Hallo,
nachdem die ersten Schaltungen von mir funktionieren, dachte ich, ich
freunde mich langsam mal mit den fetzigen 3- bzw. 4-Füßlern an.
Eine H-Brücke ist mir zu heftig für den Einstieg, deshalb würde ich
gerne einen diskreten Treiber für einen 5pol-Stepper aufbauen.
Treiber gibt es in anderen Freds ja schon zu Hauf, deshalb möchte ich
weniger einen konkreten Treiber aufbauen, als vielmehr verstehen, wie
man einen solchen dimensioniert, bzw. ausrechnet.
Als Ausgangswert habe ich also einen Motor, Wicklungswiderstand,
zulässige Höchstspannung und zulässiger Strom. Bei einem 5pol Stepper
sind ja alle Windungen zusammen geschlossen, d.h. die bipolare
Ansteuerung ala L298 fällt aus. Andererseits ist es auch wieder so
"einfach", dass man common an V+ hängen und dann die einzelnen
Wicklungen gen Masse schalten könnte (irgendwann würde ich die 4 Treiber
dann mit 4 Pins eines µC ansteuern, aber das ist hier erstmal
nebensächlich).
Konkret hätte ich einen 55SPM25D7 - 4 Watt Eingangsleistung, 12 Ohm/ 11
mH pro Wicklung, 7,5° pro Schritt und wohl bis zu 35V geeignet. Dieser
kann als Beispiel dienen, aber wie gesagt - das Prinzip zu verstehen
wäre mir wichtiger, sodass ich es auch auf einen anderen Motor, oder
andere Anwendung übertragen könnte.
So wie ich die anderen Freds verstanden habe, steuert man einen
Leistungsfet wohl idealerweise mit einer bipolaren Gegentaktstufe an,
die von einem kleineren Fet getriggert wird.
Allerdings habe ich die meisten Empfehlungen, die die Größe der Bauteile
betrafen, als Bauchentscheidungen empfunden, ala: "der Widerstand ist
mir zu groß", oder "die Diode ist mir zu klein" oder "zu langsam" ...
Manchmal las ich auch von Kondensatoren, aber die weiß ich jetzt
wirklich nicht wohin damit.
1. Wie komme ich jetzt auf die Größe der benötigten Dioden, Widerstände
und Transen?
2. Macht es Sinn, den einzelnen Stepperschritt auch noch per PWM zu
steuern, um so die Leistung zu regeln? Also kwasi Common mit PWM
ansteuern und die einzelnen Wicklungen gegen Masse schalten? Wenn ja,
was benutze ich als Messgröße?
Könnten wir vielleich mal einen Treiber zusammen durchrechnen, sodass
ich es auch nachvollziehen kann?
Bin für Erklärungen genauso dankbar, wie für Links, die sich mit der
Berechnung solcher Schaltungen auseinander setzen.
Hallo!
Ich kann dir nur sagen, wie ich das mit meinem 5-poligen Stepper gemacht
habe, der soeben vor mir auf dem Tisch liegt und nach System seine
Runden dreht (90° nach links -> 90° nach rechts -> 180° nach links ->
180° nach rechts).
Ich hab einfach vier Transistoren vom Typ BC548C genommen und schalte
die vier Ausgänge per µC (Atmega32) gegen Masse. COM liegt an +5V.
Funktioniert prächtig.
Grüße
Thomas
Ähm ja, Du hast meinen Beitrag gelesen?
Mit bipolaren Transistoren habe ich auch schon einiges geschaltet.
Ich schrieb, dass ich mich mit FETs anfreunden wollte, also die ersten
Schritte in eine für mich neue Richtung gehen.
Dann schrieb ich noch, dass ich gerne verstehen würde, wie man einen
FET-Treiber berechnet/dimensioniert.
Sorry, ist zwar schön, dass Dein Stepper funktioniert, aber mich bringt
das in keiner meiner Fragen weiter.
Vielleicht hilft ja ein Schaltplan als Diskussionsgrundlage?
Hypothetisch mal angenommen, dass Vcc=5V ist und V+ ca. 35V. So wie in
der Anlage stelle ich mir den Treiber 4 mal vor - also für jede Wicklung
einen.
Wäre das praktikabel, wenn ja, wie lege ich die Schaltung aus?
