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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IR2010 Beschaltung


Autor: Modell Bauer (Firma: keine) (modellfreak)
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Ich will mithilfe von 3 IR2010 3 Halbbrücken für einen kleinen Brushless 
Steller bauen.

Ich bin nach dem Datenblatt und ein paar Schaltplänen die ich über den 
IR2110 gefunden hab, gegangen.

Jedoch bin ich mir nicht zu 100% sicher, dass die Schaltung so stimmt 
und ob es mit dem IR2010 überhaupt möglich ist, etwas größere MOSFET mit 
sehr niedrigem Rdson gescheit durchzusteuern.


Als MOSFETs wollt ich 6 INTERNATIONAL RECTIFIER - IRFP3206PBF mit nem 
RDson von etwa 2,5 mOhm und ner Ciss von etwa 6500 pF verwenden, ich hab 
mir mit Excel ausgerechnet, dass man mit 1,5A das Teil in etwa 60 ns 
durchsteuern könnte, allerdings glaub ich, dass es nicht ganz stimmt 
oder lieg ich doch richtig ?


Als Freilaufdioden wollte ich MBR1060 einsetzen, gute Wahl oder gibts ne 
bessere ?

Ich bin mir auch noch etwas unschlüssig mit der Größe des 
Bootstrapkondensators, häufig seh ichs, dass manche 10µF nehmen


Bei meinem Schaltplan machen mir die Ansteuerung für HI, SD und LI 
Sorgen, da ich oft gesehen hab, dass bei den IR2110 und IR2113 +15V 
verwendet werden.


Da ich den Strom irgendwie messen muss, hab ich mir gedacht, dass das 
einfachste einfach ein Shunt wäre, 2 0,5 Milliohm parallel und mit nem 
Instrumentenverstärker das Signal verstärken ums dann an nen ADC von nem 
Mikrocontroller zu geben.

Viele messen ja den Strom induktiv, da ich nicht allzu viel Platz für 
mein Teil verbrauchen will, sehe ich keine andere wahl oder gibts auch 
kleine Eisenkerne


Das nächste wäre, wie erzeuge ich am Besten die +15V aus meinen 7,2V vom 
Akku ?

Ich hab da an einen Schaltregler IC wie den Linear 3436 gedacht um je 
einen IR2010 zu betreiben oder seinen größeren Bruder, den Linear 3430um 
gleich alle 3 auf einmal zu versorgen, bin mir aber net sicher ob des 
das ideale is, vor allem ,da es platzmäßig auch net so groß werden 
sollte


Der Motor den ich steuern will kann maximal 50 Ampere bei 7,2V ziehen, 
in so fern sind die MOSFETs wohl auch etwas oversized, aber da sie nen 
niedrigen RDson haben, halt doch irgendwie verlockend. Zu Testzwecken 
wird natürlich zuerst mal ein kleinerer Motor angeschlossen.


Grüße

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Modell Bauer schrieb:
> Ich will mithilfe von 3 IR2010 3 Halbbrücken für einen kleinen Brushless
> Steller bauen.
>
> Ich bin nach dem Datenblatt und ein paar Schaltplänen die ich über den
> IR2110 gefunden hab, gegangen.
>
> Jedoch bin ich mir nicht zu 100% sicher, dass die Schaltung so stimmt
> und ob es mit dem IR2010 überhaupt möglich ist, etwas größere MOSFET mit
> sehr niedrigem Rdson gescheit durchzusteuern.
Ohje, also theoretisch geht das schon. Aber da musst du noch eine Menge 
verändern, wenn das funktionieren soll.

Wofür sollen D2 und D4 sein? Die sind im Datenblatt nirgendwo erwähnt. 
Soll das dein Dead-Time Ersatz sein, indem schneller ausgeschaltet als 
angeschaltet wird?!

R4 und R5 haben keine Werte.
An VB darf nicht direkt +15V angeschlossen werden, sondern da muss ein 
Bootstrap-Reservoir Kondensator dran, der Pi*Daumen das 10fache der 
Gatekapazität haben sollte. Außerdem noch eine Diode, die den Reservoir 
Kondensator auflädt, wenn VS == 0V ist.

