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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM für sehr großen Motor


Autor: Andreas (Gast)
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Hallo zusammen,

langsam beginnen wieder die warmen Sommertage und ich wohne leider im 
Dachgeschoss, daher muss eine regelbare Belüftung her. Ich habe einen 
Ventilator von einem Auto-Kühler aufgetrieben (12V Gleichstrommotor mit 
mind. 150W !!) und möchte den per PWM steuern.

Ich habe auf einem Stück Punktraster einen Versuchsaufbau mit einem 
ATtiny2313, einem TC4469 als Treiber (war noch in der Bastelkiste) und 
einem n-Kanal MOSFET IRL3803 aufgebaut. Das Mosfet Gate ist direkt mit 
dem Ausgang vom Treiber verbunden. Das scheint bisher gut zu 
funktionieren, der Fet erwärmt sich mit einem kleinen Kühlkörper im 
Betrieb auf ca 100°C. Als Stromquelle dient ein PC Netzteil.

Ich frage mich jetzt wie ich diesen Aufbau noch verbessern kann, bzgl 
Funkstörungen, Entlastung der Komponenten, reduzierung des PWM Pfeifens 
im Motor. Momentan verwende ich FastPWM mit etwa 500Hz, bei weniger 
verreckt das Netzteil, ab 2KHz steigen die Verluste im Transistor 
merklich an.

Vielleicht kann ja jemand aus dem Forum etwas dazu beitragen.

Bilder liefere ich die Tage noch nach

mfg, Andreas

anbei: Links zu Datenblättern
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21425b.pdf
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irl3803.pdf

Autor: Frank (Gast)
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Freilaufdiode verwendet?

Autor: Bastl (Gast)
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>..erwärmt sich mit einem kleinen Kühlkörper im Betrieb auf ca 100°C

Das ist viel! Vielleicht einen Fet mit niedrigerem Rds_on nehmen...


> bei weniger verreckt das Netzteil
hört sich nach einem zu schwachen Gerät an.

Ob die 500Hz ausreichend sind, weiß ich nicht. Wenn du ein Oszi hast, 
beobachte damit mal den Strom durch den Motor. Er sollte nicht bis auf 
Null zurückgehen, sonst hast du den diskontinuierlichen Betrieb, was 
auch im Hinblick auf Störungen schlecht ist. Falls er es doch tut, dreht 
die PWM-Frequenz auf.

Das der Fet durch höhere Frequenzen wärmer wird ist eine Folge der 
Schaltverluste. Deshalb einen Gate-Treiber einbauen, damit der Fet 
möglichst schnell an und ab geschaltet wird.

Autor: oszi40 (Gast)
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Solange die Dachziegel bei Sonne 70 Grad erreichen, wird fleißige 
Zirkulation wenig helfen. Isolation + Außenrollos wären eine Lösung.

Frag mal die Suchmaschine nach: Werso Dachfenster Rolladen

Autor: Andreas (Gast)
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Freilaufdiode sollte zwar bauartbedingt im FET integriert sein aber ich 
probiers trotzdem mal aus.

Zum Netzteil: ist ein normales PC Netzteil mit 25A an 12V, das sollte 
langen. Hat nur die hässliche Eigenschaft sich beim kleinsten Anzeichen 
eines Kurzschlusses abzuschalten. Und ein stehender Lüfter mit immerhin 
800 gramm schwerem Rotor ist ein quasi-Kurzschluss :-)

@Bastl:
Was meinst du mit Gate-Treiber? Hab doch schon den TC4469 verbaut, der 
müsste als Treiber eigentlich reichen.

Hat eigentlich jemand Erfahrungen mit diesem Bauteil als MOSFET Treiber? 
Könnte ich einen zweiten FET an den Treiber hängen und parallel 
schalten?

Ansonsten schonmal Danke für die Tipps

mfg, Andreas

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andreas schrieb:
> Freilaufdiode sollte zwar bauartbedingt im FET integriert sein aber ich
> probiers trotzdem mal aus.

Nein!
Das ist keine Freilaufdiode. Eine Freilaufdiode liegt immer über der 
Last.
Das erklärt auch warum der Mosfet heiß wird, wenn er konstant 50V 10A 
Impulsen verheizen muss.

Autor: avion23 (Gast)
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- 10Ω zwischen Treiber und Gate
- Masseführung ist in Ordnung?
- Freilaufdiode: NICHT die im mosfet, sonder über den Lüfter nach Vcc!

Zum Anlaufen: Der strom bricht nicht ab, wenn die Frequenz hoch genug 
ist. Also rauf mit der Frequenz (wenigstens zum anlaufen) und Duty Cycle 
nicht auf 100%, eher so 20% - 50%. Dann bricht auch das netzteil nicht 
zusammen.

Autor: Andreas (Gast)
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So, Freilaufdiode eingebaut

WTF - der MOSFET ist jetzt kalt, könnte man fast ohne Kühlkörper 
betreiben. Auch hat sich das Ansprechverhalten des Motors radikal 
geändert, lässt sich jetzt viel linearer steuern.

@Benedikt K.
    RESPEKT!

Mit einem so extremen Effekt hätte ich jetzt nicht gerechnet. Wo kann 
man die technische Erklärung dazu nachlesen?

mfg, Andreas

Autor: Karl (Gast)
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Die Motorwicklung hat eine Induktivität die sich bekanntlich gegen 
schnelle Stromänderungen mit Induktion wehrt. Sei froh, dass dein FET 
noch lebt.

