BLDC - aktiver Freilauf

Niemand eine Idee ?

Überlege mal genau was hier bei deinem konzept passiert.
In dem moment in dem Deine Freilaufansteuerung kommt,
liegt an beiden Motorphasen das gleiche Potential desshalb
bleibt dein Motor hängