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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Denkfehler bei PWM mit MOSFETS?


Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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Hallo,

ich habe 2 Membranpumpen über 2 MOSFETs nach angehänger Schaltung 
angeschlossen und lege zum Regeln ein PWM-Signal auf die Gates über IC 
7667 Bausteine.
Da die Pumpen 12 V-Modelle sind, ist bei 26 V Spannung ja theoretisch 
ein maximales Tastverhältnis der PWM von 0,5 (ja, dann kommen 
theoretisch 13 V raus, aber die dürfen ruhig da sein) erlaubt.
Gesagt getan, PWM mit µC so programmiert, mit Oszi überprüft und 
angeschlossen, doch folgendes Problem tritt auf:

Die Pumpen laufen mit wesentlich höher Drehzahl, als wenn ich sie direkt 
mit einem Labornetzteil mit 13 V versorge. (bei Tastverhältnis der PWM 
von 0,5)
Ich kann zwar über Änderung der Pulsbreite die Drehzahl verändern, aber 
trotzdem ist diese zu hoch!?
Um ungefähr die gewünschten Drehzahlen zu erreichen muss ich 
merkwürdigerweise das Tastverhältnis verkleinern
Wo könnte der Denkfehler liegen?


PS: Wenn einer fragt, warum 2 Treiber nötig sind: Damit bei 
abgeschaltetem µC nicht auf einmal die Pumpen anlaufen.

Autor: A. K. (prx)
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Doppelte Spannung => doppelter Strom => vierfache Leistung.
Also PWM auf 25% begrenzen.

Freilaufdioden sind hoffentlich drin?!

Warum eigentlich 2 Stück 7667 hintereinander? Lässt sich die PWM-Logik 
im µC tatsächlich nicht unkehren?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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A. K. schrieb:
> Doppelte Spannung => doppelter Strom => vierfache Leistung.
> Also PWM auf 25% begrenzen.

Das gilt bei Motoren nicht wirklich: Durch die Induktivität erhält man 
ein Schaltnetzteil, d.h. bei 50% PWM ergibt sich die halbe Spannung und 
somit die halbe Drehzahl.
Der einzige Unterschied ist, dass wohl eben aufgrund der obigen Aussage 
der Wicklungswiderstand nicht so stark eine Rolle spielt, und somit die 
Drehzahl in der Praxis vor allem bei hoher Belastung doch etwas höher 
ist, als beim Betrieb an der entsprechenden Gleichspannung.

Autor: A. K. (prx)
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Benedikt K. schrieb:

> Das gilt bei Motoren nicht wirklich: Durch die Induktivität erhält man
> ein Schaltnetzteil, d.h. bei 50% PWM ergibt sich die halbe Spannung und
> somit die halbe Drehzahl.

Dachte mir auch schon dass es nicht so einfach ist, aber umgekehrt gilt 
das eben auch nicht, d.h. doppelte Spannung und halbe PWM ist keineswegs 
neutral, wie sich hier zeigt.

Ich bin bei Motoren nicht so der Spezialist, aber kann man die abgesehen 
vom Wicklungswiderstand wirklich als reine Induktivität betrachten, oder 
spielt die Last doch auch eine gewisse Rolle?

> Drehzahl in der Praxis vor allem bei hoher Belastung doch etwas höher

"...mit wesentlich höher Drehzahl".

Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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A. K. schrieb:
> Warum eigentlich 2 Stück 7667 hintereinander? Lässt sich die PWM-Logik
> im µC tatsächlich nicht unkehren?

Wie schon erwähnt: Falls das µC-Board ausfällt, würden bei nur einem 
Treiber die Pumpen anlaufen, da es sich um N-Kanal MOSFETs handelt.

Wegen der Pumpendrehzahl heißt es wohl Trial und Error, oder lässt sich 
mit den Motorkenndaten relativ einfach abschätzen, wie hoch der 
"Schaltnetzteil"-Faktor ist?

Nochmal für Dummies: Die Induktivitäten des Motors lassen aus der 
Schaltung quasi einen Hochsetzsteller werden? Würden dicke Kondensatoren 
reichen um das Schauspiel einzugrenzen?

Autor: David Madl (md2k7)
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Nur am Rande:

Andreas Kramer schrieb:
> Wie schon erwähnt: Falls das µC-Board ausfällt, würden bei nur einem
> Treiber die Pumpen anlaufen, da es sich um N-Kanal MOSFETs handelt.

