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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DC Motor PWM (eine Drehrichtung)


Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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Hallo,

ich will einen DC-Motor per PWM Drehzahlregeln und ich weiß nicht welche 
Bauteile dafür in Frage kommen, bzw. ob ein MOSFET bei der Leistung eine 
Treiberstufe wegen den Umladeströmen (wenn ja welche? Bipo-Transistor?) 
benötigt.

Motorleistung: ca. 250W (48V, 5A)
uC: atmega168 (5V)

geplanter Schaltungsteil:

           +48V
             |
             |-----
            ---   __
           | M |  /\
            ---
             |-----
             |
 ----    ||--
| uC |---||<
 ----    ||--
             |
            ---

Also meine Fragen kurz gebündelt:
- welchen Mosfet (hab was von Logik Level und so gehört, was ist da 
dran?)
- Vorstufe nötig?
- PWM Frequenz (schon was von 250kHz gehört)?besser mehr? besser 
weniger?)?
- Freilaufdiode, etwas zu beachten (wegen Strömen) - außer Schottky?

Ich will möglichst wenig Schaltungsaufwand (aus Platzproblemen) daher 
keine fertigen unnötig komplizierten H-Brücken etc. (benötige sowieso 
nur eine Drehrichtung).

Freue mich über jede halbwegs quallifizierte Aüßerung :)

Mit freundlichen Grüßen,
Kjartan Ferstl

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,

wenn Du möglichst wenig Aufwand willst setzt dies voraus daß die 
PWM-Frequenz möglichst niedrig gewählt wird. (z.B. 100 Hz).
Voraussetzung ist natürlich daß das PWM-Geräusch nicht stört.

Bei hohen Frequenzen brauchst Du Treiberstufen für das Gate um die 
Gate-Kapazität schnell genug umladen zu können. (Dafür hört man dies 
Frequenzen nicht mehr).

Ich würde bei so einer Last einen Intelligenten FET verwenden, der nicht 
gleich "abraucht" wenn Anlaufströme fließen oder der Motor blockiert.

Bei 48V / 5A würde ich mit so was starten:
http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...
Der RDS-ON ist 50mOhm typisch man kommt also gerade so ohne Kühlkörper 
aus.
Wenn gekühlt werden kann dann ggf. auch die 10A-Version. (hat ca 3W 
Verlustleistung)

Die Diode muß natürlich auch für den Anlaufstrom / Kurzschlußstrom 
(kurzzeitig) ausgelegt sein.

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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Danke Anja,
wusste garnicht, dass es so komplexe MOSFETs gibt:
VNP20N07 OMNIFET™
    * Lineare Strombegrenzung
      thermische Abschaltung
      Kurzschlussschutz
      ESD-Schutz
      Integrierte Klemme

der Schaltungsaufwand soll zwar gering sein (Bauteilgrößen) aber darüber 
steht natürlich eine gute Funktion. Ich wollte damit nur eine 16pin 
H-Brücke vermeiden. Als Treiberstufe müsste ja ein Bipo-Transistor 
reichen, oder?

Bringt es Nachteile, wenn ich den die PWM schneller pulse (außer Gate 
Ströme und Schaltzeiten beachten)?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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250kHz PWM Frequenz sind zu hoch, 100Hz sind zu niedrig. Die ideale 
Frequenz liegt irgendwo im Bereich 1-20kHz, je nach Motor (L/R 
Zeitkonstante der Motorwicklung).
Darunter wird der Stromripple hoch, so dass der Motor unrund läuft, 
darüber steigen die Verluste im Eisenkern stark an.
Im unteren kHz Bereich ist das Gehör am empfindlichsten, weshalb man 
diesen Bereich auch gerne vermeidet. Oft landet man daher irgendwo bei 
um die 10kHz.

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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Danke für deine schnelle Antwort Benedikt, hat mir sehr geholfen.

Wenn das Geräusch die untere Grenzfrequenz macht, mit welchem Faktor 
sollte die Periodendauer über der Zeitkonstante des Motors ca. liegen?

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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achso und noch immer die Frage, ist ein Bipo-Transistor als MOSFET 
Treiber sinnvoll?

