Guten Abend, Ich beschäftige mich aktuell mit der Entwicklung eines ziemlich leistungsstarken E-Karts mit ca. 7kW in erster Näherung. Auf die Idee gekommen bin ich ursprünglich über meinen Job (modellbasierte Seriensoftwareentwicklung mit dSPACE TargetLink). Die Idee ist es eine BLDC-Motorsteuerung komplett modellbasiert zu entwickeln und daraus eine spannende Vorlesung an der DHBW zu generieren. Das Projekt läuft schon eine Weile und die ersten Meilensteine wie z.B. die Ansteuerung eines BLDC Motors über SVPWM /RZPWM (komplett modellbasiert und codegeneriert) sind so gut wie erledigt. siehe dazu: http://www.focbldc.sourceforge.net Das Kart für den Ersteinsatz der E-Komponenten steht schon bereit, allerdings fehlt derzeit noch der leistungsstarke Wechselrichter und das Batteriepack. Deshalb dieser Beitrag. Ich habe mit großem Interesse bestehende Beiträge hier im Forum gelesen, die sich Reihenweise um das Thema Frequenzumrichter / Vollbrückenschaltung drehen. Bspw.: Beitrag "Re: vernünftige IGBT Ansteuerung?" Auf Grund der Problematik bei Ansteuerung mit 100% Dutycycle habe ich nach ICs mit einer integrierten Ladungsträgerpumpe gesucht und bin heute auf ein vielversprechendes Bauteil gestoßen. Der HIP4081A von Intersil scheint mir relativ gut geeignet um meine bereits im Schrank liegenden 6-Packs anzusteuern (habe 4Stk. GWM120-0075P3 und 2Stk. VWM200-01P jeweils von IXYS). Diese Teile habe eine recht hohe Gate-Kapazität, was hohe Ströme für ein schnelles Laden/Entladen der Gates erfordert. Folgende Frage: Gibt es eventuell noch einen anderen Halbbrückentreiber für noch höhere Ströme und noch stärkerer integrierter Q-Pumpe? Ich hab die Sorge, dass die maximale Totzeit von 120ns des HIP4081A nicht ausreicht um die Gates zu entladen. In der Appnote von Intersil steht leider nur ein kurzer Hinweiß auf den Einsatz von zusätzlichen R und Shottkys-Dioden um die Totzeit zu verlängern und das Entladen zu beschleunigen, aber das ist mir zu unkonkret und ohne Skizze. Kann mir vielleicht jemand weiterhelfen bei der Teilesuche? vielen Dank schon mal vorab! Toby
@ toby (Gast) >Folgende Frage: Gibt es eventuell noch einen anderen Halbbrückentreiber >für noch höhere Ströme und noch stärkerer integrierter Q-Pumpe? Bei 60V braucht man das nicht. Man nimmt einfach einen galvanisch getrennten DC-DC Wandler und versorgt damit die Hig Side. Dann kann man jeden X-beliebigen Treiber nehmen, auch solche ohne Ladungspumpe. Erweitert die Auswahl deutlich. MfG Falk
Hi Falk, Den Ansatz mit dem DC/DC-Wandler finde ich auch gut, allerdings fehlen mir da entsprechende Schaltungsbeispiele und konkrete Komponenten die nachweislich funktionieren. Dieses "Zusammenbasteln" verschiedener Komponenten finde ich als Laie relativ schwierig - ich würde lieber etwas mehr Geld ausgeben für eine sofort funktionierende Lösung. Weiterhin hab ich nur Basiswissen im Layouting einer Platine und keine Praxiserfahrung im Umgang mit entsprechenden Tools (EAGLE, OrCAD), daher will ich eine möglichst einfache Schaltung per Lochrasterplatine aufbauen. Falls Du konkrete DC/DC-Wandler und HB-Treiber für meinen Einsatzzweck kennst nur her damit, dann schau ich mir das mal an. viele Grüße, Toby
ein sperrwandler würde sich anbieten. der läuft gut an 60V und läßt sich über eine hilfswicklung primärseitig regeln. sekundärseitig können dann drei gleiche wicklungen die galvanisch getrennten ausgangsspannungen für die high side treiber bereitstellen. bei drei phasen brauchst du ja drei stück. du kannst auch probieren mit halbbrückentreibern und bootstrap-schaltungen hinzukommen, damit ließe sich der hilfswandler eliminieren. der IR2113 bzw. IR2110 wäre ein guter kandidat, da hast du beide treiber für eine phase drin. nachteil ist, daß der bootstrap-kondensator immer gut geladen sein muß. sprich vor dem anlaufen des motors müssen alle phasen einen moment auf masse gezogen werden und danach braucht es ein definiertes rechteck mit ausreichend langen masse-zeiten. auf einer phase dauerstrom liefern geht also nicht bzw. nicht lange. bei 60V/120A würden sich dicke mosfets vielleicht besser eignen als module. müßte man mal durchrechnen ob 75Vds mosfets reichen. konkret dachte ich an den IRFP2907, den setze ich immer ein wenn es mir um geringe verlustleistung geht. wird aber im fehlerfall ein ganz schönes transistorgrab, man bräuchte wegen der stromtragfähigkeit schon 3-4 davon parallel. macht 8 stück pro phase, 24 insgesamt. teuer :-/ aber dafür bekäme man einen einschaltwiderstand von etwa einem milliohm hin, macht bei 120A gerade 120mV bzw. 14,4W verlust. bei 3,5mOhm oder was dein modul da hat wären das 50W je transistor, angenommen daß im mittel immer drei davon leiten heizt dein modul mit 150W los. ist halt die frage was wichtiger ist, platz/gewicht oder maximalleistung/verluste. bei den schaltzeiten sollte es keine probleme geben, so hoch dürften die frequenzen nicht werden. der motor wird ja deutlich niedriger drehen als bei modellbau-antrieben. wenn ein µC das ganze steuern soll kannst du auch eine kleine totzeit beim umschalten einfügen.