T1 und R1 entfernen sonst bleibt der Fet durchgesteuert
R2 mit Pin 6 OK verbinden
Zdiode 15V an Basis T2 T3 (begrenzt die G-S Spannung des FET)Datenblatt
Hallo Reinhold,
das war Telegrammstil :)
> T1 und R1 entfernen sonst bleibt der Fet durchgesteuert
Hm, und was mache ich mit der Spannungsdifferenz von Vcc zu V+ ?
Ich kann den 6N135 doch nicht direkt an 35V hängen?!?
> Zdiode 15V an Basis T2 T3 (begrenzt die G-S Spannung des FET)Datenblatt
Das verstehe ich jetzt auch nicht. Dachte, bipolare Käfer werden über
den Strom gesteuert? Was bringt dann eine Z-Diode? Müsste ich nicht eher
einen Kollektor-Widerstand bei T2 einbringen?
>Hm, und was mache ich mit der Spannungsdifferenz von Vcc zu V+ ?>Ich kann den 6N135 doch nicht direkt an 35V hängen?!?>> Zdiode 15V an Basis T2 T3 (begrenzt die G-S Spannung des FET)Datenblatt
Die Z-Diode sorgt dafür, dass der OK nicht mehr als 15V abbekommt.
>Was bringt dann eine Z-Diode? Müsste ich nicht eher>einen Kollektor-Widerstand bei T2 einbringen?
Die Z-Diode sorgt dafür, dass die Basis T2 nicht über 15V geht und so
auch das Gate Q1 nicht mehr als 14,4V abbekommt.
>Das verstehe ich jetzt auch nicht. Dachte, bipolare Käfer werden über>den Strom gesteuert?
Ohne Spannung kein Strom ...
> Die Z-Diode sorgt dafür, dass der OK nicht mehr als 15V abbekommt.> Die Z-Diode sorgt dafür, dass die Basis T2 nicht über 15V geht und so> auch das Gate Q1 nicht mehr als 14,4V abbekommt.
Oh bin ich doof!
Ich habe immer nur von links nach rechts geschaut - aber dem Elektricker
ist ja rechts und links egal. mirvordiestirnschlag
Da muss ich noch viel aufmerksamer werden.
Danke HildeK für die Erleuchtung!
- Dimensioniere ich R2 dann nur für die Z-Diode, oder müssen die
Transistoren auch berücksichtigt werden?
- Brauche ich in der Nähe des FET noch Kondensatoren, oder ist das so
ok?
> Die Z-Diode sorgt dafür, dass der OK nicht mehr als 15V abbekommt.> Die Z-Diode sorgt dafür, dass die Basis T2 nicht über 15V geht und so> auch das Gate Q1 nicht mehr als 14,4V abbekommt.
Nochmal zum OK
an Pin 8 UCC (+5V) anlegen . RL-1 weglassen
sonst wie HildeK beschrieben
> - Dimensioniere ich R2 dann nur für die Z-Diode, oder müssen die> Transistoren auch berücksichtigt werden?
nein nur die Transistoren berücksichtigen, die Z-Diode wirkt wenn der
Schaltvorgang beendet ist
noch einen Widerstand (ca.4R7-47R) zwischen Gate Q1 und Emitter T2,T3
einfügen.Unterdrückt Schwingneigung.
> Konkret hätte ich einen 55SPM25D7 - 4 Watt Eingangsleistung, 12 Ohm/ 11> mH pro Wicklung, 7,5° pro Schritt und wohl bis zu 35V geeignet. Dieser> kann als Beispiel dienen, aber wie gesagt - das Prinzip zu verstehen> wäre mir wichtiger, sodass ich es auch auf einen anderen Motor, oder> andere Anwendung übertragen könnte.
Max Strom durch die Wicklung I= 35V/12R > I=2,9A
Max Leistung P=U x I P=35V x 2.9A P=101,5W
der Motor verträgt aber nur 4W. Also Spannung runter oder den mittelwert
des Stroms durch PWM verringern
Hallo Reinhold,
danke für die ausführlichere Info!
> der Motor verträgt aber nur 4W. Also Spannung runter oder den mittelwert> des Stroms durch PWM verringern
OK, dann war es nicht Kwatsch, dass ich dachte, PWM wäre auch bei
unipolarer Steuerung geeignet.
- Kann ich es so machen, dass ich Common mit PWM takte und mich bei der
PWM nur um die abgenommene Leistung kümmere und die Fets den Steppertakt
schalten, ohne sich um PWM zu kümmern?
