Hallo,
für einen BLDC Controller möchte ich den Kondensator für den
Zwischenkreis bestimmen. Ohne Kondensator gibt es eine Rippel? Spannung
von ca. 5 Volt bei einem Maximalstrom von 160 Ampere. Angesteuert wird
der BLDC mit 20 kHz PWM.
Nach welchen Kriterien muss ich jetzt den Kondensator auswählen? Worauf
muss ich im Datenblatt achten? Kann mir jemand hier auf die Sprünge
helfen und eventuell ein Beispiel zeigen?
Danke!
Aus den Angaben bisher keiner.
Eingangsspannung?
Vermutlich Netzspannung, wenn nicht anders angegeben.
Welche Frequenz hat der Sinusinverter?
Welche Spannung hat der Zwischenkreis?
48V, 400V, 600V
Welche Drosseln und Kondensatoren sind im im und um den Zwischenkreis?
Die PWM von Zwischenkreis ist ja gegeben.
Welches Taktverhältnis oder Nennspannung des BLDC-Motors?
Schaltplan von dem vorhandenen Zwischenkreis?
Peter schrieb:> Spannung> von ca. 5 Volt bei einem Maximalstrom von 160 Ampere.Peter schrieb:> Sorry. Es geht um 18 Volt aus einem Akku.
Hmmm, und hat sich der Strom auch in den paar Minuten geändert?
Ein Zwischenkreis wie bei Umrichtern für Motore ist das aber nicht. Du
scheinst den BLDC-Treiber direkt an einen 18V Akku anzuschliessen.
Ripple machen dem nicht viel aus, es sei denn ein Überstromschutz oder
Unterspannungsschutz schlägt dadurch zu früh zu.
a) Du brauchst Low-ESR Elkos.
b) C proportional zu Imax mal t durch U_Ripple. Da wirst Du ettliche µF
insgesamt brauchen.
c) Gesamteingangsfilter würde ich aus C-L-C aufbauen.
Der Ripple wirkt sich auf das Drehmoment aus welches durch den Rippel
stark schwankt. Deshalb wollte ich es stabilisieren. Beim öffnen eines
Akku-Schrauber fand ich 820uF am Eingang der Steuerung und auf dem Oszi
findet mein kein Rippel. Wenn ich es mit 1000 uF Elko versuche bewirkt
es aber nichts.
Wenn allerdings der Versuch mit den 1000µF unbekannten ESR auf dem Oszi
im AC-Modus, so dass die Schwingungen deutlich größer dargestellt
werden, nicht wenigstens eine kleine erkennbare Änderung ergab, dann
hast Du noch ein Layout-Problem.
Ein glättender C muss nahe bei den Treiberstufen mit den Mosfets sein.
Peter schrieb:> Aber nur beim Nachbau bricht die Spannung so ein!
Dann mach mal Bilder von beidem und/oder such nach Unterschieden.
Probleme könnten z.b. zu dünne/zu lange Kabel, schlechte
Verbindungen/Stecker, schlechtes Layout usw. sein.
An welcher Stelle hast du den GND Anschluss vom Oszi? Wie hoch ist der
Spannungsabfall über den Zuleitungen? Bricht die Spannung direkt an den
Akku Anschlüssen auch zusammen/ hat Ripple?
Unterschiede finden ist schwer, da die gekaufte natürlich komplett
eingegossen ist.
Den Oszi habe ich an + sowie GND an - des Akkuanschlusses angesteckt,
also ja die Akku-Spannung bekommt bereits diesen Rippel. Beim gekauften
habe ich an der gleichen Stelle gemessen, da sah es perfekt aus.
Ansonsten sind alle Kabel auch gelötet, keine Stecker. Kürzere
Akku-Zuleitung habe ich auch probiert, ohne Erfolg.
Du hast bei Werkzeugakkus einen Innenwiderstand von 10 - 20mOhm zu
erwarten.
Dazu kommen nochmal, je nach Qualität der Verdrahtung und der
Zellenverbinder, einige Milliohm.
Ja, 820µF habe ich im Akkumaschinen auch schon gesehen.