Was ist mit einem Treiber und nem Pull-Up an den Eingang?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andreas Kramer schrieb:

> Wegen der Pumpendrehzahl heißt es wohl Trial und Error, oder lässt sich
> mit den Motorkenndaten relativ einfach abschätzen, wie hoch der
> "Schaltnetzteil"-Faktor ist?

Wie hoch ist deine Taktfrequenz? Um einen nahezu konstanten Strom und 
somit einen runden Lauf des Motors zu erreichen, sollte die Frequenz bei 
typischen Motoren bei >1kHz.

> Nochmal für Dummies: Die Induktivitäten des Motors lassen aus der
> Schaltung quasi einen Hochsetzsteller werden?

Ein Tiefsetzsteller.

> Würden dicke Kondensatoren reichen um das Schauspiel einzugrenzen?

Kondensatoren sollten zwischen 26V und Masse sowieso vorhanden sein. 
Direkt am Motor haben Kondensatoren nichts zu suchen (außer eventuell 
irgendwas im unteren nF Bereich zur Entstörung).

Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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@David Madl:
Wenn ich noch einen Platz auf dem Board finde, geht das evtl. noch ;)
So wollte da jemand mit Platz sparen und Ordnung glänzen...

@Benedikt K.:
Die Frequenz liegt bei 1,17 kHz. Müssen die Kondensatoren irgendwo im 
Stromkreis zwischen 26 V und Masse liegen, oder einfach nur parallel zu 
MOSFET und Motor oder nur MOSFET? Und was sollte bei max. 16 W Leistung 
pro Pumpe ausreichen?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andreas Kramer schrieb:
> Die Frequenz liegt bei 1,17 kHz.

Das ist eventuell etwas niedrig. Erhöhe mal die Frequenz ob das 
eventuell eine Verbesserung bringt.

> Müssen die Kondensatoren irgendwo im
> Stromkreis zwischen 26 V und Masse liegen, oder einfach nur parallel zu
> MOSFET und Motor oder nur MOSFET?

Die Kondensatoren sollten möglichst nahe zwischen +26V Anschluss zum 
Motor und Source vom Mosfet liegen, um die pulsförmige Stromaufnahme 
durch die PWM zu glätten.
Freilaufdioden parallel zum Motor hast du verbaut?

Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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Hallo,

im angehängten Bild sieht man noch einmal gut, warum eine Freilaufdiode 
verwendet werden sollte, mein Problem bezieht sich aber auf die 
Schwingungen im Nicht-Puls-Teil.
Vermutlich sind das die Kommutierungen des DC-Motors. Bisher läuft meine 
PWM, wie schon erwähnt, bei 1,17 kHz. Der Motor hat bei 12 V eine 
Nenndrehzahl von 2115 1/min, macht theoretisch rund 35 Hz. Seltsam, dass 
trotzdem etwas mit größerer Frequenz als das PWM-Signal rückkoppelt.
Wie hoch sollte die PWM-Frequenz in etwa sein?

Gruß

Andreas

Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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Irgendwie scheint er das Bild nciht laden zu wollen, daher hier nochmal.

Autor: Ben (Gast)
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oha, schöne negative spitze im abschaltmoment. ob die mosfets das auf 
dauer so schick finden?

die wellen vor und nach dem impuls sehen aus wie die von motor erzeugte 
generatorspannung.

Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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Nein, leider hat ein MOSFET eben schon aufgegeben, allerdings, weil ich 
Du**el die Freilaufdiode verkehrt herum drin hatte. Nun ist er dauerhaft 
leitend. :-/ Ich probiere nun aber die 2. identische Schaltung zu 
retten.

Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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Mittlerweile hat sich herausgestellt, dass aus Versehen das PWM-Signal 
mit 117 anstatt 1170 Hz lief. Ich habe es jetzt auf 1,8 kHz hochgesetzt, 
mit dem Effekt, dass ein schönes Fiepen entsteht und das PWM-Signal wie 
im Anhang aussieht.
Daher noch einmal meine Frage:
Wie groß sollte ein Kondensator dimensioniert werden und wo zur Glättung 
geschaltet werden?
Zwischen 26 V und Source des Mosfets sind 470 µF geschaltet.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Hallo Andreas!

Überschlagsmäßig läßt sich der Kondensator wie folgt berechnen:

Q=C*U=i*t  ==> C=i*t/U

wenn man für U (Spannungseinbruch) 1V setzt
und i=1A und t(Einschaltzeit) 1ms erhält man 1000uF

Allerdings sollte der Elko eine HF Type sein und weiters auch den 
Ripple-Strom vertragen (Datenblatt nachsehen).

Grüße

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