Hallo!

Ich habe gerade meine 1. "bldc-steuerung" zusammengebaut, und natürlich
gleich einige Probleme festgestellt. Grundsätzlich dreht sich das ding
zwar, ich kann auch per timer die geschwindigkeit verändern, allerdings
nur bis zu einer gewissen max. geschwindigkeit (welche nicht über 100upm
liegt)
Hier die probleme:
1. Die Treiber MOSFETS werden SEHR heiss (man kann sie nicht mehr
anggreifen
2. wenn ich über eine gewisse geschwindigkeit gehen möchte, dreht der
motor nicht mehr, sondern "singt" nur noch

im moment überprüfe ih den kommutierungszeitpunkt noch nicht, da ich
noch nicht genau weis, wie ich das anstellen werde -bei so geringer
drehzahl, sollte es mit zwangskommutierung allerdings noch genügen oder?

Die verwendeten MOSFETS:

IRF7425 (P-Channel)
IRF7862 /N-Channel)

Im Anhang ein rar file mit folgenden daten:
Schaltplan und board als eagle file
oszi-screenshots der p und n gates sowie der motoranschlüsse (gegen GND
gemessen)
Sourcecode als CVAVR project (auch mit texteditor zu öffnen)

Ich bin für jeden Hinweis/jede Hilfe dankbar!

Rotaray wrote:

> Hier die probleme:
> 1. Die Treiber MOSFETS werden SEHR heiss (man kann sie nicht mehr
> anggreifen

Das klingt generell sehr nach einer fehlenden Freilaufdiode.

nun ich dachte, die interne  diode der fets reicht aus?

Rotaray wrote:
> nun ich dachte, die interne  diode der fets reicht aus?

Zu dem Thema gibts einige Threads im Forum, zB:
Beitrag "Freilaufdiode."

Schaltungstechnisch kann man ja nicht viel falsch machen. Wenn man sieht
wie einfach man das schaltungstechnisch realisieren kann:
http://mikrokopter.de/ucwiki/BL-Ctrl_V1.2?action=A...

Nico Erfurth wrote:
> Rotaray wrote:
>> nun ich dachte, die interne  diode der fets reicht aus?
>
> Zu dem Thema gibts einige Threads im Forum, zB:
> Beitrag "Freilaufdiode."

Das ist ganz was anderes, denn in diesem Fall handelt es sich um eine
H-Brücke und da liegen immer die Dioden der Mosfets gegen GND bzw. V+.
Somit können die Freilaufdioden garnicht fehlen.

Ich würde daher eher darauf tippen, dass die Mosfets beide kurzzeitig
gleichzeitig an sind.

das hab ich schon getestet - d.h. die brücke ohne motor dran getestet -
das funltioniert einwandfrei - d.h. es gibt keinen questrom in der
brücke.

Zeig mal die Schaltung.

oh sry - hat wohl beim anhängen nicht funktioniert - auf ein neues

Entweder versteh ich deine Oszidarstellung falsch, oder da ist was
gravierend falsch.
Sehe ich das richtig, dass die Gatesignale 2,5V Amplitude haben ? Dann
ist es kein Wunder wenn die Mosfets heiß werden.
Wo die Spikes auf 30V herkommen verstehe ich auch nicht. Du hast doch
Elkos an den Betriebsspannung, oder ?

die spikes kommenv ermutlich von einer masseschleife, die ich mit den
tastköpfen und deren masseanschlüssen erzeugt habe.
oh - jetz wo du es sagst - du ahst recht laut dieser darstellung
scheinen es wirklich nur 2.5 V zu sein - das ist mir gar nicht
aufgefallen - ich messe das nochmal nach.
rein theoretisch sollte aber VCC an den gates anliegen - sollte dem
nicht so sein - eine idee was da falsch sein könnte?

