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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Brauche Hilfe bei Motoransteuerung


Autor: Andre Wippich (Gast)
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Hi.

Ich möchte einen 12V Gleichstrom KfZ-Lüftermotor mittels PWM ansteuern.
Die Steuerung ist ganz billig: Ein FET in Reihe zum Motor wird über PWM
angetrieben. Also keine Bremsung, kein Rückwärtsbetrieb...

Versucht habe ich das heute mit einem BUK 7514-55A logic level FET, der
mittels 5V GS-Spannung voll durchgeschaltet werden kann und in der Lage
ist, 55A Dauerstrom zu führen. Den Lüfter hatte ich so auf 20 bis 30A
eingeschätzt. Da der FET (so wie ich das verstanden habe) auch noch die
Freilaufdiode mit eingebaut hat - fand ich den perfekt.

Nun, ich habe es geschafft den FET hochwissenschaftlich die
Eigenschaften eines Stück Drahtes zu verleihen (Sprich: Ich hab die
Drain-Source Strecke durchgeknallt).

Wieso ist mir dann auch eingefallen: Der Lüftermotor stellt ja im
Einschaltmoment eine Art Kurzschluss dar, welcher den FET wohl gegrillt
hat. Wenigstens stieg kein Rauch auf...

Ich habe dann eine Stromzange bekommen, mit der ich mal die Ströme
messen konnte:
Einschaltstrom: 90A
Dauerstrom: 22A
( Betriebsspannung 12V-13V über Autobatterie)

Ich überlege jetzt, wie ich das hinkriege...

a) Dickeren FET nehmen? Fragt sich nur welchen. Logic level und
integrierte Freilaufdiode wäre schon gut. Würde dann eine Variante mit
100A Dauerschaltvermögen ausreichen. Ich weiß ja nicht wie genau die
Stromzange misst. Evtl sind es auch über 100A und die Zange hat das nur
nicht mitbekommen. So ne Autobatterie kann ja mal gut 300A liefern.

b) Vielleicht einen 1 Ohm 100W Leistungswiderstand mit in Reihe zum
Motor (Strombegrenzung) und dann nachdem der Einschaltstrom auf
Nennstrom runter ist mit nem anderen FET überbrücken. Könnte man ja
z.B. mit nem NE555-Timer oder RC-Kombi zeitlich einstellen.

Hat jemand schon Erfahrungen mit Motoren in der Größenordnung? Es würde
mir sehr helfen, wenn ich einen Rat von Euch bekomme. Nicht das ich noch
mehr Bauteile 'entwerte'.

Ach ja: Ich bastel übrigens nicht an meinem Auto rum. Das ist eine
Kühlanlage für einen Prüfstand, wo der Wasserkreislauf durch den
Passivkühler nicht mehr ausreichend gekühlt wird und daher ein
KfZ-Lüfter rangeschraubt wurde (der war über g).

Gruß & Danke für Eure Hilfe,
André

Autor: Frankl (Gast)
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Auch wenn im Schaltbild eine Diode mit eingezeichnet ist, braucht der
Motor eine Freilaufdiode um positive Spitzen auf Plus abzuleiten. Ein
KFZ Lüftermotor (alter Golf) zieht wenn er in der richtigen Richtung
läuft ca. 6-8A. Habe mal eine PWM für einen UNO mit einem 555 und einen
BUZ10 aufgebaut hat Jahre funktioniert. Die richtige Grundfrequenz ist
auch wichtig, sonst schwingen die Lüfterblätter mit und das hört sich
nicht lecker an. Eine RC-Kombination über den Motor zum Entstören wäre
auch nicht schlecht.

Autor: der mechatroniker (Gast)
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Hat das Ding wirklich ne Freilaufdiode eingebaut?

Um den Einschaltstrom zu begrenzen, würde ich vorschlagen, das
Tastverhältnis bei der PWM nicht plötzlich von 0 auf 100% zu ändern
(also von Dauer-Aus auf Dauer-Ein zu schalten), sondern langsam
hochzufahren.

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Ein PTC von Siemens, heute Epcos , die bieten soweit ich weiß genau für
den Zweck sowas an:

http://www.epcos.de/web/generator/Web/Sections/Pro...

