Half Brige TReiber IR2183

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kawi73
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Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von kawi73 »

Hallo,

ich möchte mir einen Slotcarregler bauen, der aus einer Half-Bridge besteht.
Die Half-Bridge soll aus einem P-MOSFET und einem N-MOSFET aufgebaut werden.
Ein Mikrocontroller soll dann durch PWM Signale die MOSFETs ansteuern. Zwischen
dem MC und den MOSFETs wollte ich den Half-Bridge Treiber IR2183 verwenden.
Im Datenblatt des Treibers sehe ich in der Beispiel Konfiguration (Siehe Screenshot) für
High-Side und Low-Side aber 2 N-MOSFETs. Es steht dort auch beschrieben, dass der Treiber
für eine Half-Bridge mit 2 N-MOSFETs geeignet ist.
Unbenannt_2.PNG
Im Internet allerdings liest man sehr oft, dass ein N-MOSFET in HIGH-Side Konfiguration eher suboptimal ist.

Kann ich den Treiber jetzt überhaupt mit einem P-MOSFET und einem N-MOSFET verwenden
oder kann ich eine Schaltung ruhigen Gewissens mit 2 N-MOSFETs aufbauen?
Wie berechne ich denn die Diode und die Kondensatoren, die im Screenshot aufgeführt sind?
Unbenannt.PNG
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Gruß
Kawi
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Prof. Radon
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von Prof. Radon »

kawi73 hat geschrieben: So 26. Feb 2023, 23:41 Im Internet allerdings liest man sehr oft, dass ein N-MOSFET in HIGH-Side Konfiguration eher suboptimal ist.
Na ja, der Nachteil ist halt, dass du zum Schalten des oberen MOSFETS eine Hilfsspannnung brauchst die über der Spannung liegt, die du schalten willst. Also wenn du mit mit einem NMOS an der High-Side 100 V schalten willst, brauchst du 120 V an seinem Gate damit der sauber an geht. Bei einem PMOS an der High-Side brauchst du im selben Fall "nur" 80 V. An der Low-Side brauchste bei einem NMOS 20 V.
Die meisten Mikrocontroller arbeiten heute mit 3,3 V - das heißt, egal wie du es wendest oder drehst - mindestens einen Pegelwandler brauchst du so oder so zwischen dem Mikrocontroller und den MOSFETs. Wenn du den ganzen Babel diskret aufbaust, wirst du finden, dass es etwas leichter ist sowas mit einem PMOS-NMOS-Pärchen aufzubauen. Das ist aber auch der einzige Vorteil, der mir einfällt. Und der ist im Jahre des Herren 2023 durch integration weitgehend obsolet geworden. Sprich, du hängst ohnehin einen zusätzlichen Käfer zwischen Mikrocontroller und LeistungsMOSFETs und da ist es dann egal ob da 20 oder 30 Transistoren auf dem Silizium sitzen. Generell sind NMOS-Transistoren auch immer ein bisschen besser als PMOS: schalten schneller und haben kleineren AN-Widerstand. Klingt komisch, ist aber so.
...
Warte mal, ich habe gerade geschaut was ein "Slotcar" eigentlich ist.
Digger, wenn du eh nur "vorwärst" fahren willst, brauchst du nur einen MOSFET:
Slotcar.png
Slotcar.png (4.94 KiB) 935 mal betrachtet
Da nimmst du einfach sowas wie den IRLML6244, das ist eine schöner Logic-Level-FET den ich mir irgendwann mal rausgesucht habe (will sagen, es gibt sicher auch andere und vielleicht sogar bessere). Den gibt es bei Reichelt für 0,22 EUR das Stück und da kannst du da locker 5 A durchprügeln bei nahezu 0 Schaltungsaufwand (geht aber nur bis 20 V Versorgungsspannung das Ding, vermute aber du liegst bei 12 V?). Mit der aufgemalten Schaltung kannste da locker mit 100 kHz PWM rangehen.
Zur Sicherheit baust du im Code noch eine Sättigung der PWM ein: unterhalb von 5% ON-Time rundest du auf 0% ON-Time, oberhalb von 95% auf 100%.

Falls du unbedingt auch rückwärts fahren willst (macht zumindest beim Bremsen Sinn), kann ich dir nachher noch eine kleine Vollbrücke liefern die ich mir mal ausklamüsert habe...
Dateianhänge
IRLML6244.pdf
(196.46 KiB) 33-mal heruntergeladen

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kawi73
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von kawi73 »

Ich muss das Auto aber auch abbremsen können. D.h. ich brauche einen MOSFET, mit dem ich quasi den Motor kurzschließen kann, wenn ich Bremse. D.h. die High-Side der Halbbrücke wäre fürs Gasgeben und die Low-Side fürs Bremsen.

Den Regler, den ich mir bereits gebaut habe, habe ich mit einer einfachen Halbbrücke aus einem P-MOSFET (IRF4905) und einem N-MOSFET (IRF3205Z) aufgebaut. Für die Ansteuerung des 4905 verwende ich einen 2N7000 N-MOSFET. Den 3205Z steuere ich direkt über den Microcontroller am Gate an.
Der Regler funktioniert bestens, wenn die Spannung, die an der Bahn anliegt, Minimum 10 Volt beträgt. Bisher war das auch nie ein Problem. Allerdings soll es demnächst eine Autoklasse geben, in der die Autos mit 8 Volt betrieben werden sollen. Meinen jetzigen Eigenbauregler habe ich kürzlich mit 8 Volt getestet, leider ohne Erfolg. Der 4905 schaltet ja bei 8 Volt nicht richtig durch und das Auto fährt nicht.

Alle Regler, die man so auf dem Markt kaufen kann, funktionieren ab 7 Volt. Bei einem Kaufregler, den ich mir mal näher anschauen konnte (MOSFET Regler), und der auch bei 7 Volt funktioniert, konnte ich eine H-Brücke mit einem Brückentreiber erkennen. Nun wollte ich für meinen Eigenbauregler auch einen Brückentreiber verwenden. Den Brückentreiber konnte ich wegen fehlender Bezeichnung nicht identifizieren. Aber die MOSFETs waren auf jeden Fall keine Logic-Level MOSFETs.

Ich denke mir und hoffe, dass die Halbbrücke mit einem Brückentreiber auch bei 7 oder 8 Volt Bahnspannung laufen würde.

Ich muss zwar nicht rückwärts fahren und fürs Bremsen langt auch das Kurzschließen des Motors, aber könntest Du mir trotzdem mal Deine H-Brücke zeigen/schicken?
Zuletzt geändert von kawi73 am Mo 27. Feb 2023, 11:32, insgesamt 1-mal geändert.
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McGaiver
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von McGaiver »

Moin
Warte mal, ich habe gerade geschaut was ein "Slotcar" eigentlich ist.
Digger, wenn du eh nur "vorwärst" fahren willst, brauchst du nur einen MOSFET:
Sehe ich anders.
Wenn er elektrisch bremsen will, muss da schon eine Halbbrücke her!
Mit der aufgemalten Schaltung kannst da locker mit 100 kHz PWM rangehen
Stelle ich sehr stark infrage direkt an einen GPIO Pin und 100Ohm Gatewiderstand!
Falls du unbedingt auch rückwärts fahren willst (macht zumindest beim Bremsen Sinn), kann ich dir nachher noch eine kleine Vollbrücke liefern, die ich mir mal ausklamüsert habe...
Absolut unnötig!

Ich finde die Lösung mit der IR2183 Halbbrücke sehr angemessen.
Wobei ich persönlich lieber IR2104 empfehlen würde, der invertiert sich das Signal für den unteren Fet selbst.
Ist halt die Frage, ob man das Elektrische bremsen auch deaktivieren will, dann ist der IR2183 in jedem falle zu nutzen.


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McGaiver
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von McGaiver »

gamerpaddy hatte mal Platinen gemacht, das ist ggf. genau das was du bauen willst

https://oshwlab.com/gamerpaddy/singleph ... fet-bridge

Du brauchst halt in jedem Fall 'ne separate Versorgung für den IRxxxx
Laut DS will der >10V sehen.


mfg
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kawi73
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von kawi73 »

Die Schaltung von Gamerpaddy schaltet ja auch MOSFETs die Vgs von 10 Volt haben müssen.
Meine Hoffnung war, dass mit dem Treiber Vgs für die MOSFETs ausreichend hoch ist, auch wenn
Vin nur 8 Volt sind. Oder ist für das Durschalten des MOSFETs Vcc maßgebend?

Das Problem, dass ich mit der Spannungsversorgung habe bei einer Slotcarbahn, ich habe genau eine davon
mit genau einer Spannung und leider kann die in Zukunft geringer sein als 10 Volt.

Müsste ich für Vcc und Vin in der Schaltung von Gamerpaddy 2 unterschiedliche Spannungen haben?
Oder könnten Vcc und Vin 8 Volt sein und wäre durch den Treiber und die Boostrap Schaltung Vgs
dann groß genug?

Gruß
Kawi
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Prof. Radon
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von Prof. Radon »

kawi73 hat geschrieben: Mo 27. Feb 2023, 11:12 könntest Du mir trotzdem mal Deine H-Brücke zeigen/schicken?
Klar, siehe Anhang.
Wollte eigentlich gleich das ganze KiCAD-Projekt mitschicken, aber nachdem ich versucht habe es mit der aktuellen KiCAD-Version zu öffnen sind alle Symbole im Schaltplan schrott. Na ja, immerhin die "Fertigungsunterlagen" funzen noch und die LTspice-Simulation geht auch noch anstandslos.
Paar Anmerkungen zur Funktion der Schaltung (bezogen auf das *.pdf):
1. Die Angstwiderstände R1 und R2 kannst du weglassen, die sind wegen Gründen™ drin, die mir selber erst einige Jahre später klar geworden sind...
2. Die Schaltung braucht 5 Anschlüsse am µC: I_Mess (Analogeingang), FWD_ENA, REW_ENA, FWD_PWM und REW_PWM (Digitalausgänge). Mit der angegebenen Parametrierung sollte sie auch recht gut bis runter auf 5 V funzen - kannste ja einfach in LTspice nachgucken, im Zweifelsfall musst du R5, R6, R10, R11 und R20 kleiner machen
3. Wenn du die mit dem Mikrocontroller ansteuerst, sind ein paar Dinge zu beachten:
- Erstmal alle Digitalausgänge auf LOW legen
- Dann REW_ENA oder FWD_ENA auf HIGH
- 1 ms warten
- REW_PWM oder FWD_PWM laufen lassen
- Wenn du bremsen willst: FWD_PWM auf LOW, FWD_ENA auf LOW, 1 ms warten, REW_ENA auf HIGH, 1 ms warten, REW_PWM laufen lassen
- I_Mess reicht wenn du dir das alle 1 ms mal ansiehst und dann gegebenenfalls wieder alle Ausgänge auf LOW legst
Brauchst halt, anders als bei den meisten integrierten Treibern, zwei PWM-Ausgänge am µC und musst Fehlerfälle wie Kurzschluss in der Firmware abkaspern. Hab das damals für einen LPC824 entwickelt, der einen sehr guten ADC hat (glaube bis 2 MS @ 12 Bit) und "massig" PWM-Ausgänge. Ist aber alles machbar. Sind am Ende vielleicht 200 Zeilen Code.

