil.com/data/an/an9404.pdf

    Hm, im Datenblatt klang es eher so, als wenn es dabei um eine Minimierung der Schaltverluste geht? AN9404.3 hat folgendes geschrieben::

    One advantage of this (-> der Hysterese-Steuerung) is that when currents are largest, switching losses are a minimum, and when switching losses are largest, the dc current component is small
    Diesen Satz kann ich im verlinkten DB nicht finden, es gibt wohl verschiedene Versionen. Ich kann auch nicht unmittelbar einsehen, warum es verlustärmer sein soll hohe Ströme zu schalten als kleine Ströme.

    "Hysteresis mode switching" ist offenbar eine Schaltungsversion, wobei der als "IN" gekennzeichnete Eingang als Analogeingang genutzt wird ist. Je nach vorgegebener Spannung bei IN wird ein Laststrom geregelt. Eine Laststrombegrenzung ergibt sich bei geeigneter Dimensionierung von selbst. Die Regelung erfolgt durch (freischwingendes) Hin- und Herschalten zwischen den Stromrichtungen.
    Weder das Datenblatt noch die Appnote sind sonderlich hilfreich bei der Dimensionierung, das soll man sich wohl selbst herleiten.

    Hm, laut Datenblatt liefert die interne Ladungspumpe ca. 30uA. Ich verwende als Mosfets den IRF1404, da liegt der "Gate-to-Source Leakage" Strom bei max 200nA. Damit bin ich doch auf der sicheren Seite, dass die Ladungspumpe ausreicht, oder?
    Auch hier habe ich schon deutlichere Worte in Datenblättern gefunden, aber mit dem was ich so finde, sehe ich das auch so. Die Bootstrap Diode sorgt dann wohl für den zusätzlichen Strombedarf bei höheren Schaltfrequenzen.

  8. #8
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    Zitat Zitat von ranke
    "Hysteresis mode switching" ist offenbar eine Schaltungsversion, wobei der als "IN" gekennzeichnete Eingang als Analogeingang genutzt wird ist. Je nach vorgegebener Spannung bei IN wird ein Laststrom geregelt. Eine Laststrombegrenzung ergibt sich bei geeigneter Dimensionierung von selbst. Die Regelung erfolgt durch (freischwingendes) Hin- und Herschalten zwischen den Stromrichtungen.
    Weder das Datenblatt noch die Appnote sind sonderlich hilfreich bei der Dimensionierung, das soll man sich wohl selbst herleiten.
    Das ergibt Sinn, danke für die Erklärung! Die Strombegrenzung lasse ich so erstmal weg.

    Im Anhang habe ich meine aktuelle Schaltung eingefügt. Es wäre super, wenn ihr da mal rübergucken könntet.

    Ich werde eine 10kHz PWM verwenden. Als Last nutze ich einen 24V / 750W DC Motor. Nennstrom 33A, maximaler Blockierstrom: 120A.

    Viele Grüße,
    Rodney
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken hbridge_201.png  

  9. #9
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    Die bootstrap Dioden sind falsch herum.
    Häufig findet man auch Widerstände vor dem Gate im unteren zweistelligen Ohmbereich. Das soll wohl den Serienschwingkreis aus Gatekapazität und induktiver Zuleitung soweit bedämpfen, damit das Gatepotential nach einem Umschaltvorgang genauer definiert ist. Eine verringerte Anstiegszeit der Gatespannung wird dabei in Kauf genommen.
    Am besten, Du googelst Dir noch ein paar andere Schaltpläne und vergleichst mit Deinem Entwurf.

  10. #10
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    Vergleiche mal Deine Schaltung mit dieser
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    Planung ersetzt Zufall durch Irrtum

    Gruß aus dem Ruhrgebiet Hartmut

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