So - ich hab die gatespannung nochmal nachgemessen:

im leerlauf (ohne motor): spannungen zwischen 0 und VCC (6V)
sobald ich allerdings den motor mit dran hänge, bricht die spannung auf
ca 2-3V ein. Im Anhag ein screenshot der versorgung (der gelbe - die
anderen 2 sind gates der n fets)
Stromaufnahme der ganzen schaltung ist im moment ca 16A (ich weis, das
ist viel zu hoch)

kann es sein, das ich noch einen grundsätzlichen Fehler in meinem Aufbau
habe?

Rotary wrote:

> kann es sein, das ich noch einen grundsätzlichen Fehler in meinem Aufbau
> habe?

Im Aufbau nicht, aber der Software: Ich sehe nirgends PWM, somit ist
beim Starten nur der ohmsche Widerstand der Wicklung wirksam, der die
volle Spannung abbekommt daher ist es kein Wunder, dass die Spannung
zusammenbricht.

aha - d.h. ich MUSS die Gates als PWM ansteuern?

Oder die Betriebsspannung des Motors der Drehzahl anpassen (was
natürlich niemand macht), daher PWM. Das ist bei deinem Layout jetzt
etwas ungünstig, (keine OC Pins) du müsstest die PWM daher in Software
machen.

ok danke für deine hilfe - das werd ich gleich mal einbauen.

nich eine frage: welche frequenz sollte das PWM ca haben? sind 10kHz in
ordnung?

Kommt etwas auf den Motor an, aber 10-40kHz sind übliche Werte.

Im Anhang nun ein screenshot des pwm signals am gate - ist das soweit in
ordnung?

die stromaufnahme ist jetzt reduziert - auf ca 5A. aber eine höhere
drehzahl schaffe ich noch immer nicht - wird es jetzt  zeit, den
kommutierungszeitpunkt zu bestimmen?

Noch etwas zu den MOSFETs: die werden noch immer SEHR heiss - ich habs
auch schon mit freilaufdioden versucht (2W shottky) - hat nichts
gebracht.
hat noch jemand eine idee was falsch sein könnte?

Miss mal die Anstiegszeit der Gatespannung.
Je kürzer desto Kühler.

Gruß Marcus

Naja deine Treiberschaltung für die FETs verwendet einen Pullup. Damit
wird man jetzt keine besondere Schaltzeiten erzielen.
Besser: Treiber mit Push/pull Endstufe (siehe übliche Treiber ICs).

Die anstiegszeit beläuft sich auf 5 us - kann das schon der grund für
die erwärmung sein?

Ja ! Gute Werte sind 20-200ns. Rechne mal: 10kHz sind 100µs. 5µs hoch,
5µs runter, also sind die Mosfets zu 10% im linearen Bereich.

ok - ich werds mal mit nem treiber versuchen
Danke!

eine frage hätte ich da allerdings noch:
auf www.mikrokopter.de ist beim brushless regler für die p-channel fets
das gleiche prinzip verwendet worden (die haben sogar einen 680R als
pullup drin) ich hab meinen schon gegen einen 220R ausgetauscht.
haben meine Fets einfach eine höhere gate kapazität und brauchen deshalb
länger?

Das Problem mit der mangelhaften Drehzahlannahme hatte ich auch mal- mit
Potis für Drehzahl und PWM und etwas Fingerspitzengefühl hat man den
motor auch zu höheren Drehzahlen "überreden" können...

ich hab das ganze jetzt mal (hoffentlich richtig) nachgerechnet:

wenn ich eine drehzahl von 1000upm haben will - muss ich den motor mit
einem 16Hz signal ansteuern, d.h. jede phase wird für 1/3 der
periodendauer bestromt - daswären dann ca 20ms pro phase - wenn ich das
so mache, dreht sich der motor mit ca 1-2 umdrehungen pro sekunde - haut
hier die zwangskommutierung nicht hin?

gibts du das sofort auf den motor oder drehst du ganz langsam hoch?

die 1000 hab ich zuerst direkt drauf gegeben, und dann auch mit langsam
hochdrehen versucht - er will einfach nicht so recht - aber stimmt die
rechnung so ca?

jetzt hab ich es zwar geschaft, die drehzahl zu erhöhen, aber der motor
hat dabei überhaupt kein drehmoment - sobald ich in nur ein klein wenig
berühre, bleibt er sofort stehen. wenn ich den duty cycle des PWM
erhöhe, und der Strom 5A überschreitet, brennt mir mind. 1 MOSFET ab.
(ich hab die freilaufdioden jetzt wieder drausen).

