Hallo,
ich plane gerade eine PWM Schaltung für einen größeren E-Motor und
wollte dazu
noch ein paar Meinungen weil ich im Bereich PWM noch nich so erfahren
bin.
Ich hab mich mit Motoransteuerung mit PWM und dem Rest des Internets
mal n
bisschen schlau gemacht und nen Schaltplan erstellt (Schonmal sorry für
die Zeichnung von Hand aber ich hoffe man kanns erkennen).
Meine Frage wäre jetzt ob das so ungefähr passt bei einer Frequenz von
~200Hz (geplant, sollte recht angenehm sein). Auserdem bin ich mir noch
unsicher bei der Auslegung der Bootstrapkapazität sowie den Kapazitäten
parallel zur Last. Ich hätte als C_B mal 1µF genommen aberC_LF und C_LE
konnt ich noch nich wirklich einschätzen. Die Idee mit Folie und ELKO
parallel hab ich einfach aus dem Artikel übernommen aber warum man das
so macht is mir nich ganz ersichtlich geworden, vll kann mich da ja
jemand aufklären?
Vll kennt auch noch jemand einen PWM Controller der mit 12V läuft dann
könnt ich mir den DC/DC sparen. Das ganze soll später an ner
Autobatterie hängen und ein Fahrzeug antreiben. Was ich noch überlegt
hatte, wären 3 AA Akkus die mit 3.6V den LTC6992 betreiben der laut
Datenblatt ja unter 0.5mA braucht allerdings würde dann ein Ausfall
bedeuten, dass der Duty-Cyle auf 0% sinkt was bei einer
Bootstrapschaltung ja bekanntlich nich so gut is.
Danke schonmal für die harten aber sicher sinnvollen Vorschläge ;)
@ R4K (Gast)
>Meine Frage wäre jetzt ob das so ungefähr passt bei einer Frequenz von>~200Hz (geplant, sollte recht angenehm sein).
Kommt auf den Motor an.
> Auserdem bin ich mir noch>unsicher bei der Auslegung der Bootstrapkapazität
Hmm.
> sowie den Kapazitäten>parallel zur Last.
Bitte? Dort gehört ganz sicher KEIN Kondensaotor hin!
>Ich hätte als C_B mal 1µF
Klingt OK.
> genommen aberC_LF und C_LE>konnt ich noch nich wirklich einschätzen.
Nimm mal C_LF mit 1-10uF und C_LE mit 100-10.000 uF.
> Die Idee mit Folie und ELKO>parallel hab ich einfach aus dem Artikel übernommen aber warum man das>so macht is mir nich ganz ersichtlich geworden, vll kann mich da ja>jemand aufklären?
Der Folienkondensator ist für die kurzen Schaltpulse im us Bereich
zuständig, der Elko für die längeren Strompulse.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator>Vll kennt auch noch jemand einen PWM Controller der mit 12V läuft dann>könnt ich mir den DC/DC sparen. Das ganze soll später an ner>Autobatterie hängen und ein Fahrzeug antreiben.
Sportlich für das erste PWM-Projekt.
>Danke schonmal für die harten aber sicher sinnvollen Vorschläge ;)
Es fehlt eine Strommessung und direkt damit verbundene Cycle by Cycle
Strombegrenzung. Die ist bei einer 500W PWM überlebenswichtig.
R4K schrieb:> Das ganze soll später an ner> Autobatterie hängen und ein Fahrzeug antreiben.
Soll das Fahrzeug denn auch mit dieser PWM-Ansteuerung gebremst werden?
Falls nicht, würde ein MOSFET+Freilaufdiode reichen.
Falls doch, wäre es u.U. sinnvoll, das Tastverhältnis nicht zu schnell
zu verändern, damit das Fahrzeug nicht ruckelt.
Generell sollte man beim Fahrantrieb von sehr hohen Anlaufströmen
ausgehen, das können auch mal deutlich mehr als 40A sein. Es ist sicher
kein Fehler, die Endstufe auf 120-140A auszulegen, damit man da auf der
sicheren Seite bleibt.
Deswegen verteilen grosse PWM Endstufen den Strom auf mehrere dicke
MOSFet. Das erleichtert auch das Heranführen der nötigen Kabelstärken an
die Halbleiter.
