verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#1 von lupus51 , 03.08.2022 07:05

moin,

muß hier mal Fachleute um Rat fragen..

meines Wissens :
bei einer H-Brücke (könnte auch L296 sein) richtet sich die Drehrichtung nach den durchgeschalteten Transistoren.

1.Frage : bestimmt auch die Ansteurung eines E-Motors durch PWM die Drehrichtung ?

2.Frage wie bei der Ansteurung der H-Brücke mittels Arduino die Drehrichtung ?

mein Projekt : Fahrstraßensteurung mittels Arduino (Nano oder Mega)
meine Anlage : N-Spur analog

mag sein , daß das konfus wirkt, aber deswegen frage ich mal so..


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#2 von Stahlblauberlin , 03.08.2022 08:44

Zu 1.) Die Drehrichtung wird nicht durch die PWM sondern durch den angesteuerten Pin bestimmt
zu 2.) Es gibt bestimmt tausende Beispiele inklusive Sketches wie eine H-Brücke mit dem Arduino angesteuert wird (Google: Arduino L298). Bei den allermeisten H-Brücken, definitiv den L298, L296 ist ein Spannungsregler, sind es zwei relevante Eingänge die die H-Brücke ansteuern. Es werden vom Arduino zwei Pins benötigt, einer der InA und einer der InB ansteuert, gerne auch direkt mit einem PWM-Signal.
InB auf Low und InA mit PWM-Signal lässt den Motor dann rechtsherum, InA auf Low und InB mit PWM-Signal linksherum laufen. Ein zusätzlicher EN-Eingang schaltet die H-Brücke komplett ab.
Dabei bewirkt ein High-Pegel am jeweiligen In(a oder b) das der Transistor nach Plus durchschaltet, ein Low das der Transistor nach - durchschaltet. Mit den beschriebenen Signalen wird also die eine Hälfte der H-Brücke fix nach Minus geschaltet während die andere Hälfte dem PWM-Signal folgt. Der Motor dazwischen sieht als ein PWM-Signal. Werden die Pins getauscht ändert sich entsprechend die Drehrichtung.


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#3 von lupus51 , 03.08.2022 17:18

hallo,

heißt das, daß man die Motorgeschwindigkeit mit dem Arduino regeln kann..
eventuell also Beschleunigung/Bremsen ?
wäre ja super .. fast schon Decoder-Ersatz , fehlt nur noch Pfeifen usw.

mit dem Ardi machts dann schon Spaß..entdecke die Möglichkeiten


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#4 von Stahlblauberlin , 03.08.2022 17:31

@lupus51 natürlich auch beschleunigen und Bremsen. Alles eine Sache der Software. Sound mit einem einfachen Arduino ist nicht so ohne, die sind da etwas schwach auf der Brust. Nimmt man einen kräftigeren Controller wie ESP32 oder ein RPI2040 basiertes Board reicht das auch locker für Sound. Ein normaler Decoder ist ja nicht viel mehr. Und die beiden genannten Controller lassen sich auch komfortabel mit der Arduino-IDE programmieren. Dabei hat der ESP gleich noch WLAN und Bluetooth dabei, reichlich Speicher und zwei Kerne mit bis zu 320 MHz..


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#5 von vikr , 03.08.2022 18:56

Hallo Wolf,

es geht um ganz normale Gleichstrommotoren, die mit verschieden langen Rechteck-Pulsen statt mit Gleichstrom - oder Sinushalbwellen- angesteuert werden. Sind der der Gleichstrom, die Halbwellen oder die Rechteckpulse positiv, dreht der Motor in die eine Richtung, sind sie negativ dreht der Motor in die andere Richtung.

Wie schnell der Motor läuft wird nicht durch eine Veränderung der Höhe der Gleichspannung, sondern durch die Länge der Reckeck-Pulse (Pulsweite), bzw. die Pausen dazwischen, bei konstant bleibender Höhe der Rechteckspannung bestimmt.

Die Rolle des Fahrtrichtungsumschalters übernehmen die H-Brücken, in der einen Richtung angesteuert schalten nur die Transistoren für das positive Signal durch, in der anderen Richtung nur die Transistoren für das negative Signal.

Als Booster hinter einer Modellbahn-Zentrale generieren die H-Brücken praktisch immer abwechselnd ein positives und ein negatives Signal, also einen Wechselstrom (DCC, Motorola, mfx, Selectrix). In Lokdecodern steuern die H-Brücken den Lokmotor oder andere Verbraucher mit Rechteckimpulsen an.

