H-Brug met IR2148

Beste,

voor de sturing van een DC-motor wil ik een H-brug van vier IRF540 MosFet's gebruiken aangestuurd door twee IR2148 drivers. De motor hoeft alleen links en rechtsom te kunnen draaien en daarvoor heb ik twee TTL signalen beschikbaar, waarvan er altijd maar één hoog kan zijn.
Voor de motorsturing ben ik uitgegaan van het schema van de "500 WATT Eindtrap" in het COL-artikel "Werken met MOSFETS":

Zodra er voedingsspanning is lijkt er niets aan de hand te zijn. Wanneer één van de drivers wordt aangestuurd met het 5VDC signaal lijkt de motor even te willen draaien, maar dan wordt de betreffende driver heet en gaat defect. Met een 4K7 weerstand in serie met het stuursignaal duurt het iets langer, maar het resultaat is hetzelfde.

Liever wil ik niet tot m'n laatste IR2148 experimenteren, maar ik krijg er geen vinger achter gehaakt. Vandaar een verzoek om goede raad hierin.
Voor het testen gebruik ik een klein motortje wat nog geen 100 mA trekt.
Wat doe ik verkeerd?

Groet, Toon Brok.

Een probleem is er om opgelost te worden. Lukt dat niet dan heb je een feit.

Je kan een H brug met twee drivers alleen aansturen vanuit twee signalen,
Wanneer de bovenste Mosfet wordt aangestuurd moet de onderste een logische nul krijgen.
In het andere kanaal de andere driver is het precies andersom.
Je hebt dus twee complimentaire signalen, wanneer je die ompoolt loopt de motor de andere kant op.

"tijd is relatief"

Gaan je mosfets niet ook kapot?

Deze drivers kunnen de hoge mosfet niet voor 100% aansturen. Wat er gebeurt is ALS de uitgang van de halve brug LAAG is dan laad de condensator op (links: C1). Als je hem dan HOOG wil hebben dan gebruikt de driver chip de lading in die condensator om de gate van de mosfet aan te sturen met een spanning hoger dan de voedingsspanning.

Ga je nu "statisch" de ene kant hoog sturen, dan wordt de lading uit de condensator gebruikt door:
* de driver zelf.
* De lek van de gate van de mosfet (meestal HEEL weinig).
* in jou geval ook nog: De zelfontlading van de elco.

Na enige tijd is er te weinig spanning om de mosfet nog veilig aan te sturen. Veel drivers hebben daar een "UVLO" Under Voltage Lock Out voor: Indien de spanning te laag is wordt de boel direct helemaal uitgezet.

Wat ik me wel kan herinneren is dat rond de tijd van de '2184 er ineens een "extra feature" was dat dit niet alleen op de voeding van de chip werkte maar ook op de voeding van de bovenste driver. Als dat hier nog niet inzit dan kan het zijn dat ie blijft proberen de mosfet aan te sturen en dan gaat normaliter de mosfet kapot (niet de driver). Een kapotte mosfet kan wel dan ineens rare "feedback" aan de driver geven zodat de driver ook sneuvelt. Maar dan is de mosfet dus al kapot.

Hmm. De IR2184 schijnt die lockout te hebben voor beide kanalen.

Jij schrijft trouwens 48 ipv 84. Ik neem aan dat dit een typefout is. Je schema heeft het wel goed.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

De bovenste Mosfet kan alleen aangestuurd worden wanneer de charge pump opgeladen is door de spannings impulsen tussen de beide Mosfets.
Met andere woorden alleen vanuit een pulserende spanning kunnen de twee high side drivers van voedingspanning worden voorzien.
Met alleen een gelijkspanning kunnen de twee Mosfet drivers niet werken.
Je hebt dus een blokgolf nodig.

"tijd is relatief"

Je moet in ieder geval de 15V van de MOSFETs goed ontkoppelen, waarschijnlijk gaan je drivers stuk van transients op de voeding. Een diode in serie en een eigen bufferelco voor de drivers is zeker aan te raden.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Die drivers kunnen zelf ook al aardig wat stroom leveren. Maar dat is bedoeld voor korte pulsen, om de gate condensator te laden. De mosfets in de driver hebben een vrij hoge RDS(on) en worden dus snel te warm.

Als de Mosfet stuk is (doorslag gate-source) dan kan de driver de zaak overnemen, met de genoemde effecten als gevolg. Dus waarschijnlijk zijn Q1 & Q3 niet meer tof.

Even een kleine rectificatie; ik sprak over een "charge pump" maar bedoelde eigenlijk "bootstrap"zoals gebruikelijk is.
Bestaande uit de condensator en de diode welke is geplaatst in de voedingslijn van de high side drivers.