Unbedingt nötig ist auch die von Falk erwähnte Überstromsicherung.
Käufliche Controller wie z.B. Curtis arbeiten meist um etwa 15-20kHz.
@ falk
> Bitte? Dort gehört ganz sicher KEIN Kondensaotor hin!
Sorry n bisschen schlecht ausgedrückt damit waren C_LF und C_LE gemeint
> Nimm mal C_LF mit 1-10uF und C_LE mit 100-10.000 uF.
Ok danke dann probier ichs mal mit 2uF und 1mF.
> Der Folienkondensator ist für die kurzen Schaltpulse im us Bereich> zuständig, der Elko für die längeren Strompulse.>> https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator
Ok gut zu wissen.
> Sportlich für das erste PWM-Projekt.
Ja kann man jetzt leider nich mehr ändern.
Zum testen würde ich halt erstmal kleinere Lasten dran hängen (PC-Lüfter
oder sowas).
> Es fehlt eine Strommessung und direkt damit verbundene Cycle by Cycle> Strombegrenzung. Die ist bei einer 500W PWM überlebenswichtig.
Ok gut. Meinst du damit sowas wie hier Konstantstromquelle?
Dabei würde doch immer ein Wiederstand in Reihe geschaltet über den dann
ebenfalls ein hoher Strom fließen würde oder?
@ m.n.
> Soll das Fahrzeug denn auch mit dieser PWM-Ansteuerung gebremst werden?> Falls nicht, würde ein MOSFET+Freilaufdiode reichen.
Nicht unbedingt gebremst allerdings soll die Bremsenergie wenn möglich
genutzt werden, der Motor also auch als Generator dienen können daher
keine Freilaufdiode.
> Falls doch, wäre es u.U. sinnvoll, das Tastverhältnis nicht zu schnell> zu verändern, damit das Fahrzeug nicht ruckelt.
Jap aber das ist ja eher ein Benutzerproblem. ;)
@ mschoeldgen
Also statt einem großen mehrere "kleine" MOSFETS um damit die
Beinchen/Zuleitungen nicht schmelzen.
Wie könnte denn so eine Überstromsicherung/begrenzung in meinem Fall
aussehen?
@ R4K (Gast)
>> Es fehlt eine Strommessung und direkt damit verbundene Cycle by Cycle>> Strombegrenzung. Die ist bei einer 500W PWM überlebenswichtig.>Ok gut. Meinst du damit sowas wie hier Konstantstromquelle?
Im Prinzip ja, damit wirkt die Endstufe wie eine
Konstantstromquelle.
>Dabei würde doch immer ein Wiederstand in Reihe geschaltet über den dann>ebenfalls ein hoher Strom fließen würde oder?
Ja, ein niederohmiger Shunt.
Beitrag "Re: PWM Regler mit Strombegrenzer">Also statt einem großen mehrere "kleine" MOSFETS um damit die>Beinchen/Zuleitungen nicht schmelzen.
Die Beinchen weniger, aber der IC. Denn man bekommt nicht unendlich viel
Verlustleitung gekühlt. 500 /12V sind ~42A Nennstrom, die Endstufe wird
man vielleicht auf 100A Dauerstrom auslegen, um Beschleunigungsreserve
zu haben. 100A kriegt man nicht sinnvoll mit einem MOSFET im TO220 oder
TO247 Gehäuse geschaltet. Ich würde mindestens 3 Stück parallel
empfehlen.
>Wie könnte denn so eine Überstromsicherung/begrenzung in meinem Fall>aussehen?
Siehe oben.
Bei 12V sollte man sich einfach eine fetige Endstufe aus dem Modellbau
organisieren. Das die um Größenorndungen einfacher und billiger als ein
Selbstbau als Anfänger.
@ falk
> Ja, ein niederohmiger Shunt.
Das Wort hab ich gesucht ^^
> Bei 12V sollte man sich einfach eine fetige Endstufe aus dem Modellbau> organisieren. Das die um Größenorndungen einfacher und billiger als ein> Selbstbau als Anfänger.
Jap ich schau mich mal. Erstmal klein Anfangen aber ich fands halt
interessant, vll brauch ich demnächst mal ne Lüftersteuerung.