MfG

vik


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#6 von hampton , 03.08.2022 21:51

Hallo,

im Prinzip ist schon alles gesagt.

Vielleicht noch eine bildliche Beschreibung als Ergänzung:
Die beiden oberen senkrechten Striche des H gehen zu + und die beiden unteren zu -.
Der waagerechte Strich des H ist der Motor mit einem Anschluss links und rechts.
In jedem senkrechten Strich des H liegt ein Schalter, meist ein Mosfet. Rein elektrisch ginge jede Art von Schalter wie Relais, Transistor usw.

Jeder der Schalter hat einen Steuereingang, d.h. die H-Brücke Insgesamt vier Stück. Damit kann man jetzt an jeden der beiden Motoranschlüsse beliebig + und - anlegen, so dass der Motor links oder rechts rum dreht.

Man kann auch nur auf der linken oder rechten Seite sowohl + als auch - einschalten. Dann gibt es einen Kurzschluss und die Mosfets brennen durch.
Alle H-Brücken die nur zwei Eingänge haben, enthalten eine interne Verschaltung der vier Mosfet-Eingänge (Gates).

Die PWM schaltet einfach einen der Schalter ganz schnell ein und aus. Bei infinit kleiner Trägheit des Motors (oder extrem langsamer PWM) würde der Motor ruckweise drehen. Macht man die PWM schnell genug dann dreht der Motor kontinuierlich langsam.
Je mehr „an“-Anteile ggü. „Aus“-Anteilen in der PWM, desto schneller.
100% PWM ist „immer an“


Grüße Florian
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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#7 von lupus51 , 03.08.2022 23:38

n'abend allerseits,

zunächst mal vielen Dank für eure eingehenden Beiträge !

Hatte vor eineger Zeit auch eine H-Brücke aus diskreten NPN-Leistungstransitoren gebaut..funzt auch..bis ich den L298 fand.

Bei dieser H-Brücke hatte ich die "linke" Seite über einen 10k-Widerstand (übliche Pullup-Größe) direkt mit dem Ardiuno-Ausgang,
die "rechte" Seite über einen Billig-NPN-Transistor BC548B o.ä.) mit einem anderen Ardi-Ausgang ebenfalls über 10k angeschaltet, sodaß
KEIN Kurzschluss möglich ist.
Jetzt ist es möglich , alleine durch die Programmierung die Drehrichtung zu bestimmen bzw. auch AN/AUS .

Aber die "Außenseiten" der H-Brücken benötigen ja auch eine "Versorgungspannung" .

Eigentlich ist es doch egal , ob diese PWM-mäßig geformt ist oder die "Steuerspannung"
über die beiden Basisanschlüsse PWM ist, gelle ?
Dabei dürfte es auch keinen Unterschied machen , ob die diskrete H-Brücke oder der L298 zum Einsatz kommen,
(hab jetzt auch davon was in der Bastelkiste), das Prinzip ist doch das gleiche..

Hier liegt nämlich ein PWM-Handregler bereit, mit dem ich alle Fahrblöcke regeln können möchte, egal welcher eingeschaltet ist,
weil die Loks damit einfach Besser durchziehen ! Das würde Für die Versorgung über die Außenseiten der H-Brücken sprechen..
der Ardi bräuchte dann KEIN PWM liefern.

Oder ist das ein Irrtum ?
Nun ja, Errare humnum est (Irren ist menschlich)

Gute Nacht !


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#8 von volkerS , 04.08.2022 08:27

Hallo Wolf,
die Enden der senkrechten Striche des H sind mit der Betriebsspannung verbunden. Oben Ub, unten Gnd. Diese Spannung wird ans Gleis durchgeschaltet.
Die Signale zum Ansteuern der Transistoren oder des L298 dagegen kommen von der Steuerspannung, meist 5V.
Gnd von Betriebsspannung und Steuerspannung muss verbunden sein.
Beim L298 sollte ein In auf low, der andere mit PWM angesteuert werden. Die Verlustleistung des dauerhaft angesteuerten Lowside-Transistors ist geringer als die des Highside-Transistors dieser H-Halbbrücke (Highside- und Lowside-Transistor links bzw. rechts des Motoranschlusses bezeichnet man als Halbbrücke).
Volker


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#9 von lupus51 , 04.08.2022 08:27

moin,

habe mich vertan : hier liegt Nicht L298, sondern L293D,
das sind 2 H-Bruecken in DIL-Bauform (16polg).

Werd heute mittag mal den Schaltplan neu zeichnen und hier einbringen,
jetzt muß ich erstmal was arbeiten..