Conrad hat die teilweise im Programm, große blaue Scheiben.
(PTC=Positiver Temperatur-Coeffizient, auch Kaltleiter genannt, für den
der sowas noch nicht gelesen hat)

Autor: Andre Wippich (Gast)
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@Frankl:
Aber wenn im Datenblatt bereits eine Diode mit im Bauteil eingezeichnet
ist, brauche ich doch nicht noch eine extra hinzufügen. Was genau meinst
Du mit positive Spitzen? Ich denke man braucht die Freilaufdiode, damit
die vom Lüfter erzeugte (Induktions-)Spannung nicht den FET zerstört.

Über die Frequenz mach ich mir Gedanken, sobald mir keine FETs mehr
durchschmoren g Bin mir nicht ganz sicher, aber ich glaube der Lüfter
ist schon entstört. Ist übrigens von nem T4.

@der mechatroniker:
Sieht ganz so aus. Ist im Datenblatt als ein Teil des FETs
eingezeichnet und es werden auch ganz konkret die Diodendaten
angegeben. Die Begrenzung des Einschaltstroms wäre mir mit Deine
Methode zu riskant. Der FET wird ja auch bei nem PWM Verhältnis von 1%
(für ne kurze Zeit) voll durchgesteuert. Ich weiß nciht, ob das nicht
vielleicht schon reicht, um ihn zu zerschroten.

@Christoph:
Danke für den Tip. Werde mir das mal anschauen.

Autor: der mechatroniker (Gast)
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Für kurze Zeit voll durchsteuern ist aber nicht schlimm, da durch die
Induktivität des Lüfters der Strom etwas braucht, um auf den vollen
Wert anzusteigen (U = L di/dt). Außerdem braucht selbst bei hohem Strom
der Transistor wegen seiner Wärmekapazität etwas, um sich auf
gefährliche Temperaturen aufzuheizen. Ich denke, mit einigen Zehntel
Millisekunden kann man nichts falsch machen.

Autor: Rahul (Gast)
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Irrtum: Die Diode ist zwar vorhanden, erfüllt aber nicht den Zweck einer
Freilaufdiode.
Die Freilaufdiode sorgt dafür, dass ein Strom fliessen kann, der beim
Abschalten einer Induktivität entsteht. Die Induktivität (Motor,
Relais, allgemein: Spule) versucht beim Verlust des erregenden Stroms
ihr Magnetfeld aufrecht zu erhalten. Dadurch fliesst ein Strom aus der
Spule hinaus, und zwar genau in die Richtung, in die er vorher auch
floß. Die MOSFET-Diode wird also in Sperrichtung betrieben.
Die Freilaufdiode begrenzt die Spannung am MOSFET auf 0,7V (Silizium),
und verhindert so, dass der Transistor aufgrund einer zu hohen
Gegenspannung gegrillt wird.
Die Diode schliesst somit einen Stromkreis beim Abschalten.

Autor: Andre Wippich (Gast)
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@Mechatroniker:
Das Problem ist aber, wenn der Lüfter mal blockiert, raucht mir die
Elektronik auf...

@Rahul:
Mir fällt auch gerade auf, dass die Freilaufdiode ja (anti)parallel zum
Motor liegen müsste. Aber welche Funktion hat dann diese integrierte
Diode?

Und noch viel wichtiger: Woher weiß ich, welche Freilaufdiode ich für
meinen Motor nehmen muss? Der wird ja ordentlich was zurückspeisen...
Gibt es da eine Art Richtlinie?

Habe das Datenblatt des FET in den Anhang gepackt.

Autor: Rahul Der trollige (rahul)
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Funktion hat die in diesem Fall keine. Bei einer H-Bruecke wuerde sie
die Freilaufdiode des Hi-Side-MOSFET ersetzen. Sie ist einfach durch
den Aufbau des MOSFET vorhanden (parasitaer...)

Hauefig wird ne 1N400x benutzt. BYV kann man auch nehmen...

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Würde z.B. die BYV29-500 gehen? Die kann eine Spannung von 500V ab und
schafft einen 9A Strom. Habe vorhin gelesen, dass man zur
Dimensionierung von Freilaufdioden ungefähr 1/4 des Nennstroms
veranschlagt...

