Doppel H-Brücke mit Mosfets selber bauen

Diskutiere Doppel H-Brücke mit Mosfets selber bauen im Automatisierung, Gebäudesystemtechnik & Elektronik Forum im Bereich DIVERSES; Guten Tag, für ein Projekt bräuchte ich die Hilfe von Profis. Hoffentlich bin ich hier richtig. :) Ich will mit einem Arduino (Nano Board...

  1. #1 dominikdominik, 08.06.2019
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    Guten Tag,

    für ein Projekt bräuchte ich die Hilfe von Profis. Hoffentlich bin ich hier richtig. :)

    Ich will mit einem Arduino (Nano Board ATMEGA) einen Gleichstrommotor ansteuern (Bosch Home and Garden IXO V Akku-Schrauber 3.6 V 1.5 Ah Li-Ion) .
    Da nur 40 mA von den Pins des Arduinos abgehen, brauche ich eine Motorsteuerung, die die Stromstärke auf 10 A anheben kann. Leider finde ich dafür keine Motorsteuerung. Daher ist der Plan eine Doppel H-Brücke mit Mosfets selber zu bauen. Hat diesbezüglich jemand Erfahrung und mag uns weiterhelfen.

    Leider hab ich selber so gut wie null Ahnung davon, deswegen bitte ich bereits jetzt um Entschuldigung, auch falls schon in diesem Text zu viele Fehlangaben oder ähnliches waren.


    Mit freundlichen Grüßen
    Dominik
     
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  3. schUk0

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    Die Idee ist die richtige.

    Mit 0 Ahnung solltet ihr darauf vorbereitet sein manche Sachen 2 oder mehrfach zu besorgen.
    Also systematisch vorgehen, die Sache in kleine Schritte aufteilen und diese dann Stück für Stück einzeln testen.

    Ansonsten könnt ihr euch schonmal über elektrotechnische Grundlagen belesen und natürlich jederzeit eure Fragen hier einstellen.
    Viel Erfolg.
     
  4. #3 patois, 08.06.2019
    Zuletzt bearbeitet: 09.06.2019
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    Frage: Benötigst du Rechts- und Linkslauf ?

    Falls ja, würde ich dir als totalem Anfänger vom Bau einer H-Brücke abraten, da die Umschaltvorgänge ziemlich schwer in den Griff zu bekommen sind.

    Wenn die Schalthäufigkeit nicht allzu hoch ist, sollte man als Anfänger eventuell von Relais-Technik Gebrauch machen.

    Schaltungen gibt es im WEB jede Menge.

    Anmerkung: schon die Suchfunktion des Forums bemüht, denn ähnliche Schaltungen wurden schon öfters gepostet ... ;)

    Also falls ihr nicht fündig werdet, kann ich später nochmals auf eure Anfrage zurückkommen, eventuell eine "Unterhaltung" führen.

    EDIT : Zum Schutze der ARDUINO-Elektronik wendet man den Trick an, die Ausgangssignale über Optokoppler zu führen, um eine galvanische Trennung von der Motor-Platine und den dort anzutreffenden höheren Spannungen zu erreichen. Spannungsspitzen von Schaltvorgängen an induktiven Lasten und eventeulle Schaltungsfehler können über die Optokoppler nicht auf die ARDUINO-Platine zurückwirken.
    .
     
  5. patois

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    Ein sehr einfaches Beispiel und nur für eine Drehrichtung,
    aber man sollte mit kleinen Schaltungen anfangen,
    um besser verstehen zu können, wie alles zusammenhängt.

    DC_Motor_am ARDUINO.jpg
     
  6. #5 Pumukel, 09.06.2019
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    ich frage mich warum jeder das Rad neu erfinden will? Motortreiber für den µC gibt es fix und fertig!
     
  7. patois

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    .
    Vielleicht nimmt man aus Neugier das "Selbstbauen" auf sich und lernt dabei allerhand hinzu, vor allem, was man nicht machen sollte,

    oder aber,

    der TE hat noch nie etwas von fertigen Motortreibern gehört und fragt bei @Pumukel nach weiteren Informationen nach. ;)

    (oder er ist bereits ins Nachbarforum abgewandert)
    .

    .
     
  8. patois

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    .
    Zwar nicht für die gewünschten 10 Amp. aber immerhin hat TINKERCAD eine Schaltung veröffentlicht,
    welche von einem "Motortreiber-IC" Gebrauch macht, dabei Links- und Rechtslauf möglich ist,
    und noch zusätzlich die Drehzahl anwählbar ist, denn ARDUINO macht's möglich. ;)

    Allerdings muss man ziemlich "fit" sein in der ARDUINO-Programmierung, um das erforderliche umfangreiche Programm erstellen zu können,
    also ob seine Fähigkeiten dazu ausreichend sind, muss der Fragesteller selbst beurteilen ...