@Ben: er hat doch gesagt, dass er dieses Bootstrap Dingens nicht haben will, wegen den Problemen mit 00% Dutycycle. es gibt doch fertige DC/DC-Wandler zu kaufen, z.B. Traco (wenns denn dringend was fixfertiges sein muss). Dann hast du die ganzen Problemem mit der Gateansteuerung nicht mehr und kannst normale Gatetreiber vernweden, wie Falk schon bemerkt hat.
@Ben: die von Dir verwendeten IRFP2907 haben 400nC am Gate, d.h. bei 4Stk. 1.6µC. Im Vergleich dazu sind die 6-Packs ja noch harmlos mit 140nC . Mit dem geringen Rdson hast Du zwar recht, müsste man aber im Detail rechnen welche Energie verbraten wird, bis ich die IRFP2907 leitend bekommen habe.
Es gibt deutlich bessere FETs als die IRFP2907. Also ähnlich niedriger RDSon, aber deutlich weniger Gatecharge. z.B. IRFP3077 und noch viele mehr.
[quote] allerdings fehlt derzeit noch der leistungsstarke Wechselrichter und das Batteriepack.[/quote] Nix gegen deine Entwicklungsfreude, aber.. hast du dir schon mal Gedanken über letzteres gemacht? Den Batteriepack? Wenn du die Motorleistung auch nutzen (das macht man in einem Kart üblicherweise) und wenigstens eine halbe Stunde fahren willst, dann benötigst du einen Akku mit ca. 75Ah. Ein Bleigel-Akku mit 60V/75Ah wiegt über 100 kg und kostet schätzungsweise um die 800,-€. Aus Li-Zellen aufgebaut wiegt er immer noch an die 50 kg und ist praktisch unbezahlbar. Das nur mal so als Einwurf...
@ Icke, natürlich. Das Akkupack entsteht bereits auf Basis von LiFePo4-Zellen (39Stk.) 13 in Reihe und 3 parallel für den Anfang. Macht ca. 42V bei 150A Dauerstrom. Wie lange die sich daraus ergebende Fahrzeit wird, spielt erst mal keine Rolle. @Benedikt K. Der genannte "bessere" FET im Endeffekt bei entsprechender Tragfähigkeit den gleichen Rdson wie das bereits vorliegende 6-pack.
mit der gate charge gibts bei diesen frequenzen eigentlich keine probleme. der motor wird ja nicht mit 30.000 u/min losschrauben oder? wie ich schon sagte - sperrwandler. klein und handlich, mit drei identischen ausgängen und primärer regelung. obs sowas fertig zu kaufen gibt weiß nicht, aber ist auch im eigenbau kein problem. man kann z.b. teile aus einem alten ATX-netzteil (das standby-NT ist ein sperrwandler und sponsort mindestens den passenden trafo) verwenden.
@toby (Gast) >Komponenten finde ich als Laie relativ schwierig - ich würde lieber >etwas mehr Geld ausgeben für eine sofort funktionierende Lösung. Das ist auch besser. Kann dir aber leider keine konkreten Dinge nennen. >Praxiserfahrung im Umgang mit entsprechenden Tools (EAGLE, OrCAD), daher >will ich eine möglichst einfache Schaltung per Lochrasterplatine >aufbauen. Hust Wechselrichter dieses Kalibers und Lochraster? Sportlich, sportlich. >Falls Du konkrete DC/DC-Wandler Gibts wie Sand am Meer, sollte fast jeder funktionieren. Such mal nach Traco bei Reichelt. Mfg Falk P S Aus deinem Postiung schliesse ich, dass du Softwerker mit minimalen Hardwarekenntnissen bist. Mein Tipp. Kauf dir die Hardware fix und fertig, spart dier viel sinnlosen Stress. Kostet aber ein paar Scheine.