- Oder müssen beide Seiten synchron im PWM-Takt geschaltet werden?
- Könnte ich bei Common einen 0,5 Ohm Powerwiderstand zur
Leistungsmessung vorschalten (und den negativen Spannungsabfall dann
z.B. per ADC mit einem atmega ausmessen?)
Falls ersteres praktikabel wäre, könnte man die Schaltfrequenz der Fets
ja als langsam bezeichnen, d.h. es wären wohl kleinere Umladeströme zu
bewältigen.
Wenn ich es richtig verstanden habe, sind die Transistoren ja dafür
zuständig, die Umladeströme (schnell) abzuführen.
Wie kann ich diese denn berechnen, für den Fall, dass ich mal nen echten
Stepper betreiben will (und nicht nur so ein Spielzeugmotörchen).
> - Kann ich es so machen, dass ich Common mit PWM takte und mich bei der> PWM nur um die abgenommene Leistung kümmere und die Fets den Steppertakt> schalten, ohne sich um PWM zu kümmern?
ja
> - Oder müssen beide Seiten synchron im PWM-Takt geschaltet werden?
beide Signale synchronisieren um Schwebungsgereusche zu vermeiden
> - Könnte ich bei Common einen 0,5 Ohm Powerwiderstand zur> Leistungsmessung vorschalten (und den negativen Spannungsabfall dann> z.B. per ADC mit einem atmega ausmessen?)
im Prinzip ja aber es gibt Probleme bei der Pegelanpassung
ATmega misst massebezogen (GND)
> Falls ersteres praktikabel wäre, könnte man die Schaltfrequenz der Fets> ja als langsam bezeichnen, d.h. es wären wohl kleinere Umladeströme zu> bewältigen.> Wenn ich es richtig verstanden habe, sind die Transistoren ja dafür> zuständig, die Umladeströme (schnell) abzuführen.
ja sie laden die G-S und die G-D Kapazität um
Hallo Reinhold,
danke für Deine Geduld und Unterstützung.
>> - Oder müssen beide Seiten synchron im PWM-Takt geschaltet werden?>> beide Signale synchronisieren um Schwebungsgereusche zu vermeiden
Meinst Du mit synchronisieren, dass der schnellere Takt die Flanken mit
dem langsameren Takt gemeinsam (in gleicher Richtung) hat, oder gleiche
Frequenz?
>> - Könnte ich bei Common einen 0,5 Ohm Powerwiderstand zur>> Leistungsmessung vorschalten (und den negativen Spannungsabfall dann>> z.B. per ADC mit einem atmega ausmessen?)>> im Prinzip ja aber es gibt Probleme bei der Pegelanpassung> ATmega misst massebezogen (GND)
Hm - wenn ich die Leistung messen/regeln möchte, müsste ich also Common
auf Masse, bzw. auf den Powerwiderstand legen und die einzelnen
Wicklungen takten?
Puh - das könnte kompliziert werden. Die Pulsweite ist dann ja auch noch
davon abhängig, ob eine oder 2 Wicklungen geschaltet werden. Oder kann
die Regelung so schnell sein, dass man sich bei der PWM-Frequenz nicht
um die Wicklungszahl kümmern muss?!?
Dann würde es wahrscheinlich Sinn machen, die einzelnen Fets mit PWM zu
takten und Common immer offen (also direkt verbunden) zu lassen?!?
Hm, dann kommen wir aber in eine ganz andere Schaltfrequenz bei den
Fets. Höchstwahrscheinlich bräuchte ich dann etwas dickere Transistoren?
So, habe mal die Anregungen in einen neuen Plan einfließen lassen.
Frage: wenn ich den FET mit PWM takte, reicht dann z.B. ein BD137 oder
sollte es besser ein BD245 sein?
Telegramm :-)
R3=0R . Fet wie erste Schaltung. (N-Kanal nehmen IRF9526 ist P)
Von S nach GND Strommesswiderstand einbauen. Für Treiber BC327BC337
nehmen können 1A. PWM Frequenzen ca. 20 kHz wählen.
Hallo Reinhold,
> Telegramm :-)
=8>
Sorry, aba so schnell kannich noch net laufen.
> Fet wie erste Schaltung.
Das war auch ein IRF9520 (also ein P-Kanal) - Du meinst wahrscheinlich
unter der Last?!? Die Diode müsste wahrscheinlich einen Stock tiefer
wandern und zwischen D und S liegen?