R4K schrieb:> Also statt einem großen mehrere "kleine" MOSFETS um damit die> Beinchen/Zuleitungen nicht schmelzen.
Nö, statt einem dicken mehrere dicke nehmen :-) Ein 400A Curtis
Controller der alten Sorte macht das z.B. mit 8 MOSFet. Aber drei MOSFet
deines Typs sollten hier reichen. Beachte, das die Ampere Angaben im
Datenblatt sagen, das das Limit für das Gehäuse bei 120A liegt.
Allerdings möchtest du auch 120A nicht über ein einziges dünnes
Sourcebeinchen transportieren, sondern auf mehrere verteilen.
R4K schrieb:> Meine Frage wäre jetzt ob das so ungefähr passt
Eher nicht. Ein 500W Motor zieht beim Anlauf (und Blockieren) deutlich
mehr als 42A, eher 420A, und dafür reichen deine MOSFETs nicht.
Also ENTWEDER viel mehr MOSFETs, oder eine schnell wirkende
Strombegrenzung (bewirkt geringere Beschleunigung, wirkt wenn möglich
auch als Kurzschlussschutz), sonst geht er beim ersten Anlauf kaputt.
Wozu ein LogicLevel MOSFET mit satten 8nF
?
Auch nimmt man gerne externe Freilaufdioden weil sich dann
Verlustleistung aufteilt, bei deinen 200Hz aber nicht so ein Problem.
Ein EMI Filter am Motor könnte nötig sein wenn man EMI Vorschrifzen
einhalten will.
Was soll eigentlich due eingezeichnete Relaisspule am oberen MOSFET ?
MaWin schrieb:> Eher nicht. Ein 500W Motor zieht beim Anlauf (und Blockieren) deutlich> mehr als 42A, eher 420A, und dafür reichen deine MOSFETs nicht.
Warum nicht gleich 5000 A? Man braucht doch nur eine Spannungsquelle mit
negativem Innenwiderstand. Damit kann man dann die Amper bis zum
Dammbruch hochskillen.
Wenn man schon eine PWM-Steuerung verwendet, wird man ja wohl nicht mit
einem Tastverhältnis von 1000% anfahren.
m.n. schrieb:> Warum nicht gleich 5000 A? M
Weil ich im Gegensatz zu dir schon mal in Datenblätter von
Gleichstrommotoren geguckt habe, sie in der Hand hatte und mit PWM
geregelt habe bevor ich Antworten zu Themen hier poste.
Du fällst hingegen nur durch Dummschwatz auf, stets ahnungslosen Quatsch
abzusondern.
Sicher ist eine ausreichend leustungsfähige Stromversorgung wie ein Akku
vorausgesetzt, nicht das auf 45A eingestellte Labornetzteil.
m.n. schrieb:> Wenn man schon eine PWM-Steuerung verwendet,
Eine PWM kann den hohen Startstrom nicht verhindern.
Es sei denn, sie ist so schnell, das sie innerhalb
eines PWM-Zyklus abschalten kann. Voraussetzung ist
dann aber eine gewisse Mindestinduktivität im Last-
kreis, da man solch "dicke" FETs auch nicht beliebig
schnell abschalten kann.
Harald W. schrieb:> Eine PWM kann den hohen Startstrom nicht verhindern.
Vor allem will man den Anlaufstrom gar nicht so stark begrenzen daß er
kaum über den Nennstrom hinaus geht, denn dann würde der Motor nur sehr
widerwillig und langsam anlaufen mit wenig Kraft.
Kann man leicht feststellen in dem man einen DC Motor an ein
Labornetztel hängt, das auf passende Spannung und einen Strom knapp über
dem Nennstrom eingestellt ist.
Harald W. schrieb:> Eine PWM kann den hohen Startstrom nicht verhindern.> Es sei denn, sie ist so schnell, das sie innerhalb> eines PWM-Zyklus abschalten kann.
Ich bin davon ausgegangen, daß dieser Hinweis schon beachtet wurde und
mit umgesetzt wird:
Falk B. schrieb:> Es fehlt eine Strommessung und direkt damit verbundene Cycle by Cycle> Strombegrenzung. Die ist bei einer 500W PWM überlebenswichtig.