Wahrscheinlich stelle ich mich beim Googeln etwas hilflos an, sonst würde ich
neuer Bauformen und Platinen zu den Projekten eher finden und könnte manche Forumfrage einsparen, sorry,sorry..


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#10 von lupus51 , 04.08.2022 08:28

jetzt haben wir gleichzeitig geschrieben, sorry


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#11 von volkerS , 04.08.2022 08:39

Hallo Wolf,
der L293D ist ähnlich dem L298, hat aber eine geringere Versorgungsspannung und, wegen der Bauform, kann er nur 600mA je Brücke.
Gibt es auch als fertig aufgebautes Modul, bei G.. als Suchbegriff: l293d motor driver shield. Bei 3,--€ lohnt sich kein eienes Layout.
Volker


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#12 von Stahlblauberlin , 04.08.2022 08:57

Der L293 ist eigentlich ne' Krücke, maximal 600 mA wie geschrieben und ziemlich hohe Verluste. Da gehen etwa 2V flöten... macht 1,2W bei maximalem Strom. Da wird so ein DIP-Gehäuse schon ganz schön kuschelig. Den L298 gibt es auch als sehr preiswertes Modul, 2A pro Kanal (sind ja zwei vollständige H-Brücken) die sich auch problemlos parallel schalten lassen. Dann hat man 4A. Bis einschließlich H0 ist man da gut versorgt. Meine letzte Zentrale vor Umstieg auf die Z21PGläuft damit seit Jahren super, auch 2-3 LGB-Loks lassen sich damit noch gut fahren. Das ist zwar Digital, dem L298 ist es aber völlig egal was er zu schalten hat.


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#13 von lupus51 , 04.08.2022 08:58

ok,
danke für die Tipps !

könnte mal einen Link zu Zeitschriften oder Online-Media
gebrauchen, wo z.B. Neuentwicklungen mitgeteilt und evtl auch
verständlich dargestellt werden..kriege da offensichtlich zuwenig mit..


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#14 von lupus51 , 04.08.2022 09:03

1
 
Da wird so ein DIP-Gehäuse schon ganz schön kuschelig
 


ja, das kann ich mir denken !

Nützt es evtl etwas, ein bißchen Blech aufs Gehäuse zu kleben ?

Möchte das Ganze erstmal experimentell zum Laufen bringen..testen, ob Schaltung ok ist und
muß den Sketch ja auch erst machen..

wenn alles ok, hole ich mir den L298..hoffe, muß dann nicht allzuviel ändern


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#15 von lupus51 , 04.08.2022 09:09

noch schnell was anderes :
die Stiftleisten an den Arduinos haben ja nicht den bei gängigen Lochstreifenplatinen
üblichen Abstand von 2,54mm , sondern mehr..

Wie genau ist der Abstand der Stifte bei den Arduinos , was für ne Norm ist das ?
Gibt es irgendwo passende Lochstreifen- oder Lötpunkt-Rasterplatinen ?


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#16 von Stahlblauberlin , 04.08.2022 09:10

@lupus51 Etwas Blech bringt nicht viel, der Kunststoff isoliert zu gut. Wenn man die Datenblätter studiert werden dort ensprechend üppige Leiterbahnflächen an bestimmten Pins empfohlen um die Wärme loszuwerden. Die Metallbeinchen leiten die Wärme weitaus besser vom Chip ab als das Gehäuse aus Plastik.


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#17 von Stahlblauberlin , 04.08.2022 09:15

@lupus51 Das raster des Arduino ist sehr wohl 2,54 mm, nur ist eine der Leisten aus mit unbekanntem Grund leicht versetzt. Hab das gelöst in dem ich die dafür nötigen Pins der Stiftleiste nach dem Einlöten von dem Kunstoffsteg der sie zusammenhält befreit und anschließen passend gebogen habe. Ansonsten verwende ich eh fast nur die Arduino Nano, spart massig Platz, Geld und kommt ohne solche Bastelleien aus.


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#18 von lupus51 , 04.08.2022 10:15

den Ardiono Nano finde ich super , weil er mit Steckern ausgestattet ist
und somit in ein - käuflich erhältliches - Shield eingesetzt bzw leicht ausgetauscht werden kann !

Leider hat der Arduino Mega aber nur Buchsenleisten, und wegen der von Dir erwähnten Versetzung
dieser kann man nicht einfach eine Lötpunktrasterplatine als "Shield" draufsetzen..finde ich echt gemein !