Ok, ich soll also einen N-Kanal nehmen - wäre ein BUZ11 akzeptabel?
Alt und naiv hätte ich auch ein paar IRL3803.
> Von S nach GND Strommesswiderstand einbauen.
OK. Kann ich dann alle 4 S zusammen auf einen Strommesswiderstand
führen?
> Für Treiber BC327BC337 nehmen können 1A
Den habbich leider nich. Ich hätte jeweils p- und n-Varianten von BC547,
BD137 und BD245. Wäre dann der BD137 akzeptabel - oder mussich anneren
kaufen tun?
- Wie mache ich jetzt die Ansteuerung? Common fest an V+ und die Fetz im
PWM-Takt schalten, überlagert von der Stepperlogik?
oder
- baue ich 5 Treiber, den für Common als P-Kanal und der erzeugt dann
die PWM-Frequenz, wogegen die N-Kanal-FETs "nur" den Steppertakt
schalten?
und nochmal die Frage nach der Berechnung ;)
Die bisherigen Formeln in diesem Fred sind ja eher Pillepalle und waren
selbst für mich nix neues. Letztlich betrachten die ja den statischen
Fall und den könnte man ohne Übertreibung als trivial bezeichnen.
Mit geht/ging es um die Berechnung des Umschaltvorganges. Ich vermute
mal, dass der Strom rapide ansteigt, je schneller der Schaltvorgang
vonstatten gehen soll. Dann ist er sicher auch von der Last und der
Betriebsspannung abhängig. Irgendwann spielt dann sicher der Widerstand
und die Kapazität des Fetz noch eine Rolle.
Hätte mir jemand vielleicht einen Link, der die Dynamik veranschaulicht
(für Nichtmathematiker bitte :) )? Dürfen auch Näherungsformeln sein.
Möchte nur halbwegs realistisch die Bauteile abschätzen (lernen) können.
Treiber geht auch BD 137
Schaltung : Stepper Common an V+
D1 paralel zur Stepperwicklung
Stepper-L1 an D Q1 (BUZ11)
das 4 mal
S der 4 Fet's verbinden. von der Verbindung Strommesswiderstand an GND
Dimensionnierung Schaltvorgang:
Am besten mit LTspice simulieren >forum
Näherungsweise:
Einganskapazität des FET aus Datenblatt ermitteln
gewünschte Schaltzeit Tan
G-S Spannung für gewünschte Ron
I treiber=Cein * Ugs / Tan
BS: Itr =2nF * 15V / 300ns
Itr =0,1A
Der Treiber muss diese 100mA liefern Können.
ich nehme für solche Schaltungen fertige IC's :-)
Hallo Reinhold,
danke für Deine Unterstützung.
> D1 paralel zur Stepperwicklung
... dann war die im ersten Plan doch richtig? - ok.
> Schaltung : Stepper Common an V+> ... das 4 mal
also einfachere HW, kompliziertere SW :)
OK, dann werd ich mich mal ran machen.
> Näherungsweise:
Ich glaube, jetzt hast Du den gordischen Knoten zerschlagen. Danke.
Bin inzwischen auch die appnote-Seiten von IR gestolpert. Dort war auch
einiges zu lesen, was mir weiter geholfen hat.
Habe den Treiber mal auf dem Steckbrett ausprobiert - scheint soweit
i.O. zu sein. Wenn ich jetzt die nötigen Schaltströme kalkulieren kann,
kann ich auch entsprechende SMD-Varianten für die zu erstellende Platine
aussuchen.
> Dimensionnierung Schaltvorgang:> Am besten mit LTspice simulieren >forum
Das Forum kenne ich zwar, musste aber erkennen, dass LTspice und die
entsprechenden Linux-Teile nicht für so einfach gestrickte Mausschubser,
wie meinereiner, geeignet sind.
Die meisten Bauteile muss man sich noch selbst konfigurieren - und wenn
ich nichtmal die Bedeutung der Parameter verstehe, kann ich nicht
erwarten, dass bei der Simulation was brauchbares rauskommt.
Da kann ich mit den mathematischen Formeln noch mehr anfangen ;)
In einem Fred habe ich auch mal einen Treiber gesehen, der sogar das
Wohlwollen von Benedikt K. erhielt, leider finde ich den Fred nimmer.
Gibt einfach zuviele zu dem fetzigen Thema.
