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Re: Ansteuerung H-Brücke

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Am 11.09.15 um 14:09 schrieb Hans-Peter Diettrich:
> Bei einer H-Brücke (zur Ansteuerung von DC Motoren) mit 3 Signalen
> (Enable, A, B) gibt es zwei Möglichkeiten zur Ansteuerung mit PWM:
> entweder ein gegenphasiges PWM Signal auf A und B, 

Ich nenne das mal Methode I.

Hier liegt wohl Dein Verständnisproblem. Die Signale A und B werden
nicht gegenphasig angesteuert. Es wird vielmehr eines der beiden auf
festen Pegel gelegt und das andere mit dem PWM-Signal beaufschlagt.


> oder die Vorgbe einer
> Richtung durch gegenphasige Signale auf A und B, und dem PWM Signal auf
> Enable.

Das wäre dann Methode II.

Wenn man es genau betrachtet, gibt es drei Möglichkeiten. Denn von
Methode II gibt es zwei Varianten, abhängig davon, was das von Dir
Enable genannte Signal bewirkt.
a) Beim L298 beispielsweise werden, wenn Enable inaktiv ist, alle vier
  Brückentransistoren hochohmig. Das ist quasi Freilauf ("free wheel"),
  solange sie EMK des Motors kleiner als die Betriebsspannung der
  Brücke bleibt.
b) Beim TB6612 gibt es einen explizit mit "PWM" benannten Anschluss.
  Wenn der auf L liegt, leiten die beiden unteren Brückentransistoren,
  und die beiden oberen sind hochohmig. Dieser Zustand wird
  üblicherweise "short brake" genannt, da hier der Motor
  kurzgeschlossen ist.


> Letztere Lösung wird gerne vorgeschlagen, da sie nur einen PWM Ausgang
> benötigt bzw. keinen Inverter für das komplementäre PWM Signal.

Es wird kein Inverter benötigt (siehe ganz oben). Der Untersched liegt
eher darin begründet, wie sich der Motor abhängig von der Ansteuerung
verhält.


> Nun
> frage ich mich aber, ob diese Lösung irgendwelche Nebenwirkungen auf die
> Funktion hat.

Ja, der Motor reagier unterschiedlich auf die Art der Ansteuerung.


Ab hier wirfst Du offenbar u.a. die beiden Methoden I und II durcheinander:

> Solange die Selbstinduktion der Last eine einheitliche
> Stromrichtung durch die Last erzwingt, können die zwei Transistoren für
> die entgegengesetzte Spannung keinen Strom liefern, der fließt
> stattdessen durch ihre Klemmdioden.

Solange man sich nicht des Blödsinns befleißigt, die Eingänge A und B
des Brückentreibers gegenphasig mit dem PWM-Signal zu steuern, gibt es
nur eine Stromrichtung durch den Motor.


> Damit reicht es tatsächlich aus,
> alle Transistoren während dieser Zeit abzuschalten.

Wenn alle Transistoren abgeschaltet sind, wird das Magnetfeld schnell
abgebaut, da die Mototinduktivität eine hohe Spannung (Betriebsspannung
der Brücke plus zwei Diodenflussspannungen) erzeugen muss, um den Strom
weiter fließen zu lassen.

Wenn dagegen die beiden unteren Transistoren leiten und die beiden
oberen nicht, wird das Magnetfeld langsam abgebaut. Das ist der "Short
brake"-Zustand, der auch eintritt, wenn die Signale A und B auf gleichem
Pegel liegen, wenn man also PWM über eines dieser Signale durchführt.


> Aber was passiert bei einem PWM Tastverhältnis von 50%? Wenn 0% volle
> negative Spannung und 100% volle positive Spannung bedeutet, dann sollte
> der Motor bei 50% stillstehen. Das kann er aber nicht, wenn das PWM
> Signal auf Enable gelegt wird, und mit A und B eine Drehrichtung
> vorgegeben wird. Dann erhält der Motor die volle Spannung während 50%
> der Zeit, und keine Gegenspannung in den restlichen 50%.

Da die gegenphasige Ansteuerung von A und B in der Praxis nicht
verwendet wird, tritt ein solches Problem in der Praxis nicht auf.


> Wie kann man da
> den Motor überhaupt anhalten?

Indem man die Brücke entweder auf Freilauf schaltet und wartet, bis die
mechanische Last oder die Reibung den Motor anhält.
Oder man führt einen "short brake"-Zustand herbei. Da wir der Motor per
Kurzschluss gebremst.


> Hat man somit bei PWM auf Enable die doppelte Auflösung, bezogen auf das
> diskrete Tastverhältnis des erzeugten PWM Signals, ohne sonstige
> Nachteile (Nichtlinearität...)?

Nein, der Motor reagiert unterschiedlich darauf, ob der inaktive Teil
der PWM-Periode ihn kurzschließt (short brake) oder die Zügel Zügel
schießen lasst (free wheel).

Ich hab's nicht mehr im Kopf, welche der beiden Varianten welches
Verhalten des Motors bewirkt. Ohne jetzt viel Gehirnschmalz zu
investieren würde ich mal annehmen, dass mit free-wheel-PWM der Motor
dazu neigt, seine Drehzahl aufgrund der Massenträgheit beizubehalten,
wenn das Tastverhältnis verringert wird. Die short-brake-PWM dagegen
dürfte beim Absenken des Tastverhältnisses den Motor aktiv bremsen.
Wie es sich tatsächlich verhält, lässt sich aber sicher im WWW nachschlagen.



Grüße,

Günther

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Ansteuerung H-Brücke Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2015-09-11 14:09 +0200
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