Hier mal eine gängige Treiberstufe für MOSFET's,
welche die Gate-Kapazitäten sehr schnell umlädt.
Kann mal schnell mal aus der Grabbelkiste erstellen.

Danke! das werd ich gleich mal versuchen

was ist das denn für ein scope das du da hast?

agilent infinium

eine frage zu der treiberstufe: kann ich die auch bei einem p-fet
nehmen? ich denke nicht oder?

die treiberstufe ist einfach nur ein Stromverstärker, am ende kommt die
gleiche Spannung raus, wie am eingang reingeht, nur kannst du sie
stärker belasten. Damit diese Schaltung sinnvoll funktioniert brauchst
du noch einen Spannungsverstärker davor.

Die Treiberschaltung kann natürlich auch bei P-FET'S
genommen werden, vorausgesetzt, + des Treibers und Source
des FET sind potentialgleich. Und das sieht in Deiner
Schaltung ja so aus (Vcc).
Und zur Ansteuerung genügen einige mA. Also wenn Du den
bisherigen Abgriff am Kollektor Deines BC847 nimmst (incl.
dem 680R Pull-Up) ist das voll i.O. sowohl für den P-FET
als auch für den N-FET.

Wo bekommt man denn so ein luxus scope her? Will auch eins. :-)

Wie ermittele ich den strom der bei der Verstärkerschaltung fließt? Also
wenn ich z.B. mit 5 Volt ansteuere. Da müsste doch ein
"Kurzschluss"strom fließen oder?

Man könnte die P und N FETs auch direkt mit einen Port-Pin ansteuern
wenn man sich auf 5 Volt beschränkt.

Bei der angegebenen Treiberschaltung fließt kein
Kurzschluss-Strom, auch wenn man das befürchten könnte.

Es handelt sich bei der Schaltungsart um einen
"komplementären Emitterfolger". Würde man den mit
einer ansteigenden Spannung bei 0 beginnend ansteuern,
leitet zuerst der PNP. Dann etwa bei der Hälfte der
Spannung leitet für einige 100mV keiner von beiden! bis
dann der npn leitend wird und das bis Vcc beibehält.

- Daher kann das Gebilde zu keinem Zeitpunkt einen
Kurzschluss verursachen.
- Daher fließt (ohne Last am Ausgang) auch nur Basisstrom,
auch wenn Eingang + - schnell wechselt (Schaltbetrieb)

So, jetzt zum Schaltbetrieb.
Bei einer Ansteuerung mit 5V und dem Vorwiderstand 1k
haben wir etwa 5V - 0,6V(Ube) / 1k = 4,4mA Basisstrom
Nehmen wir mal einen BC337-40 (bzw BC327-40) mit der
Verstärkung ~400 ergibt sich ein Kollektorstrom von
4,4 * 400 = 1760 mA.
Die Transistoren sind damit sauber übersteuert und
befinden sich im gewünschten (gesättigten) Schaltbetrieb.

Und jetzt kommt das Entscheidende: Die BC's werden über
den 10R dem MOSFET die Gate-Kapazität innerhalb Nanosek.
umladen und den "halbleitenden" (verlustreichen) Zwischen-
bereich der MOSFET's so kurz wie möglich gestalten.

@ Marius ja, man kann problemlos FET's mit einem Port-PIN
ansteuern, wenn man das ab und zu tut, mit Pausen > 1 sec.
Dann haben die MOSFET's Zeit, Ihre heftige Verlustleistung
während 1 ms in der folgenden Pause von 999 ms zu 'verdauen'.

