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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Motorischer Wahnsinn


Autor: flyingwolf (Gast)
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Hallo Leute.
Ich steuere einen Gleichstrommotor mit einer MOSFET-H-Brücke an. Der
Motor nimmt im Leerlauf an die 1,5 Ampere, unter Vollast bis zu 5A auf.
Obwohl die Transistoren auf der H-Brücke bis 20Ampere mitmachen, brennt
mir immer mal wieder ein Zweig der H-Brücke ab, obschon die
Transistoren im Betrieb auch unter Vollast noch nicht einmal warm
werden. Es wird nur ein- und ausgeschaltet, keine PWM.
Nach langem messen und suchen habe ich jetzt Einschaltströme von
30Ampere gemessen und was noch viel irrer ist, Abschaltströme von 350
Amper (kein Schreibfehler!) und das nur im Leerlauf.
Mit einem C über dem Motor und einem Ferritkern ließ sich das etwas
abschwächen, aber ich würde die Motoren gerne mit einem richtigen
LCL-Filter entstören.
Wie berechnet man sowas?

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Abschaltströme von 350 Amper (kein Schreibfehler!) und das nur im
Leerlauf.

   ......    ;)


Ich vemute, dass Dir die Induktivität des Motors einen kleinen Streich
spielt.

Ich hoffe, dass Du diverse Schutzdioden nicht vergessen hast?

Könntest Du uns Deinen Schaltplan zeigen, vielleicht bekommst Du
weitere Tipps?

Autor: Stefan Kleinwort (_sk_)
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Sieht so aus, als ob Deine Ansteuerschaltung die Brücke im Schaltmoment
kurzschliesst. Ist die Brücke diskret aufgebaut?

Gruß, Stefan

Autor: mhhhh (Gast)
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jo, sieht schwer nach einem Querkurzschluß aus.

Zeig mal die Schaltung.

ts

Autor: flyingwolf (Gast)
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Die Transistoren schalten zeitversetzt, so dass es keinen Kurzschluss
gibt. Ich habe keine Umschaltströme. Der Strom wird durch die
Induktivität des Motors und seine Masseträgheit verursacht. Dass da
einiges passiert ist mir schon klar gewesen, nur dass 350A-Spitzen
dabei zustandekommen hätte ich nie und nimmer geglaubt. Das Problem ist
eben dass die Transisoren und Dioden damit überfordert sind, auch wenn
die Pulse im ns - Bereich liegen.
Der Fehler liegt nicht in der Brückenschaltung, es fehlt dem Motor nur
an geeigneten Entstörungesmaßnahmen.
Wenn ich die Leitung um einen Ferrit wickle, gehen die Stromspitzen
schon auf 120Ampere zurück. Ein kleines C von 100nF und ein R von 3,9
Ohm und scon sind wir bei kaum 20 Ampere in der Spitze.
Ich möchte jetzt aber nicht experimentieren, sondern suche nach der
magischen (Faust) Formel für die beiden L und das C um eine sinnvolle
Entstörung zu erreichen.

Autor: Wolfram (Gast)
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du schreibst was von ns, die meisten MOSFET liegen im us Bereich
ton/toff. Wenn du mal die Schaltung postest und die Zeitversatz könnte
man genauere Aussagen machen.

Autor: Yussarian (Gast)
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Was soll man dazu schreiben?



Einen Störstrom von 360A lässt sich nicht mit einem 100nF-Kondensator
eliminieren. Wie hast du das gemessen? Allein diese Frage ist schon
interessant. Und dann auch noch im ns-Bereich.

Wie oben schon geschrieben wurde: Das Schaltbild muss her!


Klemme den Motor ab und schalte stattdessen einen Widerstand
EIN/AUS/UM. Dokumentiere mit dem Oszi Eindeutig, daß zwischen den
Umschaltvorgängen genügend Zeit ist, da die Energie in der
Motorinduktivität erst über die Freilaufdioden abgebaut werden muss.
Dies dauert u.U. einige 10-Millisekunden.

Autor: walifogel (Gast)
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Versuche es mal mit einem Filter. Sihe Anhang.

Autor: flyingwolf (Gast)
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@walifogel
endlich jemand, der mich versteht...
1. Wie berechnet man sowas?
2. Das ist ja nun ein recht vielstufiges Filter. Ich kenne die
vereinfachte Version mit 2 Ls und eiem C. Hast Du da auch was auf
Lager

<<Wie hast du das gemessen?  >>
Mit einem Shunt und einem Scope

Autor: walifogel (Gast)
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Habe hier ein Tool mit dem man verschiedene Filter errechnen lassen
kann.

Das ist ein Butterworth Filter der lässt nun wirklich nichts durch.
Du kannst aus der Mitte Elemente rausnehmen, das schadet zwar der
Filterwirkung, was aber für ein Motor nicht so schlimm ist.
Aber die Kondensatoren können nicht beliebig groß gemacht werden weil
der Motor ja umgepolt wird und die Kondensatoren auch.
Stat der Berechneten Werten habe ich Standardwerte eingesetzt.

