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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dimensionierung Motorsteuerung


Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

nachdem mein Rechteckgenerator mit PWM läuft (Verhalten in 
Beitrag "Probleme mit AVR Fast-PWM" war tatsächlich ein 
Problem des Simulators), will ich dem Teil eine Endstufe verpassen.

Grunddaten:
Frequenz von 0 bis 20 kHz
PWM von 0 bis 100%
Motor bis 25 A (Gleichstrom, Kfz-Gebläse, im Dauerbetrieb ca. 10A), nur 
Drehzahlsteuerung

Ausgeguckt habe ich mir u.a. wg. Verfügbarkeit bei Reichelt den Treiber 
IR2121 und den HEXFET IRF1405 für eine low-side-Beschaltung mit 
Strombegrenzung bei ca. 23A.

Probleme macht mir allerdings die Dimensionierung der Peripherie 
('Freilaufdiode' am Motor, Entstörungen). Hauptproblem: wie belastbar 
muss die Diode sein? Ich habe mal eine MUR3020 (30A, 1V) in Erwägung 
gezogen. Wenn die aber stark belastet wird, fällt auch an ihr 
theoretisch im worst case einiges an Leistung ab (ca. 20W), die ich per 
Kühlkörper abführen muss. Macht das Teil sehr groß...

Gehe ich von einer zu hohen Verlustleistung in der Diode aus?
Gibt es eine weniger warme Alternative?
Welche Maßnahmen zur Entstörung (Motor, Steuerung) sollten ergriffen 
werden?


Danke, UdoZ

Autor: Nullpointer (Gast)
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Nun, die diode muss natuerlich den Nennstrom uebernehmen koennen. Ja 
eine diode kann durch einen FET ersetzt werden, wenn die Ansteuerung zur 
richtigen Zeit erfolgt.

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

Nullpointer wrote:
> Nun, die diode muss natuerlich den Nennstrom uebernehmen koennen. Ja
> eine diode kann durch einen FET ersetzt werden, wenn die Ansteuerung zur
> richtigen Zeit erfolgt.

Also könnte ich z.B. einen weiteren IRF1405 parallel zum Motor schalten, 
der dann invertiert im Vergleich zum anderen MOSFET (PWM) geschaltet 
wird.

Hmm 1, allerdings 'treffen' sich die beiden MOSFETS während des 
Umschaltens; einer macht gerade zu, der andere gerade auf. Und unter 
ungünstigen Umständen könnte das nach meinem laienhaften Verständnis in 
Richtung eines Kurzschlusses gehen. Also müsste ich den 
'Freilauf-MOSFET' etwas später ein- und etwas früher ausschalten als von 
der PWM vorgegeben. Naja, dafür hätte ich ja noch den OC1B (OC1A wird 
für die PWM-Rate genutzt).
Wieviel früher/später?

Hmm 2, in der Lücke hätte ich dann nur noch die in den 'Freilauf-MOSFET' 
integrierte Diode.
Stellt das ein Problem (Belastbarkeit, Verlustleistung, Motorlauf) dar? 
Kann ich nicht wirklich abschätzen...


UdoZ

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

Udo Z. wrote:
[...]
> Also könnte ich z.B. einen weiteren IRF1405 parallel zum Motor schalten,
> der dann invertiert im Vergleich zum anderen MOSFET (PWM) geschaltet
> wird.
[...]
> Naja, dafür hätte ich ja noch den OC1B (OC1A wird
> für die PWM-Rate genutzt).

Die Mühe muss nicht sein. Da solch ein Schaltungsprinzip gängige Praxis 
zu sein scheint, brauche ich nur einen anderen Treiber, der das für mich 
erledigt: half-bridge-Treiber wie IRS2184. Mal sehen, ob es auch welche 
mit Stromüberwachung gibt...


UdoZ

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

Udo Z. wrote:
[...]
> Die Mühe muss nicht sein. Da solch ein Schaltungsprinzip gängige Praxis
> zu sein scheint, brauche ich nur einen anderen Treiber, der das für mich
> erledigt: half-bridge-Treiber wie IRS2184. Mal sehen, ob es auch welche
> mit Stromüberwachung gibt...

Ist dann wohl doch nicht so einfach: die Treiber, die ich bislang finden 
konnte, haben nur einen PWM-Bereich zwischen ca. 5 und 95%. Ich will 
aber 0-100% ;-)

Wer kann mir weiterhelfen?


Danke, UdoZ

Autor: Nullpointer (Gast)
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Die 100% solltest Du vergessen. Ersten willst du nicht unendlich steile 
Flanken und zweitens eine Totzeit. Macht 5-95%.

Autor: Nullpointer (Gast)
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Aeh, ja, fast haett ich's vergessen. Der obere Teil der Halbbruecke will 
auch gespiesen werden. Und dazu muss das Verhaeltniss ungleich Null auf 
beiden Seiten sein.

Autor: Falk (Gast)
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@ Nullpointer (Gast)

>Die 100% solltest Du vergessen. Ersten willst du nicht unendlich steile
>Flanken und zweitens eine Totzeit. Macht 5-95%.

???

0% : Motor immer aus, keine Schaltflanken
100% : Motor immer an, keine Schaltflanken

MFg
Falk

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

Nullpointer wrote:
> Die 100% solltest Du vergessen. Ersten willst du nicht unendlich steile
> Flanken und zweitens eine Totzeit. Macht 5-95%.

Naja, die Flanken sind ja eher immer gleich. Ich arbeite mit max. 20kHz, 
was bei einer PWM mit der Auflösung 100 eine minimale Impulsbreite von 
500ns ausmacht. Das lässt eine ausreichende Totzeit zu.
Die Einschränkung beim Treiber ergibt sich wohl aufgrund des 
Funktionsprinzips, das die PWM benötigt, um die Gate-Spannungen zu 
'produzieren'.
Ein Verzicht auf 0/100% ist eher nicht akzeptabel für mich, wenn der 
Aufwand, dies zu ereichen, nicht zu groß wird.

UdoZ

Autor: Nullpainter (Gast)
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Diese Halbbrueckentreiber haben eine diode von VCC an einen Kondensator 
an der oberen Source. Die Diode leitet nur wenn der Ausgang tief ist. 
Waehrend dieser tief-zeit wird der Kondensator geladen. Diese tiefzeit 
hat eine minimale laenge, sonst kriegt man den Kondensator nicht mehr 
voll. Abhilfe waere, auf die Halbbruecke zu verzichten, unten einen 
N-FET, oben einen P-Fet zu nehmen, und die Totzeit selbst zu machen.

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