Ich denke um den Rippel wirklich zu senken wirst Du Kondensatoren wie
Oscon o.ä. einsetzen müssen.
140- 160A verspricht derzeit nur Milwaukee mit seinen dreilagigen Akkus.
Und gerade die haben neben einem Strommesswiderstand von einem Milliohm
und einem Mosfet zum Abschalten nicht gerade überragende
Zellenverbinderwelche bei über 100A deutlich warm werden.
Metabo und Bosch sind an dieser STelle wesentlich besser aufgestellt.
Es ist tatsächlich ein METABO Akku. Trotzdem sehe ich egal was für ein
Kondensator keine Änderung. Ich verwende den DRV 8350 zum ansteuern im
Synchron Betrieb. Bedeutet, wenn der obere MOSFET schließt öffnet in der
Zeit der untere der gleichen Phase um die Freilaufströme abzubauen.
Peter schrieb:> Wie würde sich eine knapp zu kurze Totzeit auswirken? Ist es evtl. ein> wirklich kurzer Kurzschluss?
kann man so sehen, ist halt ein Kurzschluss über beide Mosfets, also
hast du noch deren paar mOhm Widerstand zusätzlich. Dann sollte aber der
Stromverbrauch sehr hoch sein (auch im Leerlauf) und die Mosfets
eventuell warm werden.
Mache eine richtige Meßtabelle auf.
Strom Riple
160A 5V
100A ....
50 A ....
Dann folgender Aufbau:
Akku----*-----ZuLeitung----*-------Motortreiber
C1 C2
Und dann messe über C1 und dann auch über C2 mit dem Oszi auf Ripple.
Und Foto vom gesamte Meßaufbau.
Der Leerlauf ist eigentlich gut. Bei 2 kHz ist ein „Rumpeln“ zu hören.
Heiß wird das ganze System jedoch schon. Gerade im hohen Strombereich.
Habe auch größere MOSFETs probiert, da löst bei wenig Strom die
Stromabschaltung aus.
Verwendet werden von TI https://www.ti.com/product/CSD18511KTT oder
CSD18536KTT. Bei letzterem kommt der Überstromschutz.
Peter schrieb:> Habe auch größere MOSFETs probiert, da löst bei> wenig Strom die Stromabschaltung aus.
Das spricht wirklich für Überlappung der Leitzeiten.
Einfach zu prüfen - oder was meintest Du mit "Oszi"?
K. S. schrieb:> Bilder von beidem und/oder such nach Unterschieden
Das ging mir auch durch den Kopf.
Zuerst dachte ich, der Elko sei zu weit weg vom Akku,
+ gleichzeitig eine Überstromfehlfunktion am laufen,
und der Ripple einzig das Resultat dessen (fallende
Klemmenspannung bei steigenden Stromwert (Spannungs-
abfall am R_i), dann erreichen der Abschaltschwelle,
und alles von vorn...)
Aber angeblich sollen die Leitungen ultrakurz sein?
Die letzten zwei Antworten bitte befolgen, und...
Peter schrieb:> Wie soll ich C1 und C2 Dimensionieren?
Können ca. gleich sein (aber bei bis zu 160A würde
ich jeweils bis 4700µF oder gar höher gehen, nicht
unbedingt als letzter Schluß (auch wenn "fertig"),
aber zum Test jedenfalls).
Tobias M. schrieb:> Ich glaube nicht, dass man einen normalen> Schrauber Akku mit 160 Ampere belasten sollte.
Ich auch nicht - würde mehrere parallel schalten.
Ich versuche mal mit dem Oszi die Schaltzeiten zu prüfen von zwei
MOSFET.
Habe die Akkuleitung mit 5cm angelötet aber ohne Änderung. ELKO über
Akkuanschluss an der Platine und vor dem Motortreiber, auch hier keine
Änderung.
Aber es ist sicher nicht schlicht der Lastverlauf:
Puck meint(e):
> und der "Ripple"(#) einzig das Resultat fallender> Klemmenspannung bei steigenden Stromwert wegen des> Spannungsabfalls am R_i?
