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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Dimensionierung MOSFET induktive Last (BLDC Motorsteuerung)


Autor: Dan Mee (dangio)
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Hallo Forenmitglieder,

ich hoffe Ihr könnt mir weiterhelfen.
Mein Problem:

Ich bin gerade dabei eine H-Brücke für eine BLDC Motorsteuerung zu 
dimensionieren.Das alles im PWM betrieb.

Motor: Typ SYM-36-25ZS
Vmotor: 36 V


Nun weiß ich nicht genau wie man die Spitzenspannung die der MOSFET 
aushalten muss ausrechnet, die aufgrund der Induktivität (Motorwicklung) 
induziert wird.

Danke im Voraus

Autor: ArnoR (Gast)
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Bei einer H-Brücke fließt die rückgespeiste Energie über die 
Rückwärtsdioden der MOSFETs (oder parallele externe) in die 
Stützkondensatoren der Versorgung der H-Brücke. Die Spannung, die die 
FETs aushalten müssen ist daher etwa Betriebsspannung plus etwa 2V.

Autor: Dan Mee (dangio)
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Wäre es auch möglich die induzierte Spannung an die Spannungsquelle 
zurückzuspeisen ?

Autor: ArnoR (Gast)
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Genau das passiert doch.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Bei einer BLDC Ansteuerung hat man keine H-Brücken, sondern eher 3 
Halbbrücken. Wie ArnoR schon sagt, fließt der Strom im Freilauf durch 
die MOSFET Dioden oder (besser, weil weniger Verlustleistung) in die 
entsprechend synchron zu den Dioden eingeschalteten MOSFETs.

Der Motor wirkt in dem Moment wie eine Stromquelle. Das heißt: In dem 
Moment, wo der Motor sich im Freilauf befindet, aber die internen MOSFET 
Dioden noch nicht leitend wurden (Vielleicht 100 Nanosekunden) versucht 
der Motor den Strom aufrecht zu erhalten. Demzufolge steigt die Spannung 
sehr schnell.

Üblicherweise (Habe bisher keine andere Info?) betreibt man den Motor im 
Slow-Decay Modus. Das bedeutet, dass der Motor im Freilauf durch eine 
Diode + 1 MOSFET (oder 2 MOSFETs) quasi kurzgeschlossen wird. Dadurch 
fließt eigentlich kein Strom in Richtung Versorgungsspannung.

Spannungsspitzen hat man bei Bürstenmotoren sehr stark, da hier die 
Motorwicklungen immer "hart" umgeschaltet werden ohne einen Freilaufpfad 
zu haben. Dadurch entstehen hohe Spannungen, die man auch als 
Bürstenfeuer sehen kann.

Wie ArnoR jetzt aber auf genau 2V kommt ist mir schleierhaft ;-)

Autor: Dan Mee (dangio)
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Viele Dank für eure Antworten.

Ich habe nun folgende Schaltung für meine BLDC Motor aufgebaut

Nach meinen Überlegungen habe ich folgende Daten:

- 4x12V Akku -> 48 V (bei frisch geladenen Akku etwa 60 V)
- Für den Strom habe ich Imax = 60 A (Bei Vollast oder beim einschalten)
- Außerdem habe ich geachtet, dass Rds(on) möglichst klein bleibt

Folgenden Mosfet habe ich ausgesucht:

PSMN013-80YS

Ist dieser Mosfet dafür geeignet ?

@Simon: Ich denke Arnor hat die 2 V von den 2x 
Freilaufdiodenschwellenspannungen

Autor: Faris Dschanini (farisdschanini)
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Hallo zusammen,

wie kann ich die Spannung eines BLDC-Motors steuern?
gibt's es BLDC mit nur 2 Anschluessen, die man an eine H-Bruecke 
anschliessen kann?

Ich weiss, dass der BLDC Hallsensoren hat, die fuer Kommutierung sorgen, 
dennoch will ich zusaetlich die Versorgungsspannung einstellen koennen, 
sodass ich den Motor auch rueckwaerts treiben kann..ist das moeglich?