Autor: Andreas (Gast)
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Ist mir jetzt auch aufgefallen: Die parasitäre Diode im Fet bringt in 
dem Fall tatsächlich nix. Während der Fet sperrt hängt eine Leitung der 
Last ja quasi in der Luft.

Die IRL3803 scheinen äußerst robust zu sein, hab mir vor nem Jahr mal 5 
Stück geholt und schon für allerlei Schaltungen genutzt, bisher haben 
alle überlebt.

Achja, ratet mal was jetzt warm wird.
Hab mittlerweile eine dicke 6A Gleichrichterdiode verbaut, die hält :-)

schönen Abend noch

mfg, Andreas

Autor: Karl (Gast)
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Das lässt darauf schließen, dass die Freilaufdiode warm wird? Nimm eine 
schnelle Schottky-Diode, die am besten auch die 10 A kann. Die Diode 
muss den selben Strom führen können wie der FET und hat dazu noch nicht 
dessen niedrigen RDSon. Alternativ einen 2. FET zum Freilaufen 
verwenden, dann bleibts auch schön kühl...

Autor: HildeK (Gast)
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>Die Diode
>muss den selben Strom führen können wie der FET und hat dazu noch nicht
>dessen niedrigen RDSon.
Schon, allerdings nur sehr kurz - i.A. viel kürzer als der FET auch bei 
kleinem Tastverhältnis angeschaltet ist. Deshalb wird auch die mittlere 
Verlustleistung kleiner bleiben. Den Strom muss sie auch nicht ganz 
können, lediglich als periodischen Spitzenstrom.
Allerdings: schnell sollte sie schon sein.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Mit einem so extremen Effekt hätte ich jetzt nicht gerechnet. Wo kann
>man die technische Erklärung dazu nachlesen?

Der Motor (Induktivität) erzeugt Spannungsspitzen im Abschaltmoment, die 
ohne Freilaufdiode oder anderweitige Begrenzung die Fähigkeiten 
(spannungsmäßig) des Mosfets übersteigen können. Er geht dann in den 
Avalanchebetrieb über (bricht also durch, wird leitend), wo er die 
Überspannung verheizt. In der Regel gehen Mosfets dabei nicht kaputt, 
wenn man's nicht übertreibt. Bei vielen Mosfets ist im DB angegeben, was 
er max. verheizen darf.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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HildeK schrieb:
>>Die Diode
>>muss den selben Strom führen können wie der FET und hat dazu noch nicht
>>dessen niedrigen RDSon.
> Schon, allerdings nur sehr kurz - i.A. viel kürzer als der FET auch bei
> kleinem Tastverhältnis angeschaltet ist. Deshalb wird auch die mittlere
> Verlustleistung kleiner bleiben. Den Strom muss sie auch nicht ganz
> können, lediglich als periodischen Spitzenstrom.

Falsch.
Der Strom ist genauso hoch wie der Strom durch die Mosfets, solange die 
PWM Frequenz ausreichend hoch ist (was sie immer sein sollte, damit der 
Motor rund läuft). Der Strom wird langsam kleiner, aufgrund der Verluste 
in der Motorwicklung und der Diode. Im Mittel (bei 50% Tastverhältnis) 
ist der Strom aber genauso groß wie durch die Mosfets. Der Strom fließt 
nämlich für die komplette Zeit in der der Mosfet ausgeschaltet ist! Die 
Verlustleistung in den Dioden ist also bei kleinem Tastverhältnis sogar 
größer als die im Mosfet.
Von daher ist eine aktive Freilaufdiode aus einem zweiten Mosfet ideal.
Dazu kann man einen Halbbrückentreiber wie den IR2111 verwenden. Am 
besten schließt man den Motor zwischen Vcc und Ausgang der beiden 
Mosfets an, denn durch die Bootstrapschaltung des oberen Mosfets kann 
dieser nicht zu 100% an bleiben. Wenn der obere Mosfet also nur als 
Freilaufdiode dient, ist die auch garnicht mehr notwendig: Wenn der 
obere 100% an sein soll, ist der untere zu 100% aus, was den Motor 
anhält.

Autor: Andreas (Gast)
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So, mit Schottkydiode aus einem alten Schaltnetzteil ist jetzt Ruhe. Als 
nächstes machen sich dann die unterdimensionierten Leiterbahnen 
bemerkbar^^
Ohne Begrenzung direkt an 12V zieht der Lüfter übrigens 22A.

@Benedikt K.

Nicht schlecht. Wusste garnicht dass man n-Kanal Fets so einfach als 
High-Side Switch einsetzen kann. Gibts den IR2111 auch als 
Vollbrückentreiber, bzw zwei davon in einem Gehäuse?

mfg, Andreas

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andreas schrieb:
> Gibts den IR2111 auch als
> Vollbrückentreiber, bzw zwei davon in einem Gehäuse?

Ja: z.B. die HIP408x besitzen 4 Mosfettreiber, also 2 Halbbrücken, bzw. 
eine Vollbrücke. Es gibt auch eine 6 Treiber Version für 3 Halbbrücken.
Diese sind allerdings etwas teurer und schwerer beschaffbar, daher ziehe 
ich 2x IR21xx vor.
Man könnte die Treiber auch diskret aus ein paar Transistoren aufbauen, 
aber ich würde fertige Treiber empfehlen, denn dadurch hat man weniger 
Bauteile und somit weniger Fehlerquellen.

Autor: Redegle (Gast)
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HIP4081A kostet ca. 5-8Euro und ist bei RS erhältlich.
Conrad und Reichelt führen die nicht.

Der ist zwar teuer hat aber eine einstellbare Todzeit.

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