(#) also das Oszibild nicht Ripple (= der Spannung
und dem Lastverlauf höherfrequent_überlagert also),
sondern... ebendieser Lastverlauf, ob beabsichtigt
oder durch Überstrom wie zuerst oben beschrieben?
Puck schrieb:> Aber es ist sicher nicht schlicht der Lastverlauf?
Denn bei so starker Überlastung (hoher R_i relativ zum
ziemlich hohen Strom) könnte es durchaus zusammenpassen.
Mache ein Bild von dem Aufbau und stelle das hier rein. Wenn Du Deine
Platine nicht zeigen willst, dann lege es so aus (oder schneide es ab),
dass man noch sieht, wie die Plus- und Minus-Leitungen zu den Geräten
verlaufen.
Akku----*-----ZuLeitung----*-------Motortreiber
C1 C2
| |
--- ---
Bei dem Aufbau darf die Leitung schon etwas Widerstand haben. Wenn dann
nicht der Ripple wenigsten schwächer über C1 ist, dann ist noch etwas
ganz faul, oder ich denke da an einen Fehler ;) ;o) ;) (da lache ich
mich heute noch kaputt, wie man auf solche Idee kommt).
Wie gesagt, habe ich mit diversen Kondensatoren probiert ohne jeglichen
Erfolg. Daher jetzt der Verdacht der Totzeit? Ist auf 100ns eingestellt.
Wie verhält sich die Gate Ladung von MOSFETs bei höheren Strömen?
Wenn bei dem Aufbau, siehe 25.11.2019 21:14, nicht wenigstens der Ripple
an C1 kleiner als an C2 ist, stimmt der Aufbau nicht. Also mache ein
Bild vom Messaufbau oder Du bist als Troll entlarvt.
Dieter schrieb:> Troll entlarvt.
Was ist eigentlich dein Problem? Wenn du es nicht glaubst was ich
versuche, dann lass es einfach sein. Ich bin dankbar für jeden Tipp und
Rat, da ich mich einfach auch weiter entwicklent will und dazu gehört es
auch schwierige Aufgaben zu lösen aber das generve mit Troll usw. ist da
wenig hilfreich.
Diverse Test mit Kondensatoren direkt am Akku-Anschluss an der Platine
sowie direkt vor den MOSFET oder "über" High und Low Side bringen
keinerlei Veränderung.
Das Bild im Anhang zeigt die aktuelle Platine. Blau und Rot sind die
Lagen für + und -, schwarz eingezeichnet die Postionen der Kondensatoren
wo ich es probiert habe, jedoch keine Änderung bemerke.
Da ich bei den stärken MOSFET mit höher Gateladung öfter Probleme mit
dem Überstromschutz habe und bei den kleineren dieser auch unregelmäßig
(ich dachte erst es wäre ein Problem wenn die MOSFET zu heißt werden),
vermute ich stark ein Problem mit einer zu kurzen Totzeit. Aktuell 100
ns. Würde das zum einbrechen der Spannung passen?
>Würde das zum einbrechen der Spannung passen?
Weiß nicht,
aber laut Datenblatt kann die DEAD_TIME bis auf 400ns eingestellt
werden.
Versuchen und schauen, welche Auswirkung.....
VG Walter
Vorschlag: In die Zuleitung zu einer Halbrücke (low-side) Widerstand von
1 mOhm löten. Bei zu kleiner DEAD_TIME müsse hier die "Kurzschlüsse" zu
sehen sein, auch bei z. B. 5 A Motorstrom....
VG Walter
Bei 160 A reicht ein Widerstand von 31,25 mOhm, um den Spg.-Abfall von 5
Volt zu erzeugen. Wie groß ist der Widerstand (ESR) der Kondensatoren,
die du benutzt hast.
Weiterhin: Auf dem PCB ist off. eine Strommessung vorhanden, im
Schaltplan finde ich diese nicht.
Welchen Strom misst dieses Teil?