C1-C4 haben ebenfalls keinen Wert.

D3 und D1 würde ich etwas höher wählen bei 15V Versorgungsspannung. 18V 
oder sowas. Und unter Umständen keine Z-Diode, sondern 
Überspannungsschutzdioden nehmen.

Die Freilaufdioden sind nicht unbedingt nötig, wenn du eine synchrone 
Ansteuerung verwendest (Also das Transistorpaar immer im Wechsel 
ansteuerst).

VSS darf sich nicht mehr als 5V (meine ich mich zu erinnern) von dem COM 
Pin unterscheiden. Außerdem fehlt an VSS und COM sowieso irgendwie ein 
Bezugspotential. Oder wie soll der Strom (beim Ausschalten des 
Transistors) abfließen können? Da sollte Masse oder so etwas hin.

An den Optokopplern links fehlen Pull-Down Widerstände

Und bist du dir sicher, dass die Optokoppler deine PWM Frequenz packen? 
Wofür hast du die eingebaut?

Warum willst du (augenscheinlich) den Strom an der Highside messen? An 
der Lowside ist das einfacher zu bewerkstelligen.
Wenn schon Highside, dann würde ich einen INA138 vorschlagen, der für 
sowas gebaut ist.
Bedenke aber, dass je nach PWM Ansteuermodus du nur Strom messen wirst, 
wenn der Motor "von außen" bestromt wird.
Wenn der Strom "freewheelt" fließt kein Strom über den Shunt, sondern 
über einen Lowside FET und eine Lowside-Diode.

Dem Shunt-Verstärker fehlt mindestens ein Abblockkondesator an der 
Versorgungsspannung.

> Als MOSFETs wollt ich 6 INTERNATIONAL RECTIFIER - IRFP3206PBF mit nem
> RDson von etwa 2,5 mOhm und ner Ciss von etwa 6500 pF verwenden, ich hab
> mir mit Excel ausgerechnet, dass man mit 1,5A das Teil in etwa 60 ns
> durchsteuern könnte, allerdings glaub ich, dass es nicht ganz stimmt
> oder lieg ich doch richtig ?

Mit welchen Formeln hast du denn gerechnet? Könnte aber schon hinkommen.

> Als Freilaufdioden wollte ich MBR1060 einsetzen, gute Wahl oder gibts ne
> bessere ?
Die Freilaufdiode muss den Strom des Motors (kurzzeitig) tragen können

> Ich bin mir auch noch etwas unschlüssig mit der Größe des
> Bootstrapkondensators, häufig seh ichs, dass manche 10µF nehmen
Ja, das gibts schon. Allerdings sollte der Kondensator ziemlich schnell 
aufzuladen sein, weshalb ein niedriger ESR unabdingbar ist. Ein 100n 
oder 220n sollte es tun, meiner Meinung nach.

> Bei meinem Schaltplan machen mir die Ansteuerung für HI, SD und LI
> Sorgen, da ich oft gesehen hab, dass bei den IR2110 und IR2113 +15V
> verwendet werden.
Was meinst du? Die "Logic-Input Thresholds" (Logik-Eingang 
Schaltschwellen) kannst du im Datenblatt nachlesen und diese sind AFAIK 
TTL kompatibel.

> Da ich den Strom irgendwie messen muss, hab ich mir gedacht, dass das
> einfachste einfach ein Shunt wäre, 2 0,5 Milliohm parallel und mit nem
> Instrumentenverstärker das Signal verstärken ums dann an nen ADC von nem
> Mikrocontroller zu geben.
Kann man schon so machen. Aber bei beispielsweise 10A (5A pro 
Widerstand) hast du schon 2 x 12.5Watt Verlustleistung.

> Viele messen ja den Strom induktiv, da ich nicht allzu viel Platz für
> mein Teil verbrauchen will, sehe ich keine andere wahl oder gibts auch
> kleine Eisenkerne
Um wie viel Strom genau geht es hier denn? Wer misst den Strom denn 
induktiv? Das geht AFAIK nur bei Wechselstrom.
Man kann den Strom noch über einen Hall Sensor messen. Da gibt es nette 
kleine Teile von Allegro teilweise bis 20A/30A Strombereich und SO8 
Gehäuse. Bei höheren Strömen sind die ganz nett, finde ich.

