H-Brücke und Steuerung von Lasten

Einleitung

• Ansteuerung von Lasten mit wechselnder Polarität und variabler elektrischer Leistung.
• Grundschaltung: H-Brücke.

H-Brücke Grundstruktur

• Besteht aus vier Widerständen (R1, R2, R3, R4).
• Spannungsabfall an den Widerständen gleich, wenn Brücke aktiv.
• Potenzial zwischen Mittelpunkten hängt ohne Brücke vom Widerstandsverhältnis ab.

Verwendung von Potentiometern

• H-Brücke kann mit Potentiometern aufgebaut werden zur manuellen Spannungsanpassung.
• Potentiometer ermöglichen Einstellung einer beliebigen Spannung.

Transistoren in H-Brücken

• NPN- und PNP-Transistoren können verwendet werden.
• Widerstände der Transistoren variieren je nach Spannung zwischen Masse und den Klemmen (X1, X2, X3, X4).
• Ab 1V leuchtet die LED, Transistor wird aktiv.

Widerstandseigenschaften

• PNP-Transistoren maximale Widerstände bei 0V, minimale Widerstände bei Versorgungsspannung.
• Schaltung kann auch bei hoher Last verwendet werden.

Schaltverhalten

• Verbindung von Klemmen ändert den Stromfluss durch Transistoren.
• Bei Verbindungen mit Minus- und Pluspol: Widerstände und Spannungen ändern sich.
• Basisstrom muss beachtet werden, um Transistor in Sättigung zu bringen.

MOSFETs anstelle von Transistoren

• Vorteil: keine Anpassungen bei Spannungserhöhungen nötig, weniger kritische Werte.
• Pull-Up/Pull-Down Widerstände erforderlich.

Sicherheitsaspekte

• Spannungsspitzen bei induktiven Lasten müssen berücksichtigt werden.
• Verwendung von Dioden zur Begrenzung von Spannungsspitzen.

Steuerung durch Pulsweitenmodulation (PWM)

• Pulsweitensteuerung ermöglicht die Regelung der Leistung an der Last.
• Eingänge sollten an Eingangsstromkreis angeschlossen sein, bevor die Versorgungsspannung eingeschaltet wird.

Probleme bei der Handsteuerung

• Gefahr von langsamen Schaltvorgängen oder Prellen.
• Überlappende Einschaltzeiten können die H-Brücke beschädigen (Cross-Conduction).

Implementierung von Dioden

• Freilaufdioden verhindern Rückflüsse von Spannungsspitzen.
• Dioden müssen richtig gepolt werden, um Sicherheit zu gewährleisten.

Motorsteuerung

• Motor kann als Generator wirken und verursacht Spannung, die zurückfließt.
• Elektromotorische Bremsen müssen richtig implementiert werden.

H-Brücke mit MOSFETs

• N-Kanal und P-Kanal MOSFETs haben unterschiedliche Eigenschaften und Widerstände.
• Notwendigkeit einer zweiten Spannungsquelle für die Ansteuerung.

Fertige Lösungen

• Fertige H-Brücken wie L298N sind erhältlich, bieten Schutzschaltungen.
• Integration von Mikrocontrollern zur Steuerung von Motoren.

Fazit

• H-Brücken sind vielseitig einsetzbar zur Ansteuerung von elektrischen Lasten.
• Wichtig sind die Sicherheitsmaßnahmen und die richtige Schaltungstechnik.