VG Walter
Es ist ein ACS758E verbaut welcher Low-Side verbaut ist und den Strom
aller Drei Low-Side Treiber zu GND misst. Habe diesen Sensor aber auch
mal gebrückt um den auszuschließen, ohne Änderung.
Ich kann an den Sensor auch ein Oszi anschließen und den Tiefpass
entfernen und mir in Echtzeit (begrenzt durch die Sensor bandbreite von
120kHz) den Strom anzeigen lassen. Sollte ich da etwas sehen?
>Sollte ich da etwas sehen?
Glaube nicht. Wenn die 100 nSek Totzeit zu kurz sind, dann kann der
Kurzschluss 10 nSek dauern, da siehst du bei einer Bandbreite von
120kHz nichts.
Was seltsam in deinem gezeigten Osz. ist:
Es erfolgt eine schlagartige Entlastung, die Spg. springt von ca. 13 auf
ca. 18 Volt. Dies kann nur durch Abschalten einer großen Induktivität
passieren.
VG Walter
Nein Oszi läuft von links nach rechts. Ich habe nocheinmal alle Daten
der EVM-Kits zum DRV8350 geprüft und zu meinem Design. Unterschiet ist
das VGS der MOSFET. Im EVM Kit von TI werden MOSFET mit 2,6V VGS
eingesetzt, meine haben 1,8V VGS. Der DRV8350 erkennt automatisch ob VGS
weit genug abgesungen ist, starten dann die Sicerheit der eignestellen
Totzeit und zündet. Leider findet man nichts im Datenblatt zum
Schwellwert der VGS.
>Nein Oszi läuft von links nach rechts.
OK.
Was ist mit der Dynamik der "Freilaufdioden" in deinen FETs.
Ist die Dynamik diese spezifiziert?
Wie sieht dies im Vergleich zu den von TI eingesetzten FETs aus?
Zu langsame Freilaufdioden würden dein Osz.-Bild erklären.
VG Walter
Die MOSFET im EVM-KIT sind durch die Reihe "langsamer". Nur VGS ist
höher als bei meinen. Zum Beispiel setzt TI den CSD19535KTTT ein, ich
den CSD18511KTTT.
Habe jetzt die aus dem TI EVM Kit bestellt zum testen und die Frage nach
der VGS Schwelle auch mal an TI weitergegeben. Ich Berichte sobald ich
es probiert habe.
Habe jetzt mal IRF540 MOSFET probiert rein zum Test. Auch da ist das
Ergebnis nicht wirklich anders.
Walter L. schrieb:> Es erfolgt eine schlagartige Entlastung, die Spg. springt von ca. 13 auf> ca. 18 Volt. Dies kann nur durch Abschalten einer großen Induktivität> passieren.
Was meinst du, könnte sie große Induktivität sein?
Was mich wunder, dass die Spannung so langsam fällt und sich sprungartig
erholt, auch wenn scheinbar nicht weiter kommutiert wird. Ein Problem
mit der Totzeit kann das ja auch fast nicht sein, oder?
Wirklich komplett zu ist die Halbbrücke nie, wenn der obere MOSFET
schließt, öffnet der dazugehörige untere, es sind also dann kurzzeitg
zwei untere MOSFET geöffnet. Ein unterer MOSFET bleibt aber immer
komplett offen.
Peter schrieb:> Dieter schrieb:>> Troll entlarvt
Naja da war ich etwas zu schnell mit der Vermutung.
Aber wenn eine Zuleitung mit zwei Kondensatoren nicht wenigstens
akkuseitig eine Abschwaechung der Rippel ergibt, sind entweder die Elkos
nicht so gut, oder ein Messfehler, zB ueber die kapazitive Schleife der
Erde.
Zehn 100er statt einem 1000er uF Elko haetten einen besseren ESR.
Einen Messfehler würde ich bald auschließen da ich ja am original
Controller auch einfach an Akku + und Akku - Messe. Zumindest ist also
die Messemthode die gleiche. Werde nur mehrere kleine Kondensatoren in
die Zuleitung bringen.