Der Austausch gegen einen anders programmierten Ardi ist bei mir wichtig,
denn die Erarbeitung eines Sketches findet in meinem Büro am PC statt,
an der Anlage wird nicht programmiert und auch nicht per USB-Kabel eingespielt
(hatte Probleme mit der USB-Adaptererkennung unter Win11 auf meinem Notebook, mit Win7 am PC klappt das)

Wegen der vielen erforderlichen Anschlüsse für meine N-Anlage kann ich Nur den A.Mega einsetzen..


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#19 von volkerS , 04.08.2022 12:43

Hallo Wolf,
unter dem Suchbegriff arduino mega shield findest du im Netz unzählige Adapterplatinen die genau auf den Mega passen.
USB-Adaptererkennungsprobleme treten fast immer bei ChinaClones auf. Ich verwende das CP2102 Breakout USB-Board. Kann auf 3,3V oder 5V per Lötbrücke eingestellt werden und funktioniert mit dem Treiber von Silicon Labs.
Volker


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#20 von lupus51 , 04.08.2022 13:18

hallo volker,

"arduino mega shield" hab ich mittlerweile auf Nachfrage bei AZ-Delivery gefunden..
hatte die als solche nicht erkannt, weil fast immer nur die Oberseite zu sehen ist..
hab gleich sowas bestellt..

jedenfalls vielen Dank !


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#21 von Anton_Zett , 04.08.2022 13:27

Zitat von lupus51 im Beitrag #18
den Ardiono Nano finde ich super

.....

Wegen der vielen erforderlichen Anschlüsse für meine N-Anlage kann ich Nur den A.Mega einsetzen..


Man könnte ja auch über Porterweiterungen nachdenken: http://www.1-zu-220.de/ardutipp.php#ports


Grüße
Anton

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#22 von vikr , 04.08.2022 18:35

Hallo Wolf,

Zitat von lupus51 im Beitrag #7
Hier liegt nämlich ein PWM-Handregler bereit, mit dem ich alle Fahrblöcke regeln können möchte, egal welcher eingeschaltet ist,
weil die Loks damit einfach Besser durchziehen ! Das würde Für die Versorgung über die Außenseiten der H-Brücken sprechen..
der Ardi bräuchte dann KEIN PWM liefern.

Oder ist das ein Irrtum ?
Hhm, das ist nicht präzise genug beschrieben, um zu sagen, ob das funktionieren kann oder nicht.
Der Arduino generiert das PMW-Signal. Mit diesem Signal mußt Du die H-Brücken (z.B. das Arduino-Motorshield mit dem 298) ansteuern. Die Versorgungsspannung der H-Brücken (z.B. 15V Gleichspannung) sollte getrennt von der Versorgungsspannung Deines Arduinos sein.

MfG

vik


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RE: verstehe nicht : H-Brücke , PWM und Fahrtrichtung Zusammenhang

#23 von lupus51 , 05.08.2022 22:42

n'abend,
komme momentan nicht weiter, wegen
Mehrarbeit..denke, montags gehts weiter
sorry


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#24 von lupus51 , 07.08.2022 09:05

moin,

zu volkerS :

Zitat von volkerS im Beitrag #19
USB-Adaptererkennungsprobleme treten fast immer bei ChinaClones auf.


das hat sich hier bestätigt :

hatte ja noch ne andere Mega-Version hier : die hat KEINE Probleme mit USB,
ist beschriftet mit "JOI IT" und beiderseits schwarz lackiert

die Problem-Platine hat die Aufschrift "2033 MEGA 2560" und ist blau lackiert

aber woran erkenne ich bei zukünftigen Einkäufen (Ncht bei Ali..) die Clones ?
am Preis ? Woran sonst ?


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#25 von volkerS , 07.08.2022 14:37

Hallo Wolf,
du must prüfen welche USB-Bridge auf der Platine verwendet ist. Beim Mega2560 sollte es ein Mega16U2 sein. So sieht es zumindest Arduino vor.
Prüfe doch mal was bei deinen beiden Megas verbaut ist. Die USB Bridge sollte dicht beim USB-Anschluß auggelötet sein. Mein Mega 2560 ist eine eine zu 2/3 weiße, Rest türkise Platine und trägt ein Arduino Label auf dem Hauptprozessor.
Bei den USB-Adaptern auf TTL für die Nanos habe ich bislang keine Probleme mit Adaptern, die mit P2102-Chips bestückt sind, während der 340er, oft bei ChinaClones genutzt, problematisch sein kann.
Volker


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