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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Brücke Dimensionierung / Schaltfrequenz


Autor: Torsten T. (stromverbieger)
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Hallo Community!
Mein erster Beitrag hier.
- Ich habe die Suche benutzt, jedoch nicht so richtig das passende 
gefunden, mehr so einen allgemeinen Überblick gewonnen.

Folgendes:

Ich möchte bei einem Roboterarm die Motoren direkt ansteuern können.

Motordaten: Brushed DC (Maxon A-max) mit 24 VDC Betriebsspannung bei ~ 
30 W

Vergleichbar etwa mit 110963 von http://tinyurl.com/yf6jeyc

Frage 1: Welche H-Brücke wäre hierfür geeignet ? Als Eingang soll das 
TTL-Signal einer Mikrokontrollers dienen, Ausgangsseitig 24V bis knapp 
2A steuern können und natürlich möglichst verlustarm sein. Gibt ja 
einige fertige Bridge-IC, allerdings sind einige viel zu groß 
(Leistungsmäßig)  dimonsioniert. Da ich insgesamt 7 Motoren steuern 
muss, wäre auch eine Lösung gut, wo das berücksichtigt ist. Habe bereits 
das TLE6284G von Infineon mir angesehen, wie gut ist das?

Frage 2: Bei den oben gegebenen Motordaten suche ich die geeigneste 
PWM-Frequenz, sind da f > 20 kHz das Richtige ?

MfG Stromverbieger

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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> Bei den oben gegebenen Motordaten...

..kann die optimale PWM-Frequenz nicht genannt werden. Diese ist 
abhängig von der (elektrischen) Zeitkosntanten des Motors. Also von 
T=L/R des Ankers.

PS: lt deinem Link ist diese Zeit etwa 100µs. Also sollte die PWM (mMn) 
kleiner 10kHz bleiben...

>bis knapp 2A steuern können

Kommt auf deine Regelung an. Wenn der Motor blockiert ist, fließt der 
Strom, den die Brücke zulässt. Also wenn du eine (unterlagerte) 
Ankerstromregeleung hast, dann weißt du welcher Strom max. fließt. Sonst 
solltest lieber (als SPitzenstrom) den Blockierstrom ansetzen...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Matthias Lipinsky schrieb:

> PS: lt deinem Link ist diese Zeit etwa 100µs. Also sollte die PWM (mMn)
> kleiner 10kHz bleiben...

Die Schlussfolgerung geht genau in die falsche Richtung: Damit der Strom 
gleichmäßig ist, muss die Frequenz >10kHz liegen.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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> Die Schlussfolgerung geht genau in die falsche Richtung: Damit der Strom
> gleichmäßig ist, muss die Frequenz >10kHz liegen.

Du hast recht. Ich multipliziere meine Antwort mit -1.

Autor: Torsten T. (stromverbieger)
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Hab mich auch verrechnet, bin ja nur vom nominalen Strom ausgegangen, 
laut Datenblatt brauch ich ja bereits 3 A um das Anlaufmoment 
aufzubringen. Denke daher, 10 A wären da schon sinnvoll, um notfalls ein 
paar Reserven zu haben. Sollte mit aktuellen MOSFETs ja durchaus machbar 
sein.

Welche H-Brücken kommen da in Frage bzgl. Schaltfrequenz / 
Verlustleistung ?

Autor: MaWin (Gast)
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> Welche H-Brücken kommen da in Frage

BTS7741 von pollin.de.

Schaltfrequenz ist nicht vom Motor anhängig, dessen Induktivität glättet 
nur den Strom, sondern von den Schaltverlusten in den Transistoren der 
H-Brücke. Man geht gerne über 25kHz, damit man das Pfeifen nicht hört, 
un der BTS schafft das, aber Motoren arbeiten auch mit 100Hz gut.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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MaWin schrieb:

> Schaltfrequenz ist nicht vom Motor anhängig, dessen Induktivität glättet
> nur den Strom,

Aber was ist wenn der Strom seine Richtung umkehrt, aufgrund der langen 
Ausschaltdauer? Man ist relativ frei mit der Wahl, die Untergrenze die 
durch die Motorwicklung bestimmt wird, sollte man aber einhalten.