> Das nächste wäre, wie erzeuge ich am Besten die +15V aus meinen 7,2V vom
> Akku ?
Wenn es nur um die Ansteuerung der FETs geht, könnte man mit einer 
Ladungspumpe arbeiten.
Leider gehen die IRxxx Treiber Chips unterhalb von 9V in den 
Undervoltage-Shutdown. Ansonsten könnte man die FETs auch mit weniger 
Spannung treiben. Sind dann aber auch nicht so schnell, wie bei 15V.

> Ich hab da an einen Schaltregler IC wie den Linear 3436 gedacht um je
> einen IR2010 zu betreiben oder seinen größeren Bruder, den Linear 3430um
> gleich alle 3 auf einmal zu versorgen, bin mir aber net sicher ob des
> das ideale is, vor allem ,da es platzmäßig auch net so groß werden
> sollte
Der Effektivwert des Stromes für die Ansteuerung der MOSFETs ist nicht 
wirklich hoch. Er hängt hauptsächlich von der Schaltfrequenz und der 
Gate-Charge ab. Genaue Werte sind aber schwer vorauszusagen. Eventuell 
mal ne Simulation anschmeißen.

> Der Motor den ich steuern will kann maximal 50 Ampere bei 7,2V ziehen,
> in so fern sind die MOSFETs wohl auch etwas oversized, aber da sie nen
> niedrigen RDson haben, halt doch irgendwie verlockend. Zu Testzwecken
> wird natürlich zuerst mal ein kleinerer Motor angeschlossen.
Hast du denn so viel Platz? Bei 7,2V Motorspannung würde ich eher zu 20V 
oder 30V VDSS MOSFETs greifen. Die sind günstiger und gibt es auch in 
der Stromkategorie.
Bedenke, dass ein Transistor nicht den vollen Motorstrom tragen muss, da 
immer nur zwei der drei Brücken gleichzeitig aktiviert sind. Und selbst 
in einer Brücke nicht beide MOSFETs gleichzeitig leiten, sondern 
überlicherweise über eine PWM angesteuert werden.

Autor: Modell Bauer (Firma: keine) (modellfreak)
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Ich wollte die PWM Frequenz auf 8 bis 16 kHz legen, sollte doch 
eigentlich reichen oder ?

wie soll ich eigentlich die Lageerkennung machen ?

Die Dioden sollten so ein Art Deadtime Ersatz sein, zumindest hab ichs 
bei vielen gesehen, dass die solche reingebaut haben, die wohl für so 
einen Zweck bestimmt waren, ich hab sie jetzt rausgeschmissen, genauso 
wie die Widerstände R4 und R5


Die Z-dioden hab ich jetzt durch bipolare suppressordioden ersetzt, was 
meint ihr, soll ichs bipolar lassen oder doch nur unipolar ?

Wie steht ihr in dem anwendungsfall eigentlich zu Varistoren ?


Zum Bootstrapkondensator

Ich hab jetzt einen 68nF Kondensator mit einem 220nF Kondensator 
parallel geschalten, die MOSFETs die ich verwenden will, haben eine Ciss 
von 6800pF.

Soll ich den 220nF dann lieber weglassen ?

Bei Vb hängt jetzt die Diode, die ich vergessen hab, drinne. Bei COM und 
VSS ist jetzt das GND auch eingezeichnet.

passt des soweit ?



Die Größe des Stromes der vom Treiber bereitgestellt werden muss, hab 
ich mit der Formel Spannung * Kapazität / Zeit berechnet, was aber wohl 
nicht richtig war oder ?



Ich wollte den Strom direkt beim Akku messen, da ich das GND gerne auf 
nahezu 0 V legen möchte oder hab ich mit dem in der Lowside messen etwas 
falsch aufgefasst ?

Jedoch bin ich mir immernoch net sicher obs wirklich ein Shunt sein 
soll, aber ich find einfach keinen kleinen Eisenkern der größenmäßig 
geeignet wäre, eine Schaltung mit OP und Shunt wäre halt schön kompakt.