Damit ist man schon auf der sicheren Seite!
Selbst wenn die PWM-Frequenz 'nur' 200 Hz betragen soll, so ist die
Einschaltdauer bei 1% Tastverhältnis bei rund 50 µs, was auf Grund der
Motorinduktivität nicht zu Überstrom führen dürfte. Mit eine Rampe
angefahren und abgebremst kann der Motorstrom in sicheren Grenzen
gehalten werden. Ich sehe da kein Problem.
Man sollte die Taktfrequenz immer so wählen, dass die Stromwelligkeit
nicht "zu gross" wird, z.B. <20%. Dann bleiben die durch die
Stromwelligkeit bedingten zusätzlichen Verluste im DC-Motor noch im
Rahmen.
Dann kann auch die Stromregelung den Strom problemlos im zulässigen
Bereich halten.
Elektrofan schrieb:> Man sollte die Taktfrequenz immer so wählen, dass die> Stromwelligkeit> nicht "zu gross" wird, z.B. <20%. Dann bleiben die durch die> Stromwelligkeit bedingten zusätzlichen Verluste im DC-Motor noch im> Rahmen.> Dann kann auch die Stromregelung den Strom problemlos im zulässigen> Bereich halten.
Noch einer, der nicht begriffen hat, warum es 16.67 Hz Bahnstrom gibt
(gab).
Zu hohe Frequenzen sind für die Kollektorbürsten von Motoren nicht
besonders gut.
Und was meinst du, macht das Eiseenblechpaket eines Motors mit 20 kHz ?
>Noch einer, der nicht begriffen hat, warum es 16.67 Hz Bahnstrom gibt
Es sind schon länger 16,7 Hz (bei uns).
> Zu hohe Frequenzen sind für die Kollektorbürsten von Motoren nicht> besonders gut.
Bei den in alten Loks verwendeten Reihenschlussmotoren (geblecht, z.T.
mit Kompensations-/Wendepolwicklungen) wechselt der Strom 33,4-mal je
Sekunde die Richtung.
Taktet man eine DC-Maschine mittels PWM und hat dann z.B. 20%
WechselANTEIL, ist das nicht der Fall.
Taktet man aber statt mit diesen 200 Hz mit 2 kHz, ist die Welligkeit
niedriger, der Wechselanteil KLEINER, ergo funkt es dann vermutlich
sogar weniger.
Auf jeden Fall ist dann aber der Effektivstrom des Motors geringer
(gleiches Drehmoment vorausgesetzt, und das wird vom arithmetischen
Strom bestimmt, der nunmal kleiner ist als der effektive).
MaWin schrieb:> Zu hohe Frequenzen sind für die Kollektorbürsten von Motoren nicht> besonders gut.>> Und was meinst du, macht das Eiseenblechpaket eines Motors mit 20 kHz ?
Wie oben schon geschrieben, benutzen die Curtis Controller 15kHz - und
die Jungs haben damit seit vielen Jahren Erfahrung. Das wirkliche
Problem sind dabei nicht die Motoren, sondern die Schaltverluste in den
MOSFet. Bürstenfeuer reduziert man wirkungsvoll mit Feldabschwächung.
MaWin schrieb:
> Was soll eigentlich due eingezeichnete Relaisspule am oberen MOSFET ?
Das soll der Motor (Elektromechanischer Antrieb) sein.
Also wenn man das alles mal n bisschen zusammenfast braucht man auf
jedenfall 3+ MOSFETS parallel, ne Überstromsicherung auf sagen wir mal
300A und man könnte statt 200Hz mal auf 15kHz wechseln, die erfahreneren
machen das sicher nicht ohne Grund.
Dachte halt son 15kHz pfeifen is nich so angenehm weshalb viele die
Frequenz ja auch bei 20kHz+ ansiedeln.
Für den Überstromschutz müsste man sich dann auch noch MOSFETS suchen
die im Linearbetrieb mit der Leistung funktionieren, oder kommt man da
irgendwie rum?
@ R4K (Gast)
>Also wenn man das alles mal n bisschen zusammenfast braucht man auf>jedenfall 3+ MOSFETS parallel, ne Überstromsicherung auf sagen wir mal>300A und man könnte statt 200Hz mal auf 15kHz wechseln, die erfahreneren>machen das sicher nicht ohne Grund.