> Man geht gerne über 25kHz, damit man das Pfeifen nicht hört,
> un der BTS schafft das,

Das Datenblatt sagt was anderes: PWM frequencies up to 1 kHz

> aber Motoren arbeiten auch mit 100Hz gut.

Nicht wirklich. Dadurch beschleunigt und bremst der Motor 100x pro 
Sekunde was zu einem deutlich ruckelnden Lauf führt. Ein paar kHz sollte 
man mindestens verwenden.

10-25kHz sind für diesen Motor daher schon ok. Deutlich höher sollte man 
allerdings nicht gehen, da ansonsten die Verluste im Eisen stark 
ansteigen.

Hier ist eine schöne Seite mit der Theorie dazu:
http://homepages.which.net/~paul.hills/SpeedContro...

@Torsten
Das was als Starting current im Motordatenblatt angegeben ist, ist 
vermutlich der maximale Strom den der Motor benötigt. Ein 3A 
Motortreiber wie der L6205 sollte daher ausreichen.

Autor: Gast (Gast)
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Der L6205 ist gut, mein Favorit ist jedoch der L6203, der sich besser 
löten und mit Kühlkörpern versehen läßt. Preiswert + robust.

Die Schaltfrequenz sollte oberhalb der Hörbereiches liegen (>16kHz), was 
die meisten Treiber BTS..., VNH... nicht schaffen.
Den hohen Anlaufstrom und Bremsstrom vermeidet man, wenn man per PWM mit 
20% beginnend auf 100% Tastverhältnis hoch- bzw. runterregelt. Die Zeit 
dafür kann 0,2-0,5 Sekunden betragen, ohne daß dies zu lange dauern 
würde.

Autor: Gast (Gast)
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Ergänzung:
Beim L6203 brauchst Du für jeden Motor ein Stück davon; der L6205 könnte 
zwei DC-Motore ansteuern.

Und noch etwas: laß die enable-Eingänge konstant auf aktivem Pegel. Die 
PWM-Signale müssen auf IN1 oder IN2 gelegt werden - je nach 
Drehrichtung. Enable zu takten ist zwar einfacher, regelt aber den 
Motorstrom und damit das Drehmoment und nicht die Drehzahl!
Enable zu takten ist dann sinnvoll, wenn z.B. ein Schrittmotor betrieben 
wird, um den max. Strom zu begrenzen (chopper).

Autor: Toralf Wilhelm (willi)
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Benedikt K. schrieb:
> MaWin schrieb:
>
>> Man geht gerne über 25kHz, damit man das Pfeifen nicht hört,
>> un der BTS schafft das,
>
> Das Datenblatt sagt was anderes: PWM frequencies up to 1 kHz
>
-> BTS 7700G/7710G bis 50KHZ
Wenn man die beschaffen kann, kann ich die nur empfehlen! Sind fast 
"unkaputtbar" haben einfachste Außenbeschaltung, sind klein, werden kaum 
warm, lassen sich simpelst mit zwei Pins (1xPWM und 1X Richtung) 
ansteuern.
Gruß Willi

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Gast schrieb:
> Ergänzung:
> Beim L6203 brauchst Du für jeden Motor ein Stück davon; der L6205 könnte
> zwei DC-Motore ansteuern.

Oder man schaltet beide Kanäle vom L6205 parallel für mehr Strom, bzw. 
weniger Verluste:
http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/9944.pdf
Der Vorteil den ich beim L6205/6 gegenüber dem L6201/2/3 sehe ist die 
eingebaute Strombegrenzung.
Das einzige Problem bei der Strombegrenzung ist, dass diese nur die 
Highside FETs überwacht. Schließt man z.B. den Motor über die Lowside 
FETs kurz um zu bremsen, bekommt man das IC wunderbar kaputt. Dies gilt 
leider für die meisten ICs, wie auch für die BTS77xx.

