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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Drehzahlsteuerung Gleichstrommotor


Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Mein Vater (gelernter Tischler und ehemals Elektroniker beim Bund), 
möchte eine Drehzahlsteuerung für einen Motor haben.

Er hat sich die Schaltung nach 
http://www.strippenstrolch.de/1-6-9-pwm-mit-buz.html gebaut. Anstelle 
des BUZ 73 hat er vier BUK 7514-55A parallele (jeweils mit eigenem 
Gatewiderstand) eingesetzt. Diese hauen ihm jedoch recht schnell um die 
Ohren.

Der Motor hat (laut Typenschild und Information meines Vaters) folgende 
Daten:

Technische Daten:
         o Betriebsspannung 2...12 V-
         o Stromaufnahme max. 25 A
         o Leistung max. 300 W
         o Drehzahl bei 2/6/12 V: 500/1800/3800 U/min

Ein BUK 7514-55A kann laut Datenblatt eine maximale Verlustleistung von 
149W ab. Drain current = 73A.

Wie heiß die FETs im Betrieb werden, weiß ich (noch) nicht. Auch nicht, 
wann sie genau ausfallen. Diese Daten reiche ich aber noch nach.

Ich selber habe mit Motorsteuerungen und Leistungs-FETs bisher nichts zu 
tun gehabt und bin jetzt etwas überfragt. Auch bin ich zu lange aus 
meinem gelernten Beruf raus um hier spontan Hilfe anbieten zu können. 
Daher jetzt die Frage an euch.

Sind die eingesetzten BUK zu schwach oder einfach nur falsch eingesetzt?
Oder ist die genannte Schaltung hierfür nicht geeignet? 
Verbessserungsvorschläge?

Bei 25A und einem Drain-source-Widerstand von 14mOhm hätte ich ja einen 
Spannungsabfall von 3,5V. Das wäre eine Verlustleistung von 87,5W. Das 
sollte eigentlich nicht zu viel für einen FET sein. Oder habe ich mich 
hier jetzt verrechnet?

Ich könnte mir aber vorstellen, dass der Motor im Einschaltmoment viel 
mehr Strom zieht, als die angegebenen 25A. Gibt es hier Erfahrungswerte?

Autor: Anja (Gast)
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- Gate-Widerstand zu hoch?
  -> normalerweise setzt man niederohmige (< 50 Ohm) Treiber ein
- Takt-Frequenz zu hoch?
- Kühlkörper zu klein?
- Strombelastbarkeit der Diode nicht an 25A angepaßt?

Gruß Anja

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Toll.
Habe gerade aktuelle Informationen bekommen. Die ersten waren totaler 
Mist :-(
Dass die FETs durchbrennen, stimmte nicht. Das weiß er nicht.

Er hat angeblich nur die FETs ohne IC, Dioden und Poti angeschlossen.
Ich werde morgen nochmal bei ihm anrufen, um weitere Infos zu bekommen.

Zunächst ist nur eines klar.
Er hat eine Sicherung eingebaut. Hier wurden Werte von 10A bis 35A 
eingesetzt (flink oder träge weiß ich leider nicht). Alle sind 
durchgebrannt.

Also doch mehr Strom als 25A.

Erst als er die Sicherung überbrückt hatte, lief der Motor los. Also 
haben die FETs durchgeschaltet. Ob die Gates nun irgendwie angeschlossen 
waren, muss ich erst in Erfahrung bringen.

Tja, ich bin von anderen Voraussetzungen ausgegangen.

Anja schrieb:
> - Gate-Widerstand zu hoch?
Könnte sein; habe leider keine Ahnung, was hier notwendig sein könnte.

>   -> normalerweise setzt man niederohmige (< 50 Ohm) Treiber ein
Ja, hätte ich auch gemacht. Er jedoch nicht.
Irgendwelche Vorschläge, was hier sinnvoll wäre?

> - Takt-Frequenz zu hoch?
Welcher Takt wäre hier angebracht?

> - Kühlkörper zu klein?
Nein, der ist, soweit ich weiss, recht groß und auch mittels 
Wärmeleitpads angebunden.