> ich nehme für solche Schaltungen fertige IC's :-)
Yo - wenigstens einmal will ich so einen Treiber diskret aufbauen, weil
ich die Zusammenhänge verstehen lernen will. Die analogen Bauteile sind
mir noch lange nicht geläufig und ich denke, es hilft auch,
Seiteneffekte bei der Verwendung von ICs zu verstehen.
Ich habe mir schon ein paar Mal was aus ICs zusammengepinnt und war dann
off socks, als es nicht im Geringsten so tat, wie erwartet. Ein Freund
hat mir dann erklärt, dass in den ICs ja auch nur Transistoren, FETs und
andere Basisbausteine drin sind.
Die jetzigen Anwendungchen sind selbstgestellte Aufgaben auf dem Weg zu
einer größeren Anwendung (die aber im Augenblick noch viel zu komplex
für mich ist). Später setze ich dann gerne auch fertige Treiber-ICs ein.
Welchen IC würdest Du empfehlen?
Hallo,
ich schau gerade, was beim großen R so erhältlich wäre und bei der D1
bin ich etwas unsicher.
Betriebsspannung soll ja in meinem Beispiel 35 V sein.
Jetzt fand ich einmal die P6SMB 36A, die hat aber eine V_br_min von
34,2V wäre damit wohl nimmer zu gebrauchen?!?
Die SM6T 39CA hat eine V_br_min von 37,1V.
Reicht das als Sicherheit, oder nimmt man größere Sicherheitspuffer?
> ich schau gerade, was beim großen R so erhältlich wäre und bei der D1> bin ich etwas unsicher.> Betriebsspannung soll ja in meinem Beispiel 35 V sein.> Jetzt fand ich einmal die P6SMB 36A, die hat aber eine V_br_min von> 34,2V wäre damit wohl nimmer zu gebrauchen?!?> Die SM6T 39CA hat eine V_br_min von 37,1V.> Reicht das als Sicherheit, oder nimmt man größere Sicherheitspuffer?
Der Strom der Wicklung fliest im Abschaltaugenblick durch die Diode.
für diese Anwendung brauchst du schnelle Dioden. Strom 3A Sperrspannung
ca.70V
z.B.MR852 bei R
Hallo Reinhold,
> Der Strom der Wicklung fliest im Abschaltaugenblick durch die Diode.> für diese Anwendung brauchst du schnelle Dioden.
Schon klar.
Bei der P6SMB schreiben die was von 1 ps Antwortzeit. Das könnte man
doch auch als schnell bezeichnen?!?
Leider hat der Meister 'R' die 70V Variante nicht im Sortiment.
> Strom 3A Sperrspannung ca.70V
Ah jetzt ja: also Spannung doppelt und Strom einfach nehmen?
> z.B.MR852 bei R
Hm - das wäre aber normale Bauform. Dergleiche hätte ich im Fundus (z.B.
auch die verwendete BYW29). Wenn ich das näxte Mal einkaufe, hätte ich
lieber in SMD investiert (Mit den Eckdaten scheint das nicht ganz
einfach zu werden).
Habe mir den Treiber nochmal in Ruhe angeschaut und dann bin ich zu dem
Schluss gekommen, dass ein OK ja wenig Sinn macht, wenn ich andererseits
den Messwiderstand direkt zum µC führe ...
Die invertierte Logik fand ich auch suboptimal, deshalb hier nochmal ein
Versuch. Ich habe das am Steckbrett ausgetestet, die Schaltspannung für
den Fetz ist schon durch das Lieblingspärchen reduziert.
Brauche ich die Z-Diode dann trotzdem noch?
> Brauche ich die Z-Diode dann trotzdem noch?
nein wenn die Eingansspannung 5V ist.
verbinde Kathode D4 mit U+ und Anode mit D Fet (Parale zur Wicklung)
> nein wenn die Eingansspannung 5V ist.
Danke.
> verbinde Kathode D4 mit U+ und Anode mit D Fet (Parale zur Wicklung)
Oups - sorry, hattest Du ja schonmal gesagt. Hatte ich vergessen
abzuändern.
Danke für's erinnern.
Der LM324 ist sicher rausgeschmissen - ich habe allerdings so viel von
den Teilen, dass ich fast damit handeln könnte :)
Anbei der Treiber mal komplett.
Habe doch noch eine Diode bei Mister 'R' gefunden: MURS320
Hoffe, dass die ok ist.