Autor: Gast (Gast)
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>Schließt man z.B. den Motor über die Lowside
>FETs kurz um zu bremsen, bekommt man das IC wunderbar kaputt.

Darum verwende ich zumeist Start-Stopp-Rampen per PWM. Ein einfacher 
Drehgeber auf der Motorachse gibt mir zudem die Position, sodaß kurz vor 
dem Ende der Fahrt schon die Geschwindigkeit verringert werden kann.

Bei einem Roboterarm ist eine sanfte Bewegung sicherlich auch sehr 
sinnvoll.

Bei einem SMD-Layout ist der 05 sicherlich besser zu handhaben. Das 
Multiwatt11-Gehäuse ist gut per Hand zu bestücken und bringt schon einen 
(Teil-)Kühlkörper mit.

Autor: Toralf Wilhelm (willi)
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mit den BTS kann man auch die High Seite zum bremsen nehmen, die ist 
dann sehr wohl Strom/Temp. geschütz. Klar bekommt mann die alle 
irrgendwie kaput.
Gruß Willi

Autor: Gast (Gast)
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@Willi
Wenn ich in das Datenblatt des BTS7700G sehe, sehe ich Ein-Aus-Zeiten 
von typ. 75µs bzw. 60µs für die oberen FETs. Das Teil ist gegenüber den 
L620x eine lahme Krücke.
Die 50kHz PWM beziehen sich wohl nur auf die unteren FETs.
Es gibt auch chipintern keine eingebaute Totzeit zwischen den Treibern.
Die BTS-Teile sind vermutlich gut, wenn man sich ein Auto bauen möchte 
:-)

Und wenn man die Teile kaufen möchte: wo und zu welchen Preis?
Die L6203 gibt es für 3,75 bei Angelika (u.a.).

Autor: Toralf Wilhelm (willi)
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Zum Thema kaufen, hab ich ja schon etwas gesagt. Die High Fets sind 
eindeutig nicht PWM geeignet, die Low Fets aber schon. Es drehte sich 
jetzt mehr oder weniger um das bremsen bei gleichzeitigem 
Überstromschutz.
Ansonsten: ich habe 2x BTS7710G in meinem Speedboot verbaut, die werden 
mit einem Mega8 angesteuert. Die Motoren verbraten bei 3 Lipos 
(12,3Vmax) und Volllast ca 15A, das verkraften die Endstufen ungekühlt, 
da wird nichts auch nur mehr als handwarm. Der erste Aufbau war mit 2 
diskreten H-Brücken, also je 4 Fets + div. Hünerfutter zur Ansteuerung. 
Wenn ich den Aufwand mit den BTS vergleiche, macht es für mich keinen 
Sinn das diskret zu machen. Muß halt jeder seinen eigenen Weg finden.
Gruß Willi

Autor: Torsten T. (Gast)
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Hallo!
Melde mich dann auch mal wieder. So wie ich das sehe benötige ich 
Lowside-FETs, um eine Schaltfrequenz > 20KHz hinzubekommen. Damit sollte 
die Bewegung des Roboterarms ausreichend glatt sein.

Autor: Thomas Kusch (Gast)
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Hallo!

Ein wenig Offtopic.. weiss jemand eine andere Bezugsquelle für die 
BTS7741? Die üblichen habe ich schon durch (schukat, bürklin, farnell), 
leider ohne Erfolg. Ist der überhaupt RoHS?

Gruss
Thomas

Autor: Thomas Kusch (Gast)
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Hallo!

Frage zu RoHS hat sich erledigt!

Gruss
th

Autor: Torsten T. (Gast)
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Update:
Läuft zur Zeit mit dem LMD 18201 T, da dieser schnell über das 
Materiallager der Uni zu beziehen war. Dank Bootstrap-Kondensatoren auch 
bis Schaltfrequenzen >> 20 kHz.

Weiterhin befindet sich ein TLE 5205 von Infineon im Zulauf, dieser 
bietet noch weitere Fehlerkorrekturen.

Derzeit geht es daran, einen Mikrokontroller auf PWM zu programmieren, 
dies sei jedoch an anderer Stelle diskutiert.

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