Wenn es sich allerdings um eine PWM-Ansteuerung handelt,
mit vielleicht 100kHz, gibt's da keine solche Pausen und
die MOSFET's hätten da gerne ein schnelles Umschalten mit
minimalen Verlusten, wie das der Treiber liefert.

Danke für eure informationen!
ich habe heute die ansteuerung für meinen motor geändert, und jetzt
dreht er schon einigermaßen hoch.
Ich habe dann versucht, den kopmmutierungszeitpunkt irgendwie zu messen,
allerdings ohne erfolg. Ich hab die 3 phasen des motors am scope
angesehen, und konnte keinen Zusammenhang zwischen Rotorstellung und
diesen Spannungen finden. Nun ist in den meisten Anwendungen diese
Schaltung, bei dem mit 3 widerständen von den phasen ausgehend eine art
mittelpunkt gebildet wird, auch das habe ich versucht - mit dem selben
ergebnis.
Kennt sich jemand mit diesem Problem aus?

@  Rotary (Gast)

>Kennt sich jemand mit diesem Problem aus?

Nimm dir erstmal nen BLDC mit Hallsensoren, die lassen sich sehr
gemütlich ansteuern. Die Ansteuerung von sensorlosen mittles
Gegeninduktionsspannung ist wesentlich anspruchsvoller und braucht auch
die passenden Treiber bzw. Messeingänge für die Gegeninduktion.

http://www.st.com/stonline/stappl/productcatalog/a...

http://www.st.com/stonline/products/literature/an/9597.pdf
http://www.st.com/stonline/products/literature/an/7209.pdf
http://www.st.com/stonline/products/literature/an/7579.pdf

MFG
Falk

danke für den tip - aber ich hab mir leider schon einen "normalen" BLDC
motor zugelegt - ohne hallsensoren. Ich hab auch schon zig appnotes von
freescale, atmel und st durch, aber der Teil wo es um die messung dieser
gegeninduktion geht, ist mir noch nicht recht verständlich.

Rotary wrote:
> Ich habe dann versucht, den kopmmutierungszeitpunkt irgendwie zu messen,
> allerdings ohne erfolg.

Schaltplan von deinem Messaufbau, evtl. ein Bild von der Schaltung, Bild
von der Anzeige am Scope. Dazu dann bitte noch genau erklären was du
versucht hast wie und wo zu messen.
Is die Theorie denn einigermaßen klar?

Du hast doch so ein schönes Scope, mach doch mal eine Messung von allen
drei Phasen gegen Masse bzw. gegen deinen virtuellen Sternpunkt. Dann
müsste man doch schon etwas sehen.
Messungen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Bzw am besten mal
eine bei Vollgas ohne PWM (wenn das schon funktioniert bei dir).

Dann sehen wir weiter.

Gruß

Hier mal die Schaltung zu meinem derzeitigen Aufbau (die hab ich aus
einem Toshiba 3-phasen BLDC controller appnote)
Die screens vom scope kommen noch.
Soweit ich das verstanden habe, sollte die bewegung des rotors zur
nächsten phase einen sich ändernden pegel am komparatorausgang zur Folge
haben. -> d.h. mit einem pinchange interrupt sollte das doch
detektierbar sein - nur leider detektiert der Komparator bei der
Schwelle vcc/2 auch jeden Puls meines PWM signals.
Der Tiefpass hilft hier zwar ein wenig, "schöne" signale kommen jedoch
auch nicht zu stande.

Im Anhang die screenshots von den 3 Phasen - einmal 2 phasen und der
nullpunkt (2_phases_star.jpg)

Hallo,

bei langsamen Geschwindigkeiten darfst Du nur dann messen, wenn dein PWM
gerade ein ist. Nur dann ist es gültig. Bei höheren Geschwindigkeiten
geht es dann auch so.

Zur Schaltung noch ein Punkt. Du misst gegen Masse, wenn nun höhere
Ströme fließen, kann es hier zu Verschiebungen kommen und deine
Schaltschwelle stimmt nicht mehr. Besser wären hier 3 Komperatoren die
jeweils gegen die aktuell zu messende Phase geschaltet sind. Die meisten
Anwendungen im Netz mit Mega8 benutzen da den internen Comperator mit
Umschaltung.