    Großer Nachteil beim "Projekt" des Fragestellers dürfte sein, dass von 3,6 Volt Betriebsspannung die Rede ist.
    Diese niedrige Betriebsspannung reicht für einen vernünftigen Betrieb einer H-Brücke meines Erachtens nicht aus.

    Eventuell hat der TE nicht erkannt, dass möglicherweise eine Reihenschaltung von zwei 3,6-Volt-Akkus vorliegen könnte,
    was die Chancen für das Gelingen des Projekts dann wieder erhöhen würde.
    .
     
  9. patois

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  10. #9 dominikdominik, 11.06.2019
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    Guten Tag,

    der ursprüngliche Plan war es mit einem Zukaufteil den Motor zu steuern. Wie gesagt, war dies nicht erfolgreich. Zu erwähnen ist auch, dass wir nur einen geringen Bauraum zur Verfügung haben, also möglichst kleine Abmaße haben wollen.

    Wir haben folgende Doppel-H-Brücke mit Mosfets gefunden, nachgebaut und getestet: [​IMG]

    Leider konnte damit das gewünschte Ergebnis nicht erzielt werden. Wir sind noch dabei den Fehler zu finden.

    Den von Tinkercad erstellten Schaltplan haben wir inzwischen auch umgesetzt und konnten damit erfolgreich den Motor ansteuern, allerdings haben wir am Motor nicht die volle Spannung anliegen. Treten die Verluste (1V) im Mosfet auf? Oder woran könnte das liegen.

    Nun wollen wir den Motor aber links und rechtsdrehend ansteuern, daher ist eine Doppel-H-Brücke unumgänglich.

    Da nächste Woche schon der Meilenstein dieses Projektes ansteht, würde ich mich weiterhin über eure Hilfe freuen. :) Falls ihr es nicht einseht, warum ihr mir helfen solltet, kann ich das auch verstehen. ;)
     
  11. #10 patois, 11.06.2019
    Zuletzt bearbeitet: 11.06.2019
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    Solange ihr den Motor an der "bescheidenen" Stromversorgung des ARDUINO anschließt, kann die Sache nicht funktionieren.
    Falls das gewünschte Ergebnis immer noch 10Amp. sind, die bekommt ihr nicht aus dem ARDUINO-Netzteil raus.

    Auch aus einer 9-Volt-Blockbatterie, wie sie bei Tinkercad gezeigt wird, bekommt ihr wegen deren Innenwiderstand keine 10Amp zustande.

    Es sieht für mich so aus, als sei dieses Projekt eine Numer zu groß für euch.

    Ist es wirklich so ein großes Geheimnis, dass ihr nicht damit herausrücken könnt, was ihr mit dem Motor antreiben wollt ?

    Eine zielführende Diskussion kann hier nur zustande kommen, wenn ihr eure Karten offen auf den Tisch legt.

    Wenn ihr nicht an die Öffentlichkeit wollt mit eurem Projekt,
    könntet ihr in den Bereich UNTERHALTUNGEN wechseln,
    wo ihr selbst bestimmen könnt, wer die Texte mitlesen darf.

    .
     
  12. #11 dominikdominik, 11.06.2019
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    Selbstverständlich kann ich verraten worum es geht.
    Es geht um den Antrieb einer Spindel, die einen Stempel axial verfährt. Dieser Stempel soll eine Walnuss knacken. Während des Knacken kommt es laut Messung zu Stromstärkenspitzen von 10 Ampere.
     
  13. patois

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    Danke für das Vertrauen ...

    Meines Erachtens liegt es dann, -wie bereits von mir geschrieben -, daran, dass eure Stromquelle die notwendigen 10Amp. nicht liefern kann,
    oder aber eure Steuerung die Transistoren nicht weit genug durchsteuern kann, damit sie vollkommen niederohmig werden, entsprechend ihrem Datenblatt.

    Unter Umständen habt ihr das Pech, dass die FETs eine höhere Gatespannung benötigen, als der ARDUINO an seinen Ausgängen zur Verfügung stellen kann.

    In der Elektronik verwendet man deshalb für den Leistungskreis oftmals eine höhere Versorgungsspannung und steuert die Gates der Endstufen-FETs über Vorstufen an, die auf dem Niveau der ARDUINO-Ausgänge arbeiten.

    Wenn euer Termin heranrückt, solltet ihr einen Plan "B" haben, nämlich mit dem Arduino zwei Relais anzusteuern, deren Kontakte man auch in einer H-Brücke schalten kann.
    Die Kontakte dieser Relais müssen dann ebenfalls die 10Amp. führen können. --- Und schon mal über "Freilauf-Dioden" (Löschdioden) nachgedacht ?

    Einer von euch sollte sich schon mal mit Plan "B" beschäftigen. ;)
    .
     