Hi, ich mische mich hier jetzt auch einfach mal ein, weil das ein interessantes Thema ist.... @toby: Ich schliesse mich meinem Vorredner an - mit einem DC-Wandler für die Highside-Ansteuerung bist du gut beraten. Ich hab das übrigens auch so in einem Projekt - da werden 120A @ 600V mit PWM geschaltet. Als Gatetreiber kann ich den ACPL-331J von Avago sehr empfehlen (ACPL oder HCPL, kann ich mir nie merken). Bei der Gateansteuerung kann es u.U. auch vorteilhaft sein, die Gates mit einer negativen Spannung auszuschalten (anstatt UGS auf 0V zu halten). Was mich persönlich noch interessieren würde: wie hast du die SVPWM für den BLDC realisiert? ich habe mit SVPWM (bzw. eben RZM) schon Frequenzumrichter gebaut; allerdings waren diese für Asynchronmaschinen gedacht und somit fällt das Auswerten von Hallsensoren bzw. der Back-EMF weg. Hingegen beim BLDC musst du ja die Rückmeldung vom Motor (sprich eben die Rotorposition) berücksichtigen, und ich frage mich grade, wie man z.B. die Hallsensor-Signale mit der RZM "verknüpft". Ich nehme einfach mal an, dass die Hallsensoren den "Sektor" (siehe Artikel "Frequenzumrichter mit Raumzeigermodulation") vorgeben, welcher grade aktiv ist. Gehe ich recht in der Annahme? Werden die Ansteuersignale dann hardwaremässig generiert oder so wie im genannten Artikel per SW? Und - benutzt du Hallsensoren oder die BEMF, und wenn letzteres: wie lässt du den Motor anlaufen? Entschuldige, wenn ich hier den Thread so mit Fragen "überflute", aber die Thematik ist sehr spannend. Kannst sonst auch gerne eine PM schreiben, wenn du den Thread hier nicht zu sehr ins OT "abrutschen" lassen willst ;-) Gruss Tobias
Ich sehe grade, dass du DC-Wandler suchst. Ich verwende immer den TSM1215D, welcher bei 12V Input +/-15V Output liefert. Die Leistung reicht, um auch dicke IGBT-Module anzusteuern, da ja nur kurze Impulsströme benötigt werden. Musst einfach direkt am VCC-Pin vom Treiber ordentliche Abblock-Cs platzieren. Und die +/-15V halt wie gesagt deshalb, weil ich die Gates beim Ausschalten mit der negativen Spannung "leerräume" und der Transistor (in meinem Fall ein IGBT) sicher gesperrt wird.
Hi, @Tobias: für Deine Fragen habe ich einen eigenen Thread eröffnet, da ich noch weitere Fragen aufkommen sehe :) Beitrag "SVPWM Ansteuerung eines BLDC" @Rest: Ich bin gerade dabei mit EAGLE zu arbeiten. Mit Hilfe eines kurzen Tutorials bin ich schon auf einem guten Weg. Durch Zufall habe ich das Projekt von OSMC gefunden. Die benutzen ebenfalls den HIP4081A und haben sogar die entsprechende Beschaltung der Gates mit Shottkys vorgesehen um die Entladung der Gates zu beschleunigen. Ich muss deren Schaltung erweitern, da ich hab 3 Phasen ansteuern muss und würde das Layout hier später in ein Review geben bei den Erfahrenen. beste Grüße soweit. Toby
Guten Abend, gibt es jemand, der ohne große Mühe den oben geannten Baustein GWM120 in eine entsprechende EAGLE-Lib verwandeln kann? Meine selbst erstellte Lib macht beim Routen Probleme, da Vias im Bereich der Pins angelegt werden. Was muss ich denn tun um dafür zu sorgen, dass einerseits schön breite Lötpads entstehen, und andererseits die Kontaktierung aber frontal auf den Pins erfolgt? Danke für Tips ;) Toby
Dein komischer Block ist auf dem Dimension-Layer, dieses Layer ist für die Platinenabmessungen zuständig. ich hab mal dass Layer auf tplace geändert denn da gehört es hin, weiterhin dein Teil zentriert. Hier entweder den Origin (das kleine kreuz in der mitte) genau im Zentrum des Bauteiles positionieren, oder an einer Ecke(was aber eher ungewöhnlich ist) Anselm
Hi, schon mal vielen Dank dafür. Ich hab jetzt mal ein Board-Layout erstellt und würde das nun gerne in Produktion geben. Gibt es ein entsprechendes Tutorial um mein Layout produktionsfähig zu machen bzw. zu prüfen? Zu welchem PCB-Lieferanten schicke ich das Layout denn, wenn ich es erstens möglichst schnell und zweitens nicht zu teuer als PCB zurück haben möchte? Danke für Tipps! Toby