Falls du dir direkt ein paar PCBs zum Experimentieren machen willst: Die Schablone ist für Erokarten 100 mm * 160 mm. Beim Drucken eine Druckauflösung von exakt 600 DPI einstellen. Zwei mal um die Folie maximal auszunutzen. Nach dem Drucken einfach zerschnippeln und mit Tesafilm übereinanderkleben, für maximale Lichtdichtigkeit. zwischen Folie und PCB, Folie und Folie sowie Folie und Glasplatte des Belichters jeweils einen Klecks destilliertes Wasser geben für maximale Bildschärfe (dann kannst du am Ende auch die Schriftzüge noch erkennen).
kawi73 hat geschrieben: Mo 27. Feb 2023, 11:12 Ich muss das Auto aber auch abbremsen können. D.h. ich brauche einen MOSFET, mit dem ich quasi den Motor kurzschließen kann, wenn ich Bremse. D.h. die High-Side der Halbbrücke wäre fürs Gasgeben und die Low-Side fürs Bremsen.
Wenn du wirklich bremsen willst, musst du wirklich die Polarität an der H-Brücke umdrehen. Einfach nur beide Seiten des Motors hart auf Masse legen ist kein Bremsen sondern eher sone Art Leerlauf: in einer idealen kurzgeschlossenen Induktivität fließt der Strom einfach ewig weiter. Heißt, du bremst dann nur mit den ohmschen Verlusten in der Motorwicklung. Besser ist es, den Motor beim Bremsen als Generator gegen die Betriebsspannung arbeiten zu lassen, also richtig die Polarität umzudrehen. Dann hast du im Gegensatz zum Ersten Fall nämlich automatisch eine Leistungsanpassung zwischen "Generator" und "Verbraucher" was zu maximaler Bremswirkung führt. Andererseits... Sprechen wir hier ja nur von einem kleinen Modellbauauto wo du wohl keinen Wert auf mm-genaue Positionierung legen wirst (hatte bei meiner Anwendung damals nämlich genau diese Probleme).
Also ja, dann kannst auch eine Halbbrücke nehmen, lässt du eben die rechte Seite der Schaltung weg und hängst den Motor zwischen die zwei MOSFETs und GND.
Wenn du die Strommessung um R20 weglässt, kannst du auch C6 weglassen - der dient zusammen mit R15 dazu, die Spannung zwischen Gate und Source von Q2A sauber über 3 V zu halten, auch wenn über dem "Shunt" R20 mal kurzzeitig ein paar V abfallen.
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von gamerpaddy »

Der verwendete Treiber (IR2101) läuft nunmal nur zwischen 10 bis 20v, da musst ein anderen für nehmen.
mit den mosfets hat das nix zu tun, die wollen nur ihre 10V am gate sehen.. was die schalten is denen egal
nimmt halt ein anderen treiber und mosfets die mit weniger spannung auskommen.

zb.
als gatedriver ein XJNG2103, der kann schon ab 6V, gibts aber nur als SOT, nicht DIP, müsste man die platine etwas ummodeln.
https://www.lcsc.com/product-detail/Gat ... 87735.html

und der RU6888R erreicht bei 8V schon sein tiefstes RDS(on) von 10mOhm und kostet fast nix.
https://www.lcsc.com/product-detail/MOS ... 80949.html
:wurst:
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Alexander470815
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von Alexander470815 »

Ich würde mir das Leben einfach machen und so einen fertigen Halbbrücken IC benutzen.
Minimale externe Komponenten, der Rest ist aufeinander abgestimmt.
Sowas wie ein BTN8962TA wäre sicherlich overkill aber funktioniert zweifelsohne. Vielleicht ein BTN7030? Oder die älteren BTS7960?
Funktionieren auch alle ab gut 6V.

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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von kawi73 »

Ok, ich werde mir die Brückentreiber mal anschauen. Allerdings ist mir nicht ganz klar wie die Diode, die Widerstände und die Kondensatoren berechnet werden.
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McGaiver
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von McGaiver »

Wenn du wirklich bremsen willst, musst du wirklich die Polarität an der H-Brücke umdrehen.
Bullshit

2-Quadrantensteller kennst ned?
motor.png
motor.png (5.75 KiB) 794 mal betrachtet
Das PWM-duty gibt bei dieser Konfiguration mehr oder weniger die Motordrehzahl vor.
Ist der Sollwert  > Istwert ists Motorbetrieb und der Kram zieht Leistung ausm Zwischenkreis -> Beschleunigen
Ist der Sollwert < Istwert ists Generatorbetrieb und der Kram schiebt Leistung Richtung Zwischenkreis -> Bremsen

Sollwert 0-100% entspricht Motordrehzahl 0-100%

mfg
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Alexander470815
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von Alexander470815 »

In welchem Bereich liegen denn die zu erwartenden Ströme die von den Autos gezogen werden?
Und wie viele Autos sollen gesteuert werden?