Was für einen Vorteil hätte ich denn noch beim INA 138, ist doch, 
vorrausgesetzt ich war net zu blöd zum lesen, letzendlich nur alles 
schon in einem IC oder ?

Bei 4 mal 0,5 Milliohm kommt man bei 50A gerade mal auf 0,3 Watt Verlust 
an den Widerständen. Das ist der Grund, weshalb ich die Methode per 
Shunt eigentlich noch in Ordnung finde.

Die Abblockkondensatoren hab ich hoffentlich jetzt alle eingezeichnet.
Gehören natürlich hin die Dinger.



Ich nehm lieber MOSFETs die auch 40V aushalten, auf die paar Euro kommts 
jetzt auch net mehr an.

Die Freilaufdioden nehm ich lieber zur Sicherheit auch rein, schaden ja 
nicht

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Modell Bauer schrieb:
> Ich wollte die PWM Frequenz auf 8 bis 16 kHz legen, sollte doch
> eigentlich reichen oder ?
Üblicherweise geht man so gerade an die Oberkante des Hörbaren. Aber 
meistens nicht höher, weil die Eisenverluste im Motor dann zu groß 
werden.

> wie soll ich eigentlich die Lageerkennung machen ?
Welche Lageerkennung? Von Motor? Entweder Hall Sensoren, Dreh Encoder 
oder über Komparatoren bei einem sensorless Motor.

> Die Dioden sollten so ein Art Deadtime Ersatz sein, zumindest hab ichs
> bei vielen gesehen, dass die solche reingebaut haben, die wohl für so
> einen Zweck bestimmt waren, ich hab sie jetzt rausgeschmissen, genauso
> wie die Widerstände R4 und R5
Die Widerstände würde ich drin lassen, aus EMV Gründen. Vielleicht 
daumenmäßig so 4.7 bis 10 Ohm.
Wenn du diese (naja, behelfsmäßige) "Dead Time" rausmachst, musst du die 
extern erzeugen.
Es gibt auch MOSFET Treiber, die können bereits intern eine Dead Time 
erzeugen. Zum Beispiel IR2104.

> Die Z-dioden hab ich jetzt durch bipolare suppressordioden ersetzt, was
> meint ihr, soll ichs bipolar lassen oder doch nur unipolar ?
Das ist eigentlich egal. Ich weiß nicht, ob die unbedingt so wichtig 
sind. Ich habe solche bisher noch nicht eingebaut.

> Wie steht ihr in dem anwendungsfall eigentlich zu Varistoren ?
Weiß ich nicht, aber Brushless Regler haben üblicherweise keine 
Varistoren verbaut.

> Zum Bootstrapkondensator
>
> Ich hab jetzt einen 68nF Kondensator mit einem 220nF Kondensator
> parallel geschalten, die MOSFETs die ich verwenden will, haben eine Ciss
> von 6800pF.
So genau kann man die Eingangskapazität nicht voraussagen. Deswegen 
dimensioniert man hier gerne schon mal etwas über. der 220nF Ker-Ko 
sollte absolut reichen. Das mit den 10 mal ist auch nur eine 
Daumenformel. Eine von vielen. Schau mal bei IRF.com. Da gibts einige 
App Notes, wie man die Bootstrapschaltung auslegt.

> Soll ich den 220nF dann lieber weglassen ?
Eher den 68nF. Wofür 2 Kondensatoren?

> Bei Vb hängt jetzt die Diode, die ich vergessen hab, drinne. Bei COM und
> VSS ist jetzt das GND auch eingezeichnet.
>
> passt des soweit ?
Die MBR1060 ist aber stark übertriebe. Eine kleine 1A Fast Recovery, 
bzw. Schottky Diode tut es allemal.

> Ich wollte den Strom direkt beim Akku messen, da ich das GND gerne auf
> nahezu 0 V legen möchte oder hab ich mit dem in der Lowside messen etwas
> falsch aufgefasst ?
0V? Ich dachte das kommt an einen Akku. Trotzdem: An deinem Shunt fällt 
nicht wirklich viel Spannung ab. Aber verstärken musst du so oder so.

> Jedoch bin ich mir immernoch net sicher obs wirklich ein Shunt sein
> soll, aber ich find einfach keinen kleinen Eisenkern der größenmäßig
> geeignet wäre, eine Schaltung mit OP und Shunt wäre halt schön kompakt.
Wieso immer Eisenkern? Wer hat dir das Ei mit dem Eisenkern in den Kopf 
gelegt? ;-)
Guck mal ACS756

> Was für einen Vorteil hätte ich denn noch beim INA 138, ist doch,
> vorrausgesetzt ich war net zu blöd zum lesen, letzendlich nur alles
> schon in einem IC oder ?
So genau habe ich das nicht angeschaut. Aber der INA 138 ist extra dafür 
gemacht. Der kann dann mit 5V versorgt werden, während die Eingänge auch 
höher liegen dürfen (AFAIK!).

> Bei 4 mal 0,5 Milliohm kommt man bei 50A gerade mal auf 0,3 Watt Verlust
> an den Widerständen. Das ist der Grund, weshalb ich die Methode per
> Shunt eigentlich noch in Ordnung finde.
Ich habe oben irgendwie mit 0,5Ohm gerechnet ;-)
Ja. bei 2 Widerständen wären es 25²A² * 0.25 * 10^-3 = 0,16Watt. pro 
Widerstand.
Allerdings kann ich dir nicht sagen, wie gut du da überhaupt noch was 
erkennst, mit deinem Stromverstärker. AFAIK sind Shunts in solchen 
Bereichen eher größer und hängen an nem Kühlkörper ;-)
Bei 0.5mOhm solltest du auch einen Shunt für 4-Leiter Messung vorsehen, 
wenn du mich fragst.

> Die Abblockkondensatoren hab ich hoffentlich jetzt alle eingezeichnet.
> Gehören natürlich hin die Dinger.
C13 ist ziemlich groß. Da würde ich auch ein 10µF einbauen. Aber die 
Phasenspannung würde ich noch etwas abblocken.

> Ich nehm lieber MOSFETs die auch 40V aushalten, auf die paar Euro kommts
> jetzt auch net mehr an.
Nuja, aber die FETs, die du benutzt sind schon ziemlich teuer :-D

> Die Freilaufdioden nehm ich lieber zur Sicherheit auch rein, schaden ja
> nicht
Ok. Auch wenn nicht wirklich nötig.

Autor: Andreas K. (derandi)
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0,000125 Ohm, bei 50 Ampere bleiben daran grade lächerliche 6,25 mV 
hängen.

Wenn ich die Datenblätter richtig interpretiere hängt der Eingangspegel, 
ab dem HIN und LIN auf logisch 1 umschwenken, von der 
Versorgungs-Spannung der Logik (VDD, VSS)ab.
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Autor: Modell Bauer (Firma: keine) (modellfreak)
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im Datenblatt steht drinne, dass HIN minimal VSS und maximal VDD sein 
darf, nur nicht genau ob 5V auch reichen würden. Beim IR2110 hab ich 
sehr viele Leute gesehen, die +15V verwenden.


Die Lageerkennung vom Rotor ist im Augenblick für mich das deutlich 
größere Problem.

Sehr viele verwenden so eine Schaltung, wie die jetzt oben angehängte, 
ich versteh allerdings nicht ganz wie das funktionieren soll.


Bei der Drehung induzieren ja die Spulen eine Spannung die Spannung der 
Akkus entgegen gesetzt ist, dumm formuliert, aber ich mein die Regel von 
Lenz

Das will man ja mit der Schaltung messen oder ?

Aber wozu sind die Widerstände gegen Masse ?

Wozu braucht man aber da den Sternpunkt, warum nimmt man net einfach GND 
als bezug ?


Was mich zudem noch wundert, bei den Kommutierungsdiagramme sieht man, 
dass die Spannung wie bei Drehstrommotoren ins negative geht, wie in 
himmels willen soll man mit 3 Halbbrücken eine negative Spannung 
erzeugen ?

Autor: Modell Bauer (Firma: keine) (modellfreak)
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hier die Schaltung, kann sie in dem oberen beitrag nicht mehr hochladen


Ich dachte eigentlich, ich hätts begriffen, wie ein Brushlessmotor 
funktioniert, aber wohl doch nicht ganz


Grüße

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