Ich hätte auch noch eine Frage zum FET. Irgendwie befürchte ich, dass
ich da was falsch verstanden habe. Es ist ja ein logic level FET, d.h.
für mich er sollte ab ca 4V komplett durchschalten. Aber im Datenblatt
(siehe weiter oben) auf Seite 4 sieht es bei den Output Characteristics
so aus, als würden bei einer GateSource-Spg von 5V nicht mehr als 20A
fließen. Steuert der FET also doch nicht bei normalen TTL Pegeln voll
durch?

Autor: Thomas O. (Gast)
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ja ich finde auch nirgends einen FET der bei TTL-Pegel also 5V voll
durchschaltet, verstehe diese "Pseudo" Logic-Level Versprechen auch
nicht.

Autor: André Wippich (Gast)
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Hi.

Also der BUK_7514 ist definitv kein ttl logic level FET. Da habe ich
mich leider falsch beraten lassen (anderes Forum).

Wenn Du wirkliche Logiklevel (TTL) FETs suchst, dann gib bei Conrad mal
HEXFET ein. Das sind FETs die bei 5V Gate-Source Spannung ausreichend
durchschalten. Das "ausreichend" erklärt sich damit, dass man die
(teilweise?) mit bis zu 10V am Gate ansteuern kann, wodurch sie dann
eben noch weiter durchschalten. Wenn man die Kennlinien von HEXTFET und
normalen FET vergleicht sieht man den Unterschied auch sehr schnell.

Für mein Projekt (12V Gleichstromlüfter, 90A im Anlauf, 25A im
Vollbetrieb) habe ich den IRL 1004 (ist so ein HEXFET) verwendet. Der
kann 130A Dauerstrom und 500A Spitzenströme schalten (Glaube für diese
Maximalwerte braucht man aber 10V am Gate). Als Freilaufdiode nehme ich
ne BVY32-E200 (200V / 20A - sicher ist sicher g). Der FET wird
jedenfalls mit nem 5V PWM Signal direkt am Gate gesteuert und es läuft
alles bestens. Einschaltstrom hat ihn bisher nicht gekillt und selbst
im Dauerbetrieb erwärmt sich der FET kein Stück (ist aber auf
Kühlkörper montiert).

Hoffe ich konnte Dir helfen.

Autor: Klaus Schwarzbauer (Gast)
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Hallo Andre!

Habe mir die gleiche Aufgabe gestellt wie Du  am Anfang dieses Threads
und daher die Diskussion mit Interesse verfolgt(allerdings benötige ich
den ganzen Zauber wirklich für ein KFZ).
Da Du ja jetzt anscheinend eine Lösung gefunden hast, hast Du dazu
vielleicht einen Schaltplan oder eine genauere Beschreibung o.ä.

Danke & viele Grüße!

Klaus

Autor: Andre Wippich (Gast)
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@Klaus Schwarzbauer:
Muss das Projekt bis Freitag auf Eis legen, weil ich am Freitag ne
harte Prüfung habe, die mich erstmal voll in Anspruch nimmt. Werde erst
danach weitermachen können. Genaueres kann ich Dir aber auch noch nicht
sagen, weil ich selbst ja noch dran rumbastel (versch.
Widerstände/Frequenzen ausprobieren ect). Wenn es funktioniert poste
ich hier auf jeden Fall mal die gewählten Werte.

Was willst Du im KfZ denn damit anstellen?

____________________
http://www.dark-sun.de

Autor: Frank (Gast)
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Damit im Fall einer Lüfterblockade nicht der ganze Rümpus abraucht, das
Ganze über einen diese schicken Infineon Profets laufen lassen. Die
Dinger sind sowas wie elektronische Sicherungen und ursprünglich für
den Automotive Bereich konzipiert worden. Zusätzlich ist auch noch ein
Signalausgang dran über den gleich noch der Techniker alarmiert werden
kann. Guck dir die Dinger einfach mal auf der Infineon Seite an, gibts
für verschiedene Ströme.

bye

Frank

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Oh, sorry - ich sehe gerade, dass es sich hier um einen ganz anderen
Beitrag von mir handelt (aber auch mit FETs) :-)

Mein Schaltplan (mörderding) ist im Anhang. Interessant dürfte für Dich
wohl nur die Treiberstufe sein.