Prüfen musst du schon selbst, die wenigsten Fehler macht man wenn man den Schaltplan erzeugt, und dann dass Board. So prüft Eagle auf Konsistenz. Im Board kann man einen DRC (DesignRuleCheck) durchführen lassen, der zeigt zumindest grobe Layoutfehler wie Kreuzungen usw. an. Ich weiss ja nicht was du gemacht hast...... Leiterplattenhersteller findest du im Wiki was drüber. Es gibt Viele ;)) Prüfung deines Planes kann ich zumindest nicht machen, da hab ich kein Plan vom dem was du da machst ^^ Aber wenn du Plan und Board hier als speicherplatzreduziertes Bild reinstellst findet sich sicherlich jemand der mal darüber schaut. Gruß Anselm
Hallo Toby, bin auch an Deiner Schaltung inressiert. Kannst Du die hier reinstellen? Axel
Hi, hier das Layout. Ist mein erstes Layout. EAGLE ist mir seit 3 Tagen ein Begriff. Also zerleg es mal schön. Wichtig dabei: Ich hab den HIP dreimal verwendet und nutz dabei jeden einzelnen nur für die Ansteuerung einer Halbbrücke. Das kommt deswegen, weil aus dem Datenblatt hervor geht, dass ich die theoretisch zweite ansteuerbare Halbbrücke immer zwangsläufig mitkommutiert wird. Bin mir nicht sicher ob da in der Nähe der Gates nochmal kleine C rein müssen. Grüße, Toby
> Ist mein erstes Layout Yepp, sieht man. Wenn das jetzt eine Schaltung für einen LED-Leuchtvorhang oder eine Lichtorgel oder sowas wäre - ok. Bei hochfrequenten, getakteten Schaltungen gelten aber völlig eigene Regeln für ein gutes Layout bezüglich Bauteil-Positionierung, Leiterbahnführung usw. Aber ich denke mal, das wird deinen Tatendrang nicht aufhalten. Tipp: Lies doch erstmal aufmerksam Seite 9 des Datenblatts durch: http://www.hvlabs.com/files/HIP4081application.pdf
Was mir auf Anhieb auffällt ist zb. C4 47µ 100V - der ist nie im Leben so klein..... Und ja, Leiterbahnführung siehe Vorposter ;) Gruß Anselm
Guten Abend, besten Dank für die Hinweise! Die C brauchen wirklich mehr Platz. Meine bestellten HIP4081A sind mittlerweile angekommen - die Platine wird voraussichtlich in 1-2 Wochen belichtet. Grüße, Toby
Nabend zusammen, es gibt wieder Neuigkeiten im Projekt. Die Wechselrichterplatine habe ich über's Wochenende gebacken und Sie läuft soweit ganz gut. Das Design erlaubt prinzipiell die Parallelschaltung mehrerer Wechselrichter, sodass die Ströme pro Wechselrichter geringer ausfallen. Diese Parallelschaltung wird jetzt erst mal erprobt. Außerdem läuft der Zielmotor mittlerweile mit ordentlichem Drehmoment und soll bald im Kart verbaut werden. Bilder und ein Video vom Motor gibt unter: http://focbldc.sourceforge.net/ Grüße, Toby
Hi Toby, das layout oben hast du doch nicht wirklich gedruckt, oder? Hier im Forum gibt's einige Leute die nach Layouttipps gefragt und diese auch bekommen haben. Ich rate dir diese threads zu lesen, wenigstens ein paar. Dazu mal bei den brushless reglern schauen wie die ihre Gate treiber und gnd-planes organisiert haben, davon gibt's wenigstens öffentliche layouts.
Nöö nöö, das Layout von oben ist zwei Monate her. Die Lernkurve im Umgang mit Eagle war ziemlich steil :) Ist also ein komplett anderes Layout, auch mit einem anderes Treiberbaustein. Aber Dein Tip ist trotzdem richtig, man findet hier im Forum alles was man braucht. Grüße!
Mich würde einfach die Software dazu mal brennend interessieren. Wie genau funktioniert denn jetzt das mit dieser FOC? Dazu findet man im Internet nur wenig, weil es sich offenbar um eine recht komplizierte und neuartige Technik handelt. Aber offenbar ist es Softwaremässig ja nicht soooo komplex, wenn ein MC9S12 damit klar kommt. Das ist ja nicht unbedingt DER highend-Rechner ;) Dafür wird er aber wohl eine gute hardwaremässige Unterstützung für PWM und dergleichen haben. Sehe ich das richtig, die Software ist auf der Seite nirgends zu finden? Auch kein Schematic oder dergleichen. Oder bin ich einfach blind? :D
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