Leider kann ich den Effekt der längeren Totzeit nicht testen. Das
scheint mir aktuell das größte Problem. Mit den "kleineren" MOSFET läuft
der Motor bis zur maximal Last, mit hohen Rippel aber es schafft es,
auch wenn er dabei fast abstirbt. Ab und an springt der Überstromschutz
an oder im Abschaltmoment schalten die MOSFET unkontrolliert (der Motor
Springt).
Mit "größeren" MOSFET erreicht der Motor bei weitem nicht mehr die
maximal Kraft. Bei ca. 30 % ist Schluss da der Überstromschutz anspricht
und die MSOFET unkontrolliert schalten (Motor springt). ICh kann dann
den Abschaltstrom erhöhen wie ich möchte, der Motor erreicht nicht mehr
Kraft.
Aber wie würde dass zu der schalgartigen erholung der Spannung passen
aus dem Oszi-Bild?
Peter schrieb:> Sollte dahin gestellt sein, da das orignal Gerät und mein Nachbau die> gleiche Achse drehen.
Braucht der Controller keine Treiberstufen für die Mosfets? Wenn die
Mosfets zu langsam geschaltet werden hast du quasi Kurzschlüsse bei so
kurzer Totzeit.
Das müsste man aber an einem erhöhten Strom gegenüber der
Originalsteuerung sehen.
Ja, zeigt das Bild auch.
Bei 100A spielt das Layout wieder eine groessere Rolle. Normalerweise
gibt es mit langer Zuleitung und ordentlichen vielen uF sm Akku dort
wenig zu sehen.
Habe mir jetzt nocheinmal das Schaltverhalten Highside und Lowside
angesehen von Drain zur Source. Dabei fällt auf, dass die MOSFET
definitiv nicht mit 100 ns oder wie sogar im Datenblatt erwähnt mit 3 -
6 ns schalten. Teilweise sehe ich Flanken von bis zu 10 us. kann ich das
irgendwie beeinflussen?
Hier noch das Oszibild dazu. Gemessen wurde von Highside Gate gegen GND
(Oszi ist nicht galvanisch getrennt am GND Anschluss) und Lowside Gate
gegen GND.
Weiterer seltsamer Punkt, laut Datenblatt:
The high-side gate drive supply voltage is
generated using a doubler charge-pump architecture that regulates the
VCP output to VVDRAIN + 10.5-V.
IMG-4715.jpg und supply.jpg-1230x0.jpg müsste in IMG-4715.jpg gelb bei
25Volt liegen. Bei dir fehlen 5 Volt.
VG Walter
Peter schrieb:> Dabei fällt auf, dass die MOSFET> definitiv nicht mit 100 ns oder wie sogar im Datenblatt erwähnt mit 3 -> 6 ns schalten.
3 oder 6 ns könntest du mit einem 25MHz-Oszi auch gar nicht nachweisen.
Die Eigenanstiegszeit deines Oszis ist schon langsamer.
die 1µs kann dein Oszi aber ohne weiteres - wenn es korrekt verwendet
wird.
Ich finde seltsam finde, dass die steigende Flanke der gelben Kurve
grade mal aus vier Messpunkten zu bestehen scheint, die durch lineare
Interpolation miteinander verbunden sind. Kann es sein, dass du die
Messung erst mit einer "groben" Zeiteinstellung aufgenommen hast und
dann nachträglich hineingezoomt hast? Das würde erklären, wieso du nur
eine geschätzte Abtastrate von 2MS/s hast, und damit lassen sich
natürlich auch keine Flanken von <100ns bewerten. Wenn die Messung so
stattfand wie von mir vermutet, dann führe sie nochmal durch aber
diesmal gleich mit einer hohen Zeitauflösung.
Achte dabei auch darauf, dass du einen Tastteiler 1:10 verwendetst und
dass der GND-clip des Tastteilers mit einer kurzen Leitung dort
angeschlossen ist, wo das Referenzpotential zu deinen Messspannungen
anliegt (also z.B. direkt an der Source des Lowside-FET).
Nach genauerem Anssehen der Kommutierung, fällt auf, dass beim
Ausschalten vom Low und Anschalten von High das Problem auftrifft. Laut
Kommutierungstabelle gibt es aber so einenw echsel nicht.