"tijd is relatief"

Dank je wel mensen, de boodschap is duidelijk: er moet gepulst worden.
Daarvoor met een 555 een 99% dutycycle puls gemaakt. Met wat poortjes de links- en rechtsom stuursignalen omgezet in twee complementaire signalen voor de IR2184. Dit werkt zoals bedoeld: stilstaan, wat meestal het geval is en op verzoek links- dan wel rechtsom.
De MOSFETS zijn overigens wel heel gebleven (de stroom had ik beperkt tot 100 mA) en ook bleek er maar één driver defect te zijn gegaan.
Nu kijken hoe het zich houdt in de praktijk met een motor die 500 mA trekt.
De bedrijfsspanning van die motor is me overigens niet duidelijk. Hij loopt al aan bij 10 VDC, maar van ruim 60 VDC wordt hij ook niet warm of koud. De motor zit op een spindel van SKF uit een jaren '90 medische opstelling van GE. De motor is Italiaans van Elettromotori Ciaramella (nu Ametek) met de tekst "627609 90V CC CLA 4329". Bij oom Google kan ik er niets over vinden en het enige wat ik kan bedenken is 90 Volt, wat me niet zou verbazen, maar wat ik wel hoog vind. Iemand nog een idee?

Een probleem is er om opgelost te worden. Lukt dat niet dan heb je een feit.

Is zeker een DC motor met koolbortels?

Hoe hoger de spanning, hoe sneller ze gaan draaien. Daar kunnen ze redeljk tegen totdat de draad van de rotor vliegt.

Als je ze gaat belasten dan trekt hij meer stroom. En daarvan wordt hij wel warm. Bij te hoge temperatuur verbrandt/smelt de isolatie en dan is het afgelopen.

Toch is het raar dat bij zo'n DC stuursignaal de driver stuk zou gaan; ik houd het op onvoldoende buffercapaciteit op de 15V bus, en het feit dat je de drive voedt uit een smerige bus waar ook de motorstroom van komt, zonder enige filtering.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Lambiek

Special Member

@TS,

Hier heb je zo'n zelfde soort topic.
Misschien kun je hier nog iets mee.

https://www.circuitsonline.net/forum/view/155050/last

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Dank voor alle goede raad en informatie, dat was weer heel veel lezen, opzoeken en uitproberen.

Met een klein DC motortje leek alles goed te gaan. Maar wanneer er meer vermogen geleverd moet worden is het een ander verhaal. Dat ging aanvankelijk niet.
Met het kleine motortje bleek ook alles geen koek en ei. De gepulste spanning op de motor ziet er niet goed uit en ook de stuurpulsen uit de drivers zijn bagger.
Eerst de dutycycle 95% gemaakt, wat iets verbetering geeft. Maar de grote winst komt van de pulsfrequentie die eerst 7 KHz was, maar nu op zo'n 700 Hz zit.
Hiermee zien de pulsen er strak uit en loopt de grote motor zoals bedoeld:

De weerstanden R1-R4 zijn u 10 Ohm. Is dat de juiste waarde? Het zal waarschijnlijk afhangen van de karakteristieken van de FET. Wat zijn jullie ervaringen daarmee?
En hoe zit dat met de waarde van C1-C4, maar ook van D1 en D2?

De 555 genereert nu een frequentie van 630 Hz bij een dutycycle van 95%. Is dat nog te optimaliseren?

Is voor de oplossing met de 7 NAND poorten een goed alternatief?

Voor alle praktische adviezen houd ik me zeer aanbevolen, voordat ik met de definitieve uitvoering aan de slag ga.

Een probleem is er om opgelost te worden. Lukt dat niet dan heb je een feit.

Hier dan nog wat adviezen :) :

- Condensatoren toevoegen op de 15V voeding. Bijv 470 uF // 100nF
- Condensatoren toevoegen op de 5V voeding. Bijv 100uF // 100nF

- 7400 is nog echte TTL. Nogal ouderwets. Tegenwoordig is het altijd CMOS.
Bijvoorbeeld 74HC00 of 74HCT00. Dan wel pull-up/pull-down op open ingangen.

- Het schema zoals je nu hebt kan nooit werken. Open ingangen van een 7400 zijn vanzelf hoog, dus de stand van SW1 heeft dan geen effect meer.

- De waarde van R1 t/m R4 is lastig te bepalen. Die beinvloeden de snelheid van schakelen van de Mosfets, en dat heeft vooral effect of de hoeveelheid EMI straling die je genereert, en ook op de warmte in de MOSFETS, al zal dat laatste op 700Hz wel meevallen. 10 Ohm kan wel een goed compromis zijn.