Gruß
Jürgen

Hallo Jürgen!

Danke für den Tip - wenn ich Dich rihtig verstehe, muss ich die Spannung
im mittelpunkt (hinter den 3 Widerständen) mit der gerade nicht aktiven
Phase vergleichen, wenn mein PWM ein ist.
Wann muss ich dann auf die nächste Phase schalten? Wenn die
Mittelspannung höher ist als die der nicht aktiven windung?

Hallo,

>Wann muss ich dann auf die nächste Phase schalten? Wenn die
>Mittelspannung höher ist als die der nicht aktiven windung?

Du erwartest ja mit jedem Schaltvorgang auf eine anderen Pase das "Zero
Crossing" und zwar immer an der "freien". Und die weißt Du ja. Und
abhängig bei welchem Schaltpunkt Du dich gerade befindest weißt Du auch
ob es eine aufsteigende Spannung sein muss oder eine abfallende!

Aber wie schon oben gesagt es gibt einige Seiten im Netz die Dir hier
weiterhelfen.

Die hat mir geholfen!
http://home.versanet.de/~b-konze/blmc_bko/blmc.htm

Gruß
Jürgen

Hallo,

Sorry daß ich den Thread ausbuddel aber so alt und müffelig ist der ja
zum Glück noch nicht. :)

Ich habe einen kleinen BLDC-Motor der ist aber in Sternschaltung
verschaltet. Kann ich die Schaltung trotzdem verwenden oder muß ich was
ändern? An der Schaltungsart des Motors kann ich ja nix ändern :)
Wie hole ich mir das Kommutierungssignal? Ich hab mal irgendwo eine
Schaltung mit Komparatoren gesehen finde die aber nicht mehr. Ich möchte
als Kommutierungssignal wenn möglich keinen AVR mit ADC verwenden. Wenn
ich nur "Digitalsignale" habe kann ich das ganze zur Sicherheit mit
schnellen Optokopplern voneinander entkoppeln.

Vielleicht kann mir auch jemand erklären warum bei den meisten Reglern
an den FETs keine Dioden dran sind, ich dachte immer die internen Dioden
der FETs wären ziemlich schlecht? Kann man da ohne Probleme welche
dranpappen oder gibt das Probleme mit der Rotorlageerkennung?

Was auch noch sehr interessant wäre ist wie man eine "Bremsung"
Realisiert wenn ich z.B. von einer hohen Drehzahl "runterschalten"
möchte auf eine niedrigere.

Danke :)

@Stefan Müller (stefan-mueller)

>verschaltet. Kann ich die Schaltung trotzdem verwenden oder muß ich was

AFAIK ja. Der Motor hat dannnur bei geleicher Spannung weniger Leistung.

>Wie hole ich mir das Kommutierungssignal?

Von den Hallsensoren. Oder über die Gegeninduktion der inaktiven Spule.

>ich nur "Digitalsignale" habe kann ich das ganze zur Sicherheit mit
>schnellen Optokopplern voneinander entkoppeln.

Wozu?

>Vielleicht kann mir auch jemand erklären warum bei den meisten Reglern
>an den FETs keine Dioden dran sind, ich dachte immer die internen Dioden

Keine Ahnung.

>Was auch noch sehr interessant wäre ist wie man eine "Bremsung"

Einfach den MOTOR kurzuschliessen, z.B, alle Phasen auch LOW schalten.
Aber bitte nicht die Stromversorgung kurzschliessen ;-)

MFG
Falk

Hallo Falk,

die Stromversorgung kann ich nicht kurzschließen, ich verwende
"intelligente" MOSFET-Treiber von IR die eine Shoot-Trough Protection
haben über eine Deadtime. Ich hab mir schon mal ne Endstufe so
gesprengt. OK war nur für nen kleinen Stepper hat aber recht laut
geknallt (und gestunken) Die Schaltung war naher hinüber. :)

Ich habe mittlerweile rausgefunden weshalb keine ext. Dioden an den
BLDC-Modellbaureglern dran sind. Es werden die FETs als Dioden
verwendet, Stichwort Synchrongleichrichtung. Die Steuersignale sind
nicht ganz ohne da sehr Timingkritisch das soll aber für sehr wenig
Verluste sorgen. Ganz durchgestiegen bin ich aber noch nicht ich lese
grade noch Datenblätter und div. Internetseiten.