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Faris Dschanini schrieb:
> dennoch will ich zusaetlich die Versorgungsspannung einstellen koennen,
> sodass ich den Motor auch rueckwaerts treiben kann..ist das moeglich?

Öh, einen 3-Phasen BLDC lässt du dadurch rückwärts laufen, das du 2 
Phasen vertauschst (Hallsensor Schema muss natürlich umgeschaltet 
werden). Da muss an der Betriebsspannung gar nichts geändert werden.

Faris Dschanini schrieb:
> wie kann ich die Spannung eines BLDC-Motors steuern?

Indem du die Halbbrücken nicht voll durchsteuerst, sondern mit PWM 
modulierst. Je kleiner das Tastverhältnis der PWM ist, desto weniger 
effektive Spannung 'sieht' die Motorwicklung.

Dan Mee schrieb:
> - 4x12V Akku -> 48 V (bei frisch geladenen Akku etwa 60 V)
> - Für den Strom habe ich Imax = 60 A (Bei Vollast oder beim einschalten)
> - Außerdem habe ich geachtet, dass Rds(on) möglichst klein bleibt
>
> Folgenden Mosfet habe ich ausgesucht:
>
> PSMN013-80YS

Das wird knapp - dein IMax seien 60A und du suchst dir einen MOSFet aus, 
der exakt diese 60A kann. Es ist der Lebensdauer der Endstufe sehr 
zuträglich, die Endstufe auf deutliche höhere Ströme zu dimensionieren, 
vor allem, wenn der Motor beim Anfahren Widerstände (E-Mobil etc.) 
überwinden muss.
Geeignet wäre der o.a. MOSFet, wenn du einige parallelschaltest oder 
z.B. gleich welche wie den IRFB3207 nimmst.

: Bearbeitet durch User
Autor: MaWin (Gast)
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Dan Mee schrieb:
> Ist dieser Mosfet dafür geeignet ?

Nein, er hält nur 42A aus statt deiner 60A. Ich würde so einen BLDC auch 
nur mit shunt zur Strommessung und sinuskommutierung betreiben, damit 
Überstrom sicher ausgeschlossen werden kann.

Faris Dschanini schrieb:
> gibt's es BLDC mit nur 2 Anschluessen, die man an eine H-Bruecke
> anschliessen kann?

Ja, Lüftermotoren und manche Schallplattenspieler. Was soll der Unsinn? 
Wenn dir 3 Drähte zu viel sind, nimm dir einen 
Permanentmagnet-Gleichstrommotor, den kannst du dann auch durch Umpolen 
rückwärts laufen lassen.

Die gibt es auch mit 3.6kW.

Autor: Steffen Warzecha (derwarze)
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Bewährt bei solchem Motor hat sich der IRF3808. Bei den geringen 
Preisunterschieden der MOSFETs besser überdimensionieren.
Keinesfalls bei der Brücke die Kondensatoren direkt an den 
Spannungsanschlüssen der Brückentransistoren vergessen. 100-470nF 
Keramik und mindestens 470µF paralell an jedem Brückenpaar. Ohne diese 
lebt die Brücke nicht lange.
Richtungswechsel geht aber nicht, solange der Motor ordentlich arbeiten 
soll, wie immer mal wieder behauptet einfach durch Umpolen der 
Leitungen. Das muss der ansteuernde Controller machen.
Anschluß dieses Motors U-gelb, V-grün, W-blau, Sensoren genauso.

Autor: eScoot (Gast)
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Hallo zusammen,

wenn ich mich nun für den IRF3808 entschieden habe, wie berechne ich 
denn dann die maximalen Verlustleistungen, die ich benötige um den 
Worst-Case -Fall abzuklären und um zu schauen wie es mit einem 
Kühlkörper aussieht (Kühlkörper Berechnung)?
Danke schon mal für die Antworten :)

Autor: eScoot (Gast)
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Achso vllt noch kurz zu den Daten:

Verwendet wird wie oben erwähnt der Motor SYM-36-25ZS

Max. Spannung Drain zu Source 54,6V
Max. Strom ID=60A

Wie groß darf ich denn die PWM-Frequenz wählen, damit die Stromrippel 
nicht zu groß werden? 50kHz?

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