Ich denke man könnte das Problem mit sowas erschlagen: https://www.aliexpress.com/item/4000284999215.html
Braucht dann eben extern nur die PWM Signal Erzeugung und reicht für zwei Autos.

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kawi73
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von kawi73 »

Alexander470815 hat geschrieben: Di 28. Feb 2023, 21:37 In welchem Bereich liegen denn die zu erwartenden Ströme die von den Autos gezogen werden?
Und wie viele Autos sollen gesteuert werden?

Ich denke man könnte das Problem mit sowas erschlagen: https://www.aliexpress.com/item/4000284999215.html
Braucht dann eben extern nur die PWM Signal Erzeugung und reicht für zwei Autos.
Der Regler soll genau 1 Auto steuern. Die Ströme gehen maximal bis 4A in der Spitze.
Ich versuche erst einmal mir selbst so eine Halbbrücke mit einem Treiber aufzubauen.
Wenn das alles nicht funktioniert hole ich mir den BTS7960 Stepper Motor Driver von Aliexpress.

Ich habe mir jetzt erst einmal den Halbbrückentreiber XJNG2103 und den MOSFET RU6888R bestellt.
Allerdings weiß ich nicht wie man Rboot, Dboot und Cboot berechnet, wie sie in der Beispielschaltung im Datenblatt des XJNG2103 aufgeführt sind?

Könnt ihr mir da auch helfen oder Links nennen oder Tipps geben?
Zuletzt geändert von kawi73 am Di 28. Feb 2023, 23:35, insgesamt 2-mal geändert.

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kawi73
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von kawi73 »

McGaiver hat geschrieben: Di 28. Feb 2023, 15:47
Wenn du wirklich bremsen willst, musst du wirklich die Polarität an der H-Brücke umdrehen.
Bullshit

2-Quadrantensteller kennst ned?

motor.png

Das PWM-duty gibt bei dieser Konfiguration mehr oder weniger die Motordrehzahl vor.
Ist der Sollwert  > Istwert ists Motorbetrieb und der Kram zieht Leistung ausm Zwischenkreis -> Beschleunigen
Ist der Sollwert < Istwert ists Generatorbetrieb und der Kram schiebt Leistung Richtung Zwischenkreis -> Bremsen

Sollwert 0-100% entspricht Motordrehzahl 0-100%

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Genauso dachte ich mir das. Im Moment habe ich ja bereits einen Selbstbauregler mit einem P-MOSFET und einem N-MOSFET.
Bei einer Bahnspannung ab 10 Volt funktioniert der Regler bestens und die Bremse "haut auch voll rein". Aber bei Spannungen
kleiner 10 Volt hat meine jetzige Lösung Probleme, daher die Idee mit dem Halbbrückentreiber.

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kawi73
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Re: Half Brige TReiber IR2183

Beitrag von kawi73 »

Prof. Radon hat geschrieben: Mo 27. Feb 2023, 15:31
kawi73 hat geschrieben: Mo 27. Feb 2023, 11:12 könntest Du mir trotzdem mal Deine H-Brücke zeigen/schicken?
Klar, siehe Anhang.
Wollte eigentlich gleich das ganze KiCAD-Projekt mitschicken, aber nachdem ich versucht habe es mit der aktuellen KiCAD-Version zu öffnen sind alle Symbole im Schaltplan schrott. Na ja, immerhin die "Fertigungsunterlagen" funzen noch und die LTspice-Simulation geht auch noch anstandslos.
Paar Anmerkungen zur Funktion der Schaltung (bezogen auf das *.pdf):



Danke für Deine Schaltung. Ich habe sie mir mal heruntergeladen und behalte sie mal in der Hinterhand.
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