Back mal DEUTLICH kleinere Brötchen. Bei deinem Wissenstand produzierst
du nur geschmolzenes Silizium am laufenden Band.
>Für den Überstromschutz müsste man sich dann auch noch MOSFETS suchen>die im Linearbetrieb mit der Leistung funktionieren, oder kommt man da>irgendwie rum?
AHA!! Nein! Der Witz einer Cycle by Cycle Überstrombegrenzung ist ja,
daß die MOSFETs immer im Schaltbetrieb arbeiten. Wenn der Spitzenstrom
erreicht wird, wird der PWM-Zyklus abgebrochen. Erst beim nächten
PWM-Start geht es wieder los. Da wird rein gar nichts im Linearbetrieb
gefahren.
Hier habe ich noch einen Motorsteller aus alten RC-Zeiten rumliegen, für
Bürstenmotoren. 120A Spitze, 60A Dauerstrom, bis 25V. Der war noch nicht
mal der Grösste aus dieser Steller-Serie.
Einfach mal nach Schaltplänen für den RC-Bereich suchen. Da kann man
bestimmt was übernehmen, ohne alles neu(modisch neu) zu erfinden.
Blackbird
@ Falk B. (falk)
> Back mal DEUTLICH kleinere Brötchen. Bei deinem Wissenstand produzierst> du nur geschmolzenes Silizium am laufenden Band.
Hat ich vor. Ich hätte halt alles bis zum Treiber schon mal sicher. Und
dann erstmal mit kleineren Lasten testen obs läuft und sich dann
hocharbeiten.
> AHA!! Nein! Der Witz einer Cycle by Cycle Überstrombegrenzung ist ja,> daß die MOSFETs immer im Schaltbetrieb arbeiten. Wenn der Spitzenstrom> erreicht wird, wird der PWM-Zyklus abgebrochen. Erst beim nächten> PWM-Start geht es wieder los. Da wird rein gar nichts im Linearbetrieb> gefahren.
Also zum Beispiel ein Komparator der die Spannung am Gate des unteren
MOSFETS steuert? Dann müsste man nur dafür sorgen das das ganze sich
erst im nächsten Zyklus wieder aktiviert.
@ R4K (Gast)
>Also zum Beispiel ein Komparator der die Spannung am Gate des unteren>MOSFETS steuert?
JA, fast. Der Komparator wirkt nicht direkt auf das Gate sondern auf die
Steuerlogik VOR dem Gate-Treiber.
> Dann müsste man nur dafür sorgen das das ganze sich>erst im nächsten Zyklus wieder aktiviert.
Ja. Der PWM-Start setzt bei den meisten PWM-Controllern ein RS-FlipFLop,
die Überstromsicherung löscht es.
@ Falk B. (falk)
Ok heißt der Controller wird in dem Fall reseted. Der den ich geplant
hatte hat zwar kein explizites Reset aber eine Resetspannung ab der er
abschaltet. Ich würde der Spannungsversorgung dann einen kleinen
Transistor vorschalten der dann gesperrt wird solange zu viel Strom
fließt. Der Neustart dauert zwar relativ lange was allerdings bei der
niedrigen Frequenz keine große Rolle spielen sollte.
@ R4K (Gast)
>Ok heißt der Controller wird in dem Fall reseted.
Keinesfalls. Nur der PWM-Ausgang wird bis zum Anfang des nächsten Zyklus
auf LOW geschaltet. Das ist was ganz anderes! Wenn ich das Licht
ausschalte mache ich doch auch keine Renovierung des Zimmers!
>Der den ich geplant>hatte hat zwar kein explizites Reset aber eine Resetspannung ab der er>abschaltet.
Das ist auch was GANZ ANDERES!
> Ich würde der Spannungsversorgung dann einen kleinen>Transistor vorschalten der dann gesperrt wird solange zu viel Strom>fließt. Der Neustart dauert zwar relativ lange was allerdings bei der>niedrigen Frequenz keine große Rolle spielen sollte.
Murks. Informiere dich zum Thema Cycle by Cycle current limit.
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