Probiers halt aus.
wf

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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@flyingwolf

Der Filter von walifogel (hm, wieso eigentlich mit 'f'?) ist
nachrichtentechnisch einwandrei, praktisch wird er aber auch nur in der
Nachrichtentechnik eingesetzt.

Ich würde mich um Schottky-Freilaufdioden kümmern und ein R/C-Glied
parallel zum Motor schalten.

Du schreibst von einem Gleichstrommotor, soll heissen Kollektormotor?
Der Anlaufstrom eines idealen Motors tendiert ja nun wirklich gegen
unendlich, daher sind 30A schon realistisch. Woher sollen aber die 360A
kommen? _Wie misst du das?_

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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Nachtrag zur Messung

Ich meine: Wo liegt der Shunt, wo ist Scopespitze und Masse
angeschlossen. Was ist das für ein Widerstand (Draht, gewickelt, Wert)?

Autor: walifogel (Gast)
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Ich führe hier eine Strichliste der Leute die das mit dem ’f’ bemerken.

Welche Diode würdest du vorschlagen ?
Wf

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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:-)

Schottkydiode: Zumindest eine, die auch erhältlich ist, z.B. SB130.
Wenn's dann eine zerlegt, weiss man wenigstens, dass es Störspitzen
sind. In diesem Falle empfehle ich ein Upgrade auf SB550.

Komisch finde ich's allerdings weiterhin, da ich selber auch schon mal
einen Fahrtenregler für's Modellauto gebaut habe, und da nahm der Motor
gerne mal 20A. Ohne Schutzdioden und keine Probleme.

Wir hatten uebrigens noch gar nicht über Spannungen gesprochen: Welche
Nennspannung hat der Motor? Höhe der Versorgungsspannung?

Autor: walifogel (Gast)
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Eine SUPPRESOR Diode währe möglicherweise besser. Es gibt welche die bis
zu 1,5KW verheizen können.

wf

Autor: flyingwolf (Gast)
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Klar, ein 24V Kollektormotor, made in China.
Der Shunt ist eine Industrielösung aus dem Schaltschrankbau.
Die Stöme sind nicht so unerklärrlich, bei Induktionsspannungen von 60
- 100V und R(DS)on 0,015 Ohm geht das ganz Fix.
Das Filter ist schon mal ok, aber ich denek ganz so sauber brauche ich
es dann doch nicht. Ein bisschen was kann die Schaltung dann ja auch
noch ab.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Man könnte auch zwei Z-Dioden gegenpolig in Reihe Schalten,

um die hohen Induktionsspannungen aufzufangen.

Bernhard

Autor: Rahul (Gast)
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Z-Dioden sind etwas langsam. Walifogel hatte schon die bessere Variante
erwähnt: Surpressor-Dioden

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Rahul

>Z-Dioden sind etwas langsam.

Sind sie wirklich so langsam?

Du meinst, dass sie bei einem kurzen Impuls (ns-Beeich) nicht schnell
genug leitend werden?


>Walifogel hatte schon die bessere Variante erwähnt: Surpressor-Dioden

Was sind Surpressor-Dioden?

Sind das normale Dioden, mit besonderen Kenndaten,  oder sind das
hochgezüchtete Z-Dioden?

Autor: flyingwolf (Gast)
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Ich hab schon eine Unipolare TAZ-Diode reingehangen. Geht auch gut, aber
bei einigen Spikes ist sie nicht schnell genug. Da ist dann das C
wirksamer.

Autor: Rahul (Gast)
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Eher hochgezüchtete Z-Dioden...
Surpressor-Dioden oder auch Transorb-, Transil-Dioden genannt haben
eine (wesentlich) steilere Kennlinie als Z-Dioden und schalten auch
abrupter durch.

Autor: AxelR. (Gast)
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Hallo fliegender,

bremst Du deinen Motor aktiv?
Änderst Du agressiv die Drehrichtung (so aus voller Fahrt)?
Wie hoch ist die Spannungsbelastung der Transistoren?
Vlt. arbeiten diese im AvalancheBetrieb? Nicht jeder Mosfet ist dafür
ausgelegt..
Aber gut, soo viel Freilaufstrom habe ich noch nie gemessen.
Wer sich an mein GoKart Projekt errinnert - da war ja auch richtig
Leistung gefordert. Gab da (fast) keine Probleme.
OK, war ja auch nur "vorwärts".

Ich habe dort als Freilaufdiode eine 600V/80A "superschnelle" Diode
drinn. RUFG6080(oderso?). Die hat dann funktioniert. Alles andere flog
mir früher oder später um die Ohren.

Viele Grüße
AxelR.

Autor: Kopf_schüttel (Gast)
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> Ein bisschen was kann die Schaltung dann ja auch noch ab.


Bravo! Das ist Ingenieurmäßige Intelligenz.