  14. #13 dominikdominik, 11.06.2019
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    Unsere Stromquelle (Sony US18650VTC5A Spezial-Akku 18650 hochstromfähig, Flat-Top Li-Ion 3.7 V 2600 mAh) liefert definitiv die notwendigen Ampere. Der Motor kommt aus einem Bosch Home and Garden IXO V Akku-Schrauber 3.6 V 1.5 Ah. Zu Anfang haben wir mit der ausgebauten Schaltung von genau diesem Akku-Schrauber bereits ohne Probleme Walnüsse knacken können. (Diese Schaltung ist übrigens auch unser Plan B - leider kein schöner Plan B, da wir dann händisch die Stromrichtung wie beim Akku-Schrauber ändern müssen. Auch sind dann unsere Endlagenschalter, welche eigentlich dem Arduino sagen sollen "Fahr wieder hoch", nicht mehr zu gebrauchen. Deinen Plan B werden wir uns auch nochmal genauer durch den Kopf gehen lassen.)

    Mit der Schaltung von Tinkercad konnten wir eben auch schon eine Nuss knacken. Allerdings hat bei der nächsten Nuss die Stromstärke beim Knacken nicht mehr ausgereicht, Resultat der Motor ist stehen geblieben. Folgenden Mosfet haben wir verbaut: STMicroelectronics STP16NF06L MOSFET 1 N-Kanal 45 W TO-220AB.
     
  15. patois

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    Das ist doch wieder nur die halbe Miete! - - - Die H-Brücke besteht aus 4 FETs. 2 davon werden geöffnet für eine Drehrichtung.
    Es handelt sich aber um NMOS und PMOS. Vor allem letzterer wird Probleme machen und zu schwach durchsteuern. (Datenblatt von PMOS angeschaut ?)
    Sie liegen also stromkreismäßig in Reihe, was soviel bedeutet, dass sich der Spannungsfall in jedem FET zum anderen FET addiert.
    Dann bleibt von den 3,7Volt nicht mehr viel übrig für den Motor, ganz abgesehen davon, dass bei 10Amp. sicherlich die Spannung des Akku nachgibt.

    Meine Modellbaufreunde haben mir gesagt, dass sie bei ihren ARDUINO-Projekten die Ausgangssignale immer über Optokoppler zum Leistungsteil galvanisch getrennt übertragen.
    Damit können sie die Gates der FETs mit den erforderlichen höheren Spannungen ansteuern, ohne den ARDUINO zu gefährden.
    Oder aber sie besorgen sich FETs, die so gefertigt werden, dass sie mit Gatespannungen zurecht kommen, die von ARDUINOs und ähnlichen ICs geliefert werden,
    Momentan kann ich aber derartige Spezial-FETs nicht benennen, da meine Kontakte zur Zeit in Urlaub sind. Wenn ihr selbst mit Datenblättern umgehen könnt, müsst ihr nach Typen für niedrige Gatespannungen suchen. (Eventuell Hilfe vom Lehrer ?) Ich spreche von einer Gatespannung von 2Volt, ab 2Volt beginnen diese Spezialtypen leitend zu werden.

    Vielleicht solltet ihr mal nach den Spezialtypen und entsprechenden Anwendungen in Roboter-Foren nachschauen.
    .
     
  16. #15 Pumukel, 11.06.2019
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  17. #16 dominikdominik, 11.06.2019
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    Aber wenn ich das Datenblatt richtig lese, leitet der oben angegebene Mosfet zwischen einer Spannung von 1-2.5 V (Gate Threshold Voltage). Oder ziehe ich da den falschen Wert heran?

    Wir hatten bei Conrad jetzt noch folgenden Mosfet gefunden: Infineon Technologies IRL3803PBF MOSFET 1 N-Kanal 200 W TO-220

    Wären wir damit besser bedient? Abgesehen von den ganzen anderen "Problemen".
     
  18. #17 dominikdominik, 11.06.2019
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    Darüber waren wir uns im Klaren, wir wollten nur erstmal wissen, ob wir überhaupt mit einem Mosfet die Stromstärke anheben und den Motor mit dem Anduino ansteuern können.
     
  19. #18 Pumukel, 11.06.2019
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    Warum such ich dir wohl den Low Level Mosfet heraus ? noch etwas 0,008 Ohm rufen welchen Spannungsfall bei 10 A hervor? richtig 80 mV und das mal 2 sind nach Eva Zwerg gerade mal 0,2V bei Vollaussteurung der Mosfets!
     
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    Meine Modellbaufreunde haben mich auf folgendes, sehr umfangreiches Tutorial zum Thema H-Bridge hingewiesen:

    H-Bridge Motor Control Using Power MOSFETS

    Dieses Tutorial enthält auch die von mir angesprochene Entkopplung von ARDUINO und Leistungsteil mittels Optokoppler !

    :
     
  22. #20 Pumukel, 12.06.2019
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    Vorsicht nicht jeder Mosfet ist geeignet bei nur 4 Volt für den Motor! Suche nach Low -Level Mosfets! Die Lösung mit dioden scheidet für dich aus da über diese ca 0,5 bis 1,5 V abfallen!
     
Thema:

Doppel H-Brücke mit Mosfets selber bauen

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