Gruß,
Kjartan

Autor: Stefan M. (celmascant)
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Benedikt K. schrieb:
> 250kHz PWM Frequenz sind zu hoch, 100Hz sind zu niedrig. Die ideale
> Frequenz liegt irgendwo im Bereich 1-20kHz, je nach Motor (L/R
> Zeitkonstante der Motorwicklung).
> Darunter wird der Stromripple hoch, so dass der Motor unrund läuft,
> darüber steigen die Verluste im Eisenkern stark an.
> Im unteren kHz Bereich ist das Gehör am empfindlichsten, weshalb man
> diesen Bereich auch gerne vermeidet. Oft landet man daher irgendwo bei
> um die 10kHz.

Hm, im Modellbaubereich sind die PWM-Frequenzen der Fahrtenregler 
meistens 1-4kHz. Das hört man deutlich, dafür funktioniert der Motor.
Ich meine, die Hersteller haben sich da schon was dabei gedacht, dass 
sie leiber mein Gehör foltern, als eine höhere Frequenz zu wählen...

Gruss Stefan

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Die Zeitkonstante der Motorwicklung liegt meist bei rund 1ms. Als 
Stromripple wählt man meist <50% des Mittelwerts. Wenn man da Faktor 2 
mit der Frequenz über der L/R Zeitkonstante liegt ist das also ok. 
Allerdings kommt man damit eben genau in den Bereich wo das Gehör am 
empfindlichsten ist.
Man muss daher selbst entscheiden was einem wichtiger ist: Gute 
Motordaten aber ein Pfeifen, oder ein geräuschloser Betrieb und dafür 
einen etwas schlechteren Wirkungsgrad.

Hier wird das ganze schön erklärt:
http://homepages.which.net/~paul.hills/SpeedContro...

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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Danke :)

nur noch die Frage zum Bipo offen... Ist ein Bipo als Treiberstufe 
empfehlenswert?

Autor: Conlost (Gast)
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>Ist ein Bipo als Treiberstufe empfehlenswert?

Ich würde einen push-pull-Treiber verwenden,
damit beim abschalten nicht die Gatekapazität
vom Fet über einen Widerstand entladen wird
und dadurch die Verlustleistung zu hoch wird.

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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Danke Conlost,

wenn ich das richtig deute, besteht ein Push-Pull Treiber aus zwei 
Transistoren, wobei einer auf +U und einer auf GND zieht. Gibt es sowas 
als fertigen Baustein? ansonsten muss ich ja die Schaltverzögerungen 
beachten, damit es keinen Kurzschluss und somit starke Verlustleistung 
gibt.

Gruß,
Kjartan

Autor: James (Gast)
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PWM-Frequenz 16...20kHz ist OK, nervt Menschen nicht.
Als Treiber für den FET eine Push-Pull-Stufe wie vorgeschlagen.
Hat sich in der Praxis vielfach bewährt, auch die EMV-Prüfung
macht keine Probleme. Ich würde die Leitungen von der Steuerstufe zum
Motor nicht zu lang machen, könnte bei EMV Ärger bedeuten.
Ich hatte mit ca. 1..2m keine Probleme).

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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- Die Leitung wird maximal 20cm lang und geschirmt.

Danke für eure zahlreichen Antworten, ich denke ich habe gefunden was 
ich suche:

Als Treiberstufe:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22019a.pdf

MOSFET:
http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...

PWM-Frequenz:
1..20kHz wird sich dann beim Testen herrausstellen (Strom etc. messen)

wird ein paar Tage brauchen bis ich die Bauteile habe, wenn ich nicht 
vergesse, werde ich das Resultat bekanntgeben um auch anderen Suchenden 
etwas mit zu geben :)

Gruß,
Kjartan Ferstl

Autor: Anja (Gast)
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Als Freilauf-Diode würde Ich Dir eine MUR820 vorschlagen:
http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=41984
(gibts natürlich auch bei RS)

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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gerade erst die Seite gefunden:
http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-Übersicht
mikrocontroller.net ist ja echt gold wert :)

Autor: Kjartan Ferstl (Gast)
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Danke für die Info Anja,
ich bestelle was geht bei Reichelt, weil es einfach am günstigsten ist, 
den OMNIFET MOSFET gabs dort aber nicht.

Autor: chris (Gast)
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>http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-Übersicht
>mikrocontroller.net ist ja echt gold wert :)

super, so eine Seite suche ich schon lange.

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