> - Strombelastbarkeit der Diode nicht an 25A angepaßt?
Du meinst D3 in der Schaltung?

Ach ja: Benötigte Teile müssen für einen Hobbyelektroniker einfach zu 
bekommen sein. Nicht aus den USA und nicht bei einem Händler der nur 
gewerbliche beliefert.

Autor: Alex S. (thor368)
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Tach Christian!

Die Sicherheitshinweise spare ich mir jetzt mal. Das die Vorgehensweise 
etwas irrsinnig wirkt dürfte dir selbst klar sein.

Erstmal ist die Schaltung murks. Ein Mosfetgate steuert man nicht über 
10k an. Nimm eine NE555 Schaltung à la 
http://www.atx-netzteil.de/pwm_mit_ne555.htm und einen fetteren FET. Den 
BUZ73 kann man zu recht nirgends mehr kaufen. Bei Reichelt gibt es 
momentan den IRFZ48 recht günstig. Davon zwei parallel auf einen kleinen 
Kükö und fertig ist ein kleiner Motorcontroller.

Thor

Autor: MaWin (Gast)
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> Er hat sich die Schaltung nach
> http://www.strippenstrolch.de/1-6-9-pwm-mit-buz.html gebaut.

Die Schaltung ist grober Murks.

Weder sind 1N4001 geeignte Dioden als PWM-Freilaufdeio,
noch braucht man ihre Spannungsfestigkeit im RC-Oszillator.

Der CD4093 ist viel zu schwach, um einen MOSFET ausreichend schnell 
umsteuern zu können, die 10k als Gatewiderstand verschlimmern das noch.

Du solltest bei dem Design aber nicht den Betriebsstrom des Motors 
nehmen, sondern den Blockierstrom (=Anlaufstrom). Der wird über 25A 
liegen, denn das ist nur der Betriebsstrom.

Beim BUK musst du das SOA Diagramm im Datenblatt beachten, bei 12V hält 
er auf Dauer nur 12A aus, also ist es richtig, mehrere parallel zu 
schalten. Die 48A von 4 klingen nicht überdimensioniert. Wenn beim 
schlagartigen Einschalten des Motors die Transis platzen, weisst du, sie 
waren unterdimensioniert. Aber ein langsames Anlaufen sollten sie 
vertragen.

Die 1N4001 parallel zum Motor muss viel stärker und viel schneller sein, 
nimm mindestens eine MBR2545 (25A 45V Schottky).

Die parallelgeschalteten MOSFETs müssen viel schneller umgeschaltet 
werden und brauchen dazu VIEL MEHR STROM. Nimm KEINEN Gate-Widerstand, 
sondern direkt einen MOSFET-Treiber wie MC34151 (beide parallel schalten 
oder je 2 MOSFETs an einen Ausgang).

DAVOR kannst du dann den Oszillator schalten mit dem 4093, da du die 
Bauteile wohl schon hast, nimm nur statt der zu langsamen 1N4001 Dioden 
lieber 1N4148.

Jetzt bleibt nur das Problem, daß man die Bauteile nicht da hat. An 
Stelle des MOSFET-Treibers tun es auch 2 bipolare Transistoren die mehr 
als 1A schalten können bei immer noch hoher Stromverstärkung, wie 
BC368/BC369, so verschaltet:
                 +12V
                   |
                +-|< NPN
                |  |E
4096 Ausgang ---+  +-- MOSFET-Gate
                |  |E
                +-|< PNP
                   |
                 Masse

eventuell je ein mal pro MOSET wenn du keine so leistungsfähigen 
Transistoren hast sondern nur BC338/BC328 oder so.

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Alex S. schrieb:
> Die Sicherheitshinweise spare ich mir jetzt mal.
Die sind für mich auch nicht nötig; ich weiß was Strom anstellen kann.

> Das die Vorgehensweise etwas irrsinnig wirkt dürfte dir selbst klar sein.
Ich kenne mich nicht mit FETs und Leistungssteuerungen aus und habe auch 
keine große Lust, mich da einzuarbeiten. Ich zapfe daher das hier 
vorhandene Wissen an.