- De schakeling zou op 7 kHz (of 70 kHz) ook moeten werken. Problemen komen misschien van het ontbreken van condensatoren over de 15V voeding.

- Aansturing kan ook beter: Je moet alleen pulsen aan de kant die omhoog moet.

Zie ook https://www.circuitsonline.net/artikelen/view/41/5
En https://www.circuitsonline.net/forum/view/155050

Het schema is alleen het deel wat relevant is voor de H-brug. Op 5VDC zit 1000µF (maar er zit nog een deel TTL meer in de schakeling) over de 15VDC heb ik inderdaad 470µF zitten (alleen voor de twee IR2184) en op de 48VDC 2200µF. De 100nF heb ik in de proefopstelling nog niet meegenomen.
De schakelaar die ik teken had voor de goede orde twee pulldown weerstandjes moeten hebben op de twee uitgaande lijnen, zo werkt het inderdaad niet. In werkelijkheid worden die twee lijnen aangestuurd door twee 7474 FLIPFLOP's en dat gaat prima.

Met een hogere frequentie en de dutycycle wil ik nog wat gaan experimenteren.

Hoe kan ik de aansturing verbeteren?
Voor de ene draairichting krijgt de ingang van de ene 2184 pulsen omhoog en synchroon daaraan krijgt de ingang van de andere 2184 pulsen omlaag. Voor de andere draairichting zijn die pulsen tegengesteld. Welke kant omhoog en omlaag moet wordt in de 2184 geregeld, daar kan ik verder niets mee.

Een probleem is er om opgelost te worden. Lukt dat niet dan heb je een feit.

Waarom koop je u geen 2 P-mosfets? veel eenvoudiger voor uw eisen en zonder IR2184 drivers en pwm.

Uw schema is ook voor verbetering vatbaar.
- leg de LD uitgangen van de IR2184's aan de andere mosfet (overhoeks)
- en het NE555 signaal aan beide IN-inputs.
- gebruik dan de SD-ingangen voor de links rechts sturing

die logische poorten mogen weg.

LDmicro user.

Op 29 juli 2021 14:20:22 schreef Toon60:
over de 15VDC heb ik inderdaad 470µF zitten (alleen voor de twee IR2184) en op de 48VDC 2200µF.

Voor de FET-driver zou ik adviseren: ongeveer 10-20x de waarde van de boost condensator. Normaal kies ik voor de boostcondensator 100nF. Die 470uF is vast een elco. Als je die plots "kortsluit" (via een diode) met een lege 0.1 of 1uF keramische-C dan wordt die 470uF elco ook gewoon direct nul...

Nu is dit probleem niet zo heel erg: normaal wil je die boost condensator toch echt nog wel voor 90% vol hebben als ie "even bijgeladen" wordt.

Kwa frequentie: Met een IR2184 als driver kan je heel redelijk boven de 20kHz gaat zitten. Zit je in het hoorbare gebied, dan ga je het horen. Ik zag 7kHz voorbijkomen: Dat is een irritante piep. (700 Hz is dan minder irritant).

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Voor de ene draairichting moet de ene IR2184 driver pulsen krijgen, de andere heeft de ingang continu laag zodat die de motor naar nul trekt.

Voor de andere draairichting net andersom.

PS:
- Allebei de IR2184 laag trekken = Motor op de rem.
- Allebei de SD pinnen laag trekken = Motor in vrijloop.

[Bericht gewijzigd door deKees op 29 juli 2021 19:47:48 (24%)]

Met jullie tips heb ik nog even niets gedaan, want het lijkt zo redelijk te werken. Tenminste met het kleine motortje, wat op ongeveer 10VDC draait.
Eerst wil ik bekijken of dat ook geldt met de grotere motor en dat valt tegen. Die motor wil ik laten draaien op 48VDC en mijn voeding kan 30VDC leveren. Maar ook met 30VDC gebeurt er niets meer.
Nu blijkt dat ook met het kleine motortje op 15VDC (wat veilig kan) het snel fout gaat, met name in één draairichting.
Op de scoop is te zien dat op de 5VDC voeding veel spikes te zien zijn (zelfs als de motor niet aangestuurd wordt), die niet verdwijnen met de 1000µF en 100nF.

GEEL = 5VDC
CYAAN = Klokpuls uit de 555
MAGENTA = Stuurpuls voor de IR2184
BLAUW = Aansturing FET uit de IR2184
Te zien is dat deze spikes op de 5VDC ontstaan wanneer de 555 schakelt.
Wanneer het motortje rechtsom draait komen er nog meer spikes bij, linksom lijkt dat iets minder.

Met het beeld wat uitgerekt is te zien dat bijna 1µS na de klokpuls er een spike bij is gekomen.