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Nunja, die Entwicklung dieser Brücke war ja auch schon ein Akt für
sich:
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-143615.html#new

Duck & wech...
...

Autor: flyingwolf (Gast)
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@HanneS
Na da weiss ich doch gleich wieder wo ich die Scope-Bilder noch
hinterlegen muss...

<<bremst Du deinen Motor aktiv?>> Ja
<<Änderst Du agressiv die Drehrichtung (so aus voller Fahrt)?>> Nein
<<Wie hoch ist die Spannungsbelastung der Transistoren?>> Vom Akku her
kommen nur 24V aber vom bremsenden Motor scheint es wohl deutlich mehr
zu sein, in Spitzen ca. 60 - 80V

Autor: AxelR. (Gast)
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auweia, IRF2184 oder 2183 als Treiber?

Totzeiten größer machen, ordentliche Flanken an den MOSFETS.
Deine aktuelle Schaltung?

Autor: flyingwolf (Gast)
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<< auweia, IRF2184 oder 2183 als Treiber? >> Nö

<<Totzeiten größer machen, ordentliche Flanken an den MOSFETS.>>
Dann zerreist mir die Induktionsspannung die Transistoren, das haben
wir schon durch.

Die Schaltung ist schon ok so, ich muss nur was zur Motorentstörung
tun.
Maßnahme 1 und sehr wirksam ist der Ferritkern.
Maßnahme 2 eine Drossel um den Anlaufstrom etwas zu begrenzen
Maßnahme 3 eine C am Motor um die Störungen einzufangen
alt. ein Filter a la walifogel oder eine etwas abgespeckte Variante
wegen der Kosten...

Autor: mhhhh (Gast)
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Vielleicht sollte man auch noch  etwas über den Energieinhalt dieser
Spikes wissen.
Wie ist denn der Strom gemessen? Wie lange dauert er an?
Wann genau tritt er auf.Bevor Du mit irgendwelchen schwachbrüstigen
Filtern auf der Signalverarbeitung kommst solltest Du mal eindeutige
Messungen vornehmen.
Es ist ein Unterschied, ob ein Bauteil energiereich "gesprengt" wird,
oder ob es durch energiearme Überschreitung von z.B. Sperrspannungen
gehimmelt wird.


ts

Autor: flyingwolf (Gast)
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@hmmm
Sowohlalsauch

Autor: flyingwolf (Gast)
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und mit ferrit

Autor: flyingwolf (Gast)
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ich sollte wohl noch dazuschreiben, dass Kanal a an einem 0,1 Ohm Shunt
hängt

Autor: AxelR. (Gast)
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MÖchtest Du Dir nocheinmal ein Foto vom GoKart ansehen (Hast Du sicher
schon gemacht) ?

Hier fliessen zwischen 40 und 120 Ampere @ 120Volt. Da glüht doch auch
nichts weg.
Motorentstörung ok, aber so ein Filter ist DEFINITIV nicht von nöten!
Durch Messen zum Wissen sagte mein Vater immer!!
Robuster Querschnitt bei der Verkabelung, einen gemeinsamen Massepunkt,
klar definiierte Totzeiten und kleine Umschaltverluste in den MOSFETS
durch steile Flanken.
Dann funktioniert das auch.
Du hast in der Zwischenzeit sicher ein überarbeitetes Schaltungsdesign
deiner Motor-H-Brückenstufe.

Ich bin eben gerade nochmal den "alten" Thread durch.
--Hannes, wie merkst Du Dir das immemr alles?--
Hast Du die Gatewiderstände noch mit 1M bemessen?
Oder sieht die Schaltung nun komplett anders aus?
Kannst Du vlt. mal ein Bildchen machen?

Ich bin hier ziemlich am rumraten, so kann ich nicht helfen. Würd' ich
aber gerne...
Ich könnte Dir max. einen großen Pulvereisenkern zukommen lassen.
Aber damit ist die Ursache ja nicht beseitigt.

Viele Grüße
axelr.
http://axelr.hat-gar-keine-homepage.de/

Autor: alfsch (Gast)
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du hast keine schaltung gezeigt - oder?
dann kann ich auch nur raten...
vermutlich shoot in den mosfets!
der motor macht sicher keine 300a ! aber ein shoot schon...
ursache: beim abschalten geht die back-diode eines mosfet an, dann
schaltest du den anderen mos ein, die diode muss aber erst freiwerden,
was >>datenblatt: welche mosfet?? zb 200ns dauert. dann machts peng in
den mosfet, da kann der motor nix dafür.
bauernregel: brems-mosfet langsamer einschalten !!!! dann gehts.

Autor: AxelR. (Gast)
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oder RC-Reihe über den MOSFET. Der Kondensator nimmt die Ladung auf.
2.2nF 100Ohm

Autor: alfsch (Gast)
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rc snubber...hmmm.
bei 5a abschaltung, in 1us ...ca 200nf + 1 ohm par.zum motor, wenn ich
richtig rechne.

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