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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DC Motor Ansteuerung mit Zwischenkreis


Autor: D.C. (Gast)
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Ich habe ein DC Motor den ich mit einem Akku bestromen will. Leider hat 
der Akku eine viel zu hohe Batterie Spannung für den Motor.

Deswegen habe ich mir diese Schaltung überlegt. Wobei PWM_1 und PWM_2 
nie gleichzeitig high sind. Also entweder T1 oder T2 sperrt.
Die Zwischenkreisspannung ist ca 40% höher als die maximale Spannung des 
Motors und die Batteriespannung ist mindestens dreifach so hoch.

Funktioniert die Schaltung?

PS: Es fehlen noch die Freilaufdioden.

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Nein.
Du gibst die PWM auf einen Kondensator. Im Umschaltmoment ist der Strom 
unendlich. So etwas ist nicht gut.

Schaltung ist einfach:
Motor+ an Vcc
Motor- an n-fet drain
n-fet drain an masse

Von Motor- nach Motor+ noch eine Schottky diode.

n-fet ansteuern mit Widerstand ~60Ω bei < ~2kHz
n-fet ansteuern mit mosfet treiber + widerstand bei > 2kHz

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Funktioniert die Schaltung?

Noe.  Dein Transistor T1 muss um den Kondensator aufzuladen einen hohen 
Strom fliessen lassen. Die Haelfte der Energie die in den Kondensator 
gespeichert wird geht dir im Transistor als Waerme verloren.
Zwischen T1 und Kondensator gehoert eine Spule. Den Transistor T2 
brauchst du nicht du kannst die Spannung an C1 auch gleich so einstellen 
das sie deiner gewuenschten Motorspannung entspricht.

Gruss Helmi

Autor: D.C. (Gast)
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@Avion
Motor- an n-fet drain
n-fet drain an masse

Verstehe ich nicht, dann ist doch Motor- an Masse?

@Helmut Lenzen
Muss die Spule mit in den "Kreis" aus Kondensator und Motor oder 
außerhalb/davor?
Ich denke davor, damit die Motorspannung nicht zu hoch wird..


Noch eine Frage: Muss die Freilaufdiode parallel zum Motor oder parallel 
zu dem Transistor?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Motor- an n-fet drain
>n-fet drain an masse

Sollte wohl n-fet Source heissen.


Es gibt 2 Moeglichkeiten sowas zu machen.

a.) mit speparater Spule



--------------+-----
              |
             FET
              |
              +----- SPULE-----+------- MOTOR--+
              |                |               |
              |                |              GND
            -----              |
              ^                |
             / \             -----
            -----            -----
              |                |
             GND              GND


b.)  Du benutzt den Motor selber als Induktivitaet


---------------+-----
               |
              FET
               |
               |
               +-------------MOTOR--+
               |                    |
              ---                  GND
               ^
              / \
             -----
               |
              GND

Bei der Moeglichkeit a. betreibst du denn Motor rein mit DC
bei Moeglichkeit b. hast du eine pulsierende Spannung am Motor welche 
dir eventuell Stoerungen in anderen Schaltungsteilen verursachen kann.

Das bei Moeglichkeit b am Motor die volle Spannung anliegt hat schadet 
den Motor nicht. Durch die PWM hast du im Mittel eine kleinere Spannung 
am Motor.

Autor: D.C. (Gast)
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"Das bei Moeglichkeit b am Motor die volle Spannung anliegt hat schadet
den Motor nicht. Durch die PWM hast du im Mittel eine kleinere Spannung
am Motor."

Macht auch die vierfache oder fünffache Spannung nichts?


Für die Diode soll ich da eine Schottky Diode nehmen?



">Motor- an n-fet drain
>n-fet drain an masse
Sollte wohl n-fet Source heissen."
Beidesmal oder nur einmal?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Macht auch die vierfache oder fünffache Spannung nichts?

Um welche Spannungen sprechen wir hier ?


>Für die Diode soll ich da eine Schottky Diode nehmen?

Kann man dann hat man weniger Verluste.
Auch hier wieder die Frage wie hoch ist deine Versorgungsspannung ?



>">Motor- an n-fet drain
>>n-fet drain an masse
>Sollte wohl n-fet Source heissen."
>Beidesmal oder nur einmal?

Nur der Anschluss der an Masse liegt.

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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D.C. schrieb:
> "Das bei Moeglichkeit b am Motor die volle Spannung anliegt hat schadet
> den Motor nicht. Durch die PWM hast du im Mittel eine kleinere Spannung
> am Motor."
>
> Macht auch die vierfache oder fünffache Spannung nichts?

Eigentlich nicht. Einen Motor kannst du ja eigentlich fast nur durch 
Überhitzung zerstören, also mit einer zu hohen Leistung. Selbige wird 
durch die PWM jedoch begrenzt. Dein Tastverhältnis liegt damit bei 
20-25%, wenn du die Drehzahl nicht regeln willst, ist das in Ordnung. 
Sonst werden die On-Zeiten schon ziemlich kurz...