Im Datenblatt des Mosfeet Ugs max 20V.
Wenn Cgs 7nF habe, dann erreiche dieser bei 1A die 1V in 7ns. Dann
waeren es 20V in 140ns, mit 50mA dann in 2.8μs. Nur mal so grob
geschaetzt waere das.
Zu meines Onkels Zeiten gab es noch fuer das Oszi
Spannungsteilertastkoepfe, bei denen war dann auch die Erdung ueber
mindestens 1MOhm getrennt. Luxusversion war mit Polaritaetstauscher.
Ich habe nochmal das Oszi angeschlossen da mich das mit der Kommutierung
sehr verwirrt. Bild IMG_4717 (Tastkopf an Gate Highside MOSFET, GND
Anschluss an Source). Man sieht sehr sauber die Ansteuerung des MOSFET.
Bild IMG_4716 (Tastkopf an Gate des gleichen MOSFET, GND an GND). Hier
sieht es so aus als würde der MOSFET irgendein Fehlsignal erhalten?
Das Bild waere ein Indiz fuer Layout-Probleme, also
EigenEMV-Unvertraeglichkeit. Langes Suchen und auf den grossen
Glueckstreffer hoffen, oder alles nochmal neu von Anfang an.
Wenn ich am Original die Motorwicklung gegen GND messe (an die MOSFET
komm ich nicht ran), zeigt sich jedoch das gleiche Bild wie mein
vermeintlicher Fehler. Scheinbar nur mit dem Unterschied, dass dort die
LOW-Side bereits aus ist und bei mir nocht nicht und somit ein
kurzchluss entsteht.
Peter schrieb:> Hier> sieht es so aus als würde der MOSFET irgendein Fehlsignal erhalten?
Nein: du siehts hier Artefakte, weil du dein Oszi falsch bedienst.
In der Messung von 8:34 Uhr glaubst du langsame Flanken zu sehen weil
die Abtastrate deines Oszis viel zu niedrig war.
Und in der Messung von 11:29 Uhr betrachtest du Artefakte, weil dein
Oszi auf Equivalent Time Sampling eingestellt war und du zwei Messkurven
"zusammenmischst", die nicht zueinander gehören. Diese Sprünge sind
nicht real auf dem Signal vorhanden, du erzeugst sie durch die Nutzung
von Equivalent Time Sampling bei der Messung von nicht wiederholenden
Signalformen.
Zu deiner letzten Messung: drücke am Oszi auf Acquire, und stelle im
Sampling-Menue auf Real Time um. Dann wirst du diese Sprünge bei
weiteren Messungen nicht mehr sehen.
Zur Messung von 8:34 Uhr: miss nochmal mit einer vernünftigen
Zeiteinstellung (also nicht erst mit 100µs/Div messen und danach auf
500ns/Div reinzoomen). Dann wird deine Flanke wahrscheinlich anders
aussehen (das hatte ich dir oben schon empfohlen.)
Artefakte sind es keine, egal was ich einstelle, es sieht immer wieder
so aus. Muss vom SChalten der anderen MOSFET kommen, wie gegsat auch am
original Controller sieht das am Motor so aus. Die Flanken passen auch
so, wenn ich den Strom erhöhe erreiche ich 100 ns, egal ob ich direkt
mit 100 ns Messe oder mit 1 ms und dann rein zoome.
Das Problem ist jedoch nach wie vor, dass es da einen Kurzschluss gibt.
Ich vermute eher, dass es sich um das Umschalten der Spulen handelt.
Warum ich es zwischen Gate und GND sehe kann ich mit jedoch unklar.
Zwischen Source der Highside und GND ist es auch zu sehen.
Ich muss mich korrieren, hab nochmal bei 200 ns Interval gemessen, jetzt
sind keine Kurzschlüsse mehr zu erkennen. Nur noch beim umschalten? der
Spule wo das eine Peak kommt. Das scheint sich bis zum Gate
durchzumogeln.
supply.jpg-1230x0.jpg
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