Mir ist auch klar, dass mir mein Vater Mist erzählt hat. Die 
Vorgehensweise meines Vaters ist natürlich irrsinnig. Ich hätte es auch 
anders gemacht, nur weiß ich nicht wie. Ich benötige daher Tips, wie 
ich/er weiter machen kann.
Das diese Schaltung nicht geeignet ist, dachte ich mir schon. Der Tip 
mit dem FET-Treiber (danke MaWin) ist schon hilfreich.

Christian

Autor: MaWin (Gast)
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> Tip mit dem FET-Treiber (danke MaWin)

Keine Ursache

"Beim BUK musst du das SOA Diagramm im Datenblatt beachten, bei 12V hält
er auf Dauer nur 12A aus, also ist es richtig, mehrere parallel zu
schalten."

war aber von mir erzählter Unsinn.
Natürlich liegen 12V und 12A (25A) nicht gleichzeitig an.
1 BUK7514 taugt also für 48A, 4 für 200A (Anlaufstrom/Blockierstrom).

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
> Die Schaltung ist grober Murks.

Hatte ich mir schon gedacht, wollte es nur nochmal von anderen bestätigt 
bekommen.

Ich kann meinem Vater leider nicht direkt zur Hand gehen, da er ca 900km 
weit weg wohnt. Daher ist eine Ferndiagnose und Fernhilfe notwendig.

Angenommen, er würde auch eine andere Schaltung aufbauen (oder von mir 
aufbauen lassen).

Der Tip mit der MBR2545 ist schon gut. Auch den MC34151 werde ich mir 
mal ansehen.

Was wäre als Alternative für den 4093 und dem Hühnerfutter sinnvoll. 
Nichts kompliziertes oder exotisches bitte.

Was für (eventuell sinnvollere) alternativen für die FETs wären möglich.

Das Problem, dass die Bauteile nicht vorhanden sind, kann man ja lösen, 
wäre also nicht so schlimm. Nur möchte ich hierfür nicht bei 10 Händlern 
bestellen müssen, da einer nicht alles im Programm hat. USA fällt 
aufgrund der hohen Portokosten flach.

Leider weiß ich nicht, wie mein Vater (ich hätte auch keine passenden 
Messgeräte für diesen Strom) den Blockierstrom/Anlaufstrom messen kann.
Den Wicklungswiderstand zu messen, bringt nichts. Er sei erst ca 4 Ohm 
und fällt dann auf 0 Ohm ab. Also keine genaue Aussage.

Im Netz habe ich einen Faustwert von 4-8 fachem Nennstrom, hier also 
100-200A, gefunden. Kann man davor ausgehen?

Christian

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Hier noch eine Info meines Vaters:

> ich habe die Gate einmal auf Minus und einmal auf Plus gezogen, der Motor > 
dreht fleißig weiter. Das ist ja was mich wundert, als wenn kein Schalter > 
vorhanden wäre.

Ist wohl ein Zeichen, dass die FETs durch sind, oder (Ferndiagnose)?

> Den Widerstand vom Motor habe ich versucht zu messen, er zeigte 4 Ohm an
> und ging dann schnell auf Null, der motor wollte wohl mit der Batterie
> anfahren :-)

Tja, ist auch nicht sehr hilfreich.

Autor: MaWin (Gast)
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> Was wäre als Alternative für den 4093 und dem Hühnerfutter sinnvoll.

NE555

> Im Netz habe ich einen Faustwert von 4-8 fachem Nennstrom,
> hier also 100-200A, gefunden. Kann man davor ausgehen?

Tja, wie das mit Faustwerten so ist.

Messen ist schon besser, nur muss das Messinstrument dann auch
Milliohm anzeigen können, denn der Blockierstrom ist 12V /
Wicklungswiderstand.

> Was für (eventuell sinnvollere) alternativen für die FETs wären möglich.

Wenn ihr neue kaufen müsst, weil die alten kaputt sind: IRF3205 wird 
gern genommen, wenn man TO220 haben will.

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