Übrigends: Weißt du was mit bldc.de passiert ist da kommt nix mehr die
Seite ist leer. Ich habe jetzt mehrfach hier im Forum gelesen daß dies
eine gute Infoquelle gewesen sein soll.

Das mit der Bremsung leuchtet mir ein aber ich will ja nicht bis zum
Stillstand runterbremsen sondern nur die Geschwindigkeit verringern bis
zu einem kleineren Wert. Wenn ich das Bremsen unterbreche wie finde ich
raus mit welcherm Speed der Motor noch dreht?

Was mich fasziniert hat ist letztens ein Kompaktservo von
Mitsubishi-Electric. Der kann einen Sollwert (vorgegeben Digital oder
über 0-10V Schnittstelle) innerhalb von Sekundenbruchteilen annehmen.
Wie machen die das, der Rotor eines BLDCs ist ja je nach Leistung des
Motors recht schwer und somit träge. Es muß irgend einen Trick dabei
geben. Zwangskommutierung kann man vergessen daß habe ich schon mal mit
einem Modellbaumotor probiert, ein wenig last drauf und der Rotor bleibt
stehen und pfeift da er dem Drehfeld nicht mehr folgen kann.

Hast du noch ne Idee?

@Stefan Müller (stefan-mueller)

>BLDC-Modellbaureglern dran sind. Es werden die FETs als Dioden
>verwendet, Stichwort Synchrongleichrichtung.

Naja, da werden aber nciht die FET genutzt, sondern die technologisch
bedingte, eben etwas schlechtere Diode.

> Die Steuersignale sind
>nicht ganz ohne da sehr Timingkritisch das soll aber für sehr wenig
>Verluste sorgen.

Naja, nicht wirklich. Man darf eben hat keinen Kurzschluss machen, wie
bei den H-Brücken. Der Rest ergibt sich. In der Zeit, wo der untere FET
noch nciht schaltet leitet die DIode mit relativ grosser FLussspannung
und damit verlusten. EIn paar Dutzend Nanosekunden später schaltet der
FET und verringert damit massiv den Widerstand und somit die
Verlustleistung.

>Übrigends: Weißt du was mit bldc.de passiert ist da kommt nix mehr die

Ich kenn die Seite nicht.

>Das mit der Bremsung leuchtet mir ein aber ich will ja nicht bis zum
>Stillstand runterbremsen sondern nur die Geschwindigkeit verringern bis
>zu einem kleineren Wert. Wenn ich das Bremsen unterbreche wie finde ich
>raus mit welcherm Speed der Motor noch dreht?

Drehzahlmesser. Oder?

>Wie machen die das, der Rotor eines BLDCs ist ja je nach Leistung des
>Motors recht schwer und somit träge. Es muß irgend einen Trick dabei

Wie es im Detail geht weiss ich nicht. Aber von den Festplatten her ist
das genauso. Mit so einen speziellen Servomotor, der ja nur Bruchteile
einer Umdrehung dreht kann man dass in Millisekunden positionieren.

>Hast du noch ne Idee?

Die haben wahrscheinlich erstens ne Postitionsmessung drin und zweitens
ne clevere Regelung. Kommutiert wird das AFAIK nix, sondern ein Strom
eingestellt, welcher die Position ergibt. GGf mit Zwei Spulen, zum
links/rechts schwenken.

http://www.storagereview.com/guide2000/ref/hdd/op/act.html

Hab ich mal auf die Schnelle gefunden.

MFG
Falk