Autor: willi (Gast)
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vergiss aber nicht die maximale spannung der isolationnschichten des 
motors, kann sein das die irgendwann mal durchschlagen

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>vergiss aber nicht die maximale spannung der isolationnschichten des
>motors, kann sein das die irgendwann mal durchschlagen

Deshalb meine Frage nach der Versorgungsspannung.

Aber ich glaube das wir uns darum keine Gedanken zu machen brauchen.

Autor: gast (Gast)
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Ich denke, D.C. fehlt noch einwenig Input bzgl. der PWM-Ansteuerung:

Mit PWM zu arbeiten heißt, das Verhältnis der PULS-/PULSPAUSENZEIT bei 
einer festen Frequenz zu verändern. Die Pulsdauer (engl. DutyCycle) ist 
das Verhältnis Pulsdauer/Periodendauer und wird i.d.R. in Prozent 
angegeben. D.h. 100% = Umax , 50% = Umax/2 etc.

Beispiel : Die obige Batterie hat 12V der verwendete Motor aber nur 
4.5V. => DutyCycle 100% => 12V   für die Motoransteuerung darf dann 
maximal ein Tastverhältnis von 37.5% benutzt werden. Da der 
Gleichrichtwert der PWM-Spannung bei 37.5% im Mittel 4.5V ist. Da der 
Motor einen Tiefpass darstellt filtert er quasi die PWM,d.h. bei nicht 
zu niedriger PWM Frequenz wird der Motor ganz normal laufen wie an 
Batterie-Gleichspannung, d.h. die Schaltpausen wirken sich nicht auf den 
Lauf aus.

Bei der 4-5fachen Spannung wird es höchstens Probleme geben, wenn die 
Auflösung der PWM- Nicht reicht, d.h. Auflösung 8BIt => 100% = 12V = 
21,25 PWM-count pro V => bei 4.5V können von den 255count maximal 96 
verwendet werden. Alle Werte im PWM-Register über 96 würden eine höhere 
Spannung hervorrufen. Bei 10,12 oder sogar 16Bit PWM könnte die 
Steuerspannung feiner geregelt werden. GGf. kann eine 12bit Soft-PWM 
generiert werden.

Autor: D.C. (Gast)
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Es sind 8 A123 Akkus in Reihe also Leerlaufspannung max 29,6 V (8x3,7) 
und Abschaltung falls der Akku "längere" Zeit unter 20 V (8x 2,5V) 
liefert.
(der Akkublock ist schon "gebraucht")

Der Motor hat entweder   6V oder 7,x V Nennspannung.

Autor: D.C. (Gast)
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Also ich habe es mal ausprobiert mit der Schaltung von Helmi mit 
Simulink&SimPowerSys.  Ich habe einen Motor mit Permanent-Magnet, 
deshalb ist eine ideale Spannungsquelle an der Feldwickelung.


Ist die Schaltung so richtig?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Auf dem ersten Blick scheints richtig zu sein. Allerdings kenne ich mich 
mit Simulink&SimPowerSys nicht aus.

Was sagt den die Simulation ?

Autor: D.C. (Gast)
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Die Simulation sagt sehr viel, allerdings auch recht wenig.

Der Motor läuft und wird langsamer nachdem ich ein zusätzlich Lastmoment 
draufschalte.
Die Spannung am Motor ist relativ klein, je nach Wahl der Spule, 
Kondensator und Pulsweite. Der Strom ist z.T. am Motor größer als am 
Akku, dies liegt wahrscheinlich an der Spule. Der Akku wird mit der Zeit 
leer.

Ich habe die Parameter noch nicht angepasst, einige muss ich erst noch 
Rausfinden.

Insbesondere habe ich 2 Fragen:
Wo kann man gut und günstig Spulen kaufen mit bis ca 10 A 
Strombelastbarkeit?
Kann man Spulen einfach parallel schalten oder muss man auf irgendetwas 
achten?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Der Motor läuft und wird langsamer nachdem ich ein zusätzlich Lastmoment
>draufschalte.

Ist eigentlich auch klar du hast ja keine Regelung drin. Du könntes noch 
eine IxR Kompensation einbauen damit werden die Verluste des Motors 
kompensiert.

Ich habe vor einigen Jahren mal so was gemacht. Siehe Anhang.

>Kann man Spulen einfach parallel schalten oder muss man auf irgendetwas
>achten?

Sicher kann man die parallel schalten. Die Induktivität wird dabei 
kleiner wenn die Wicklungen nicht auf dem gleichen Kern sind. Die 
Strombelastbarkeit wird grösser.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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D.C. schrieb:
> Insbesondere habe ich 2 Fragen:
> Wo kann man gut und günstig Spulen kaufen mit bis ca 10 A
> Strombelastbarkeit?
> Kann man Spulen einfach parallel schalten oder muss man auf irgendetwas
> achten?

Coilcraft, Wuerth. Bei beiden kann man auch Samples ordern und direkt 
kaufen.

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