Wichtiger Hinweis: Um den FET auszuschalten muss das Gate auf GND
gezogen werden.

Meine Schaltung hatte ich auf den Einschaltstrom des Lüfters ausgelegt,
so dass der FET weder beim Einschalten, noch bei Lüfterblockade
durchbrennt. Gefahr dabei wenn der Lüfter blockiert ist dann aber, dass
das zu Kühlende heiß läuft...

Autor: Klaus Schwarzbauer (Gast)
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AW: Was willst Du im KfZ denn damit anstellen?

Vorweg möchte ich sagen, dass ich kein Elektronik-Experte bin, sondern
das ganze eher auf Hobby-Niveau betreibe. Eigene Schaltungen von Null
weg kann ich also nicht entwickeln, sondern suche mir für meine
Problemstellungen schon fertige Komponenten zusammen und modifiziere
sie u.U. etwas.
Auf diesen Thread bin ich gestoßen, da ich für mein Ralley-Geländeauto
(Range Rover) 2 Stück 400W E-Kühler in Aussicht habe (das ist die gute
Nachricht), die aber aus einem moderneren KFZ stammen, sodaß sie PWM
gesteuert werden müssen (das ist die schlechte Nachricht). Und sie
immer zwischen aus und Volllast hin und herzuschalten bringt es
aufgrund der begrenzten Energie im KFZ auch nicht.
Nun habe ich durch Internetrecherchen eine Seite gefunden, wo jemand
eine geniale Lüftersteuerung mittels PWM eigentlich für PCs entwickelt
hat. Dort können über bis zu 8 Temperaturfühler bis zu 3 Ventilatoren
angesteuert werden (und zusätzlich werden alle diese Informationen noch
auf einem Display angezeigt). Natürlich hat so ein PC-Kühler
leistungsmäßig gar nichts mit einem KFZ-Kühler am Hut und somit bin ich
gerade am Nachdenken, ob man das PWM-Signal dieser PC-Lüfter-Steuerung
verwenden kann und damit zB. Deinen vorgeschlagenen Aufbau (FET)
ansteuern könnte.
Wie gesagt, ich bin kein Profi und daher könnte es auch leicht sein,
dass das ganze aus anderen Gründen überhaupt nicht machbar ist, jedoch
wäre so ein Aufbau wirklich ideal für mein KFZ.

Viele Grüße!
Klaus

Autor: Klaus Schwarzbauer (Gast)
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Habe noch den Link zur PC-Lüftersteuerung vergessen:

http://www.keiang.de/modules.php?name=PCcool

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Hi.

Warum müssen die Lüfter mit PWM gesteuert werden? Haben Sie bereits PWM
Eingänge?

Es gibt da quasi zwei Alternativen:
1) Der Lüfter hat einfach nur Plus und Minus Anschluss
-> Dann brauchst Du so eine Treiberstufe, wie ich sie gebaut habe. Denn
die elektronische Steuerschaltung kann im Schnitt nur so 40mA als
PWM-Signalstärke ausgeben, die ausreichen um einen FET als Schalter im
Motorstromkreis an und aus zuschalten.

2) Der Lüfter hat nicht nur Plus und Minus sondern auch noch zusätzlich
einen PWM Eingang.
-> Das ist an sich super, weil der Lüfter dann bereits die Treiberstufe
eingebaut hat. Allerdings gibt es mit den PWM-fähigen Lüftermotoren noch
das Problem, dass die meines Wissens nach, besondere PWM_Signale
bekommen. D.h. die Frequenz ist festgelegt (Keine Ahnung welche) und es
gibt spezielle Signalarten. Wenn das PWM Signal z.B. unter 10% gehen
würde, geht der Lüfter auf Vollast (Drahtbruchsicherheit), während er
bei z.B. genau 10% ausschaltet (Alle Werte rein geschätzt und bestimmt
von Lüfter zu Lüfter unterschiedlich).