Dit is allemaal bij een motorspanning van 10VDC en levert nog geen problemen op, maar wanneer de motorvoeding 15VDC wordt gaat het bijna steeds fout.

Met de motorspanning nog hoger gaat het in beide draairichtingen altijd fout.
In het stuurcircuit, wat alleen op de 5VDC draait, gebeurt iets wat de aansturing onderbreekt. Mijn vermoeden is dat dit wordt veroorzaakt door de spikes op de 5VDC.
In dat stuurcircuit heb ik alle IC's voorzien van 100nF. De drie voedingen, die uit een voedingsapparaat komen, heb ik helemaal gescheiden gehouden, alleen de drie ground's zijn op het voedingsapparaat gekoppeld.

Ook in dit schema heeft elk IC direct 100nF op de voeding en heeft elke afzonderlijke voedingsspanning een elko zoals eerder genoemd met 100nF.
Hoe ontstaan deze spikes en hoe kom ik daar vanaf?

Een probleem is er om opgelost te worden. Lukt dat niet dan heb je een feit.

Aan uit met een hoogvermogen h-brug. Gaat in de echte schakeling dit niet voor te hoge startpiekstromen zorgen? Niet beter softstart? Microcontrollertje voor de drivers?
700hz lijkt me ook heel laag voor deze opstelling.

Je schrijft dat geen 2 richtingen tegelijk kunnen maar wat met overschakelen. Hier ben ik dood tegenaan gelopen. Ofwel kon ik een kruiwagen logica gaan integereren ofwel 1 mini simpel uC. Wachtijden ter overschakeling en softstart zijn dan eenvoudig op te lossen.

[Bericht gewijzigd door EricN op 1 augustus 2021 08:03:58 (38%)]

Your future self is watching you right now through memories.

De eerste vraag is of die spikes er echt zijn, en dit geen effect is van de meetopstelling.

Heeft elke probe een eigen ground draadje, en waar heb je die verbonden?

Elk IC ontkoppelen en de grounds op één goed gekozen plaats aan elkaar is zeker essentieel, maar dat heb je dus al gedaan.

Er zou helemaal geen pad moeten zijn van de 30V terug naar de 5V voeding, aangenomen dat dit niet in de voeding zelf gebeurd (lijkt me niet waarschijnlijk).

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Stuur een foto van de test-opstelling. Dan wordt er door mij, sparky, lambiek, arco vast gewezen naar plekken waar je iets niet handig hebt gedaan.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Misschien is dat een goed plan, het lijkt erop dat ik iets essentieels over het hoofd zie, hopelijk ziet één van jullie het.
Op de foto scoop, voeding, een dubbel bordje met het stuurcircuit, onder het bordje met de schakeling waar we het over hebben en links een onderdeel met het kleine motortje en twee rode microschakelaars die het begin en eind van het traject bepalen.

Het dubbele bordje krijgt 5VDC met twee banaanstekkers via de dunnere rood/zwarte draad. Deze 5VDC wordt vanaf dat dubbele bord doorgelust naar het andere bordje met een gele (+) en bruine (-) draad. De 5VDC heeft op het dubbele bord een 1000µF en op het enkele bordje 470µF.
De 15VDC komt via de twee Hirschmann klemmen en heeft helemaal links een elco van 1000µF.
De 10VDC (voorlopig nog wel even) komt via de twee krokodillenklemmen, met daarover ook 1000µF.
Op de voeding zijn de drie minnen met elkaar doorverbonden.
De drukknop onder in beeld doet de motorsturing: open, dicht en eventueel stoppen en doorgaan.

Nog even m.b.t. andere reacties:
- De probes hebben niet elk een aarddraad, maar zonder de probes zit het probleem er nog steeds in.
- Er zijn natuurlijk andere oplossingen zoals een microcontroller of een paar relais, maar dat vind ik eigenlijk geen oplossing.

Met spanning kijk ik uit naar jullie bevindingen. Zo nodig maak ik nog foto's van bepaalde details.

Een probleem is er om opgelost te worden. Lukt dat niet dan heb je een feit.

Wat met het links rechts overschakelprobleem? Meer timers en logica?

Your future self is watching you right now through memories.
Lambiek

Special Member

Ik denk dat je het op deze manier niet goed werkend krijgt, je hebt erg lange bedrading. En je condensatoren staan ook erg ver weg van je schakeling.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

En dat enkel om een motor links/rechts te laten draaien, dat begrijp ik niet .

edit:/ let maar niet op mij, je leert er nog van en dat is het belangrijkste.

[Bericht gewijzigd door MGP op 2 augustus 2021 08:06:19 (36%)]

LDmicro user.