Die PC-Lüftersteuerung wird wohl nicht gehen, weil die dort die Lüfter
direkt aufstecken. D.h. die Treiberstufe (wohl das IC L293D) wird sich
bereits auf der Platine befinden und nur für kleine Leistungen
ausgelegt sein.

Autor: Klaus Schwarzbauer (Gast)
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Ja, der Lüfter hat einen eigenen PWM-Eingang, daher auch meine Suche
nach der passenden Steuerung.
Mit der PC-Lüftersteuerung hast Du recht, die verwendet einen IC statt
eines FETs. Somit kann ich diese Idee einmal über Bord werfen.
Auch die direkte Ansteuerung des vorhandenen PWM-Eingangs wird es also
nicht werden, da ich diese spezifischen Lüfterdaten wahrscheinlich
nicht auftreiben kann.
Somit bliebe mir noch die Variante, den Motor des Lüfters direkt über
seinen Plus/Minus mit einer Treiberstufe so in Deiner Art anzusteuern
(und das ganze PWM-Zeugs im Lüfter zu umgehen). Nur wie bring ich dann
ein temperaturabhängiges PWM-Signal zusammen??????

Autor: TOM (Gast)
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@Klaus
So schnell würde ich da nicht aufgeben. Die eingebaute Treiberstufe ist
doch sicher die optimale Lösung. Häng doch einfach mal einen
Rechteckgenerator an den PWM-Eingang und spiel ein wenig mit Freq. und
Tastverhältnis rum. Kann mir nicht vorstellen, dass man das nicht
rausbekommt.
Woher sind die Lüfter? Vielleicht kann man ja in einem Originaleinbau
mal nachmesen?


Gruß

Thomas

Autor: Klaus Schwarzbauer (Gast)
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Welche Daten bräuchte ich von einem Lüfter, um mir das passende
PWM-Signal stricken zu können? Andre hat ja zB. die Frequenz erwähnt
oder "was passiert bei wieviel %".

Autor: TOM (Gast)
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Du brauchts die Frequenz und Amplitude des PWM-Signals, die beide
höchstwahrscheinlich konstant sind und eine Zuordung
Tastverhältnis<->Leistung. Ich glaube aber nicht, dass du die Daten so
einfach irgendwo schriftlich herbekommst.
Entweder bei einem Original im Auto eingebauten Lüfter die Werte Messen
(hauptsächlich die Frequenz und Spannung, den Rest kann man sicher durch
Probieren rausbekommen) oder einfach den Lüfter an eine Autobatterie
anschließen und mit einem Funktionsgenerator am PWM-Eingang mal ein
paar Signale ausprobieren. Die KFZ-PWM-Aktoren, die ich kenne werden
alle mit 12V Amplitude angesteuert.

Wenn du die Treiberstufe himmelst, kannst du immernoch die Methode von
Andre nehmen.

Gruß

Thomas

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Vielleichz findest Du im Internet auch ein Forum, dass sich u.a. mit
Lüftern beschäftigt. Dieses hardcore Schrauber nehmen doch alles
auseinander g Vielleicht kann Dir da jemand mit den Ansteuerungen
weiterhelfen. Oder Du schreibst einfach ganz frech den Hersteller an.
Mehr als nein sagen kann er ja nicht.

Autor: Klaus Schwarzbauer (Gast)
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schaut ganz gut aus, dass ich die benötigten daten auftreiben kann :-)
melde mich dann auf alle fälle wieder hier herinnen....

@ andre: wie schauts bei deinem projekt aus? schon weitergekommen?

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Es funzt einwandfrei g

Autor: Klaus Schwarzbauer (Gast)
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ganz aufgegeben habe ich die steuerung mittels pc-lüftersteuerung auch
noch nicht, da ich jetzt gesehen habe, dass es eine zusatzplatine dazu
gibt, auf der ein irf 5305 fet angesteuert wird (um im fall eines pc's
mehrere lüfter betreiben zu können).
könnte man jetzt den irf 5303 tauschen gegen zb. den von dir
verwendeten irl 1004?  bzw. welche daten der beiden fets muss man
vergleichen, um das feststellen zu können?

Autor: Rene (Gast)
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Hallo Andre,
könntest du mir den Schaltplan des PWM Moduls zukommen lassen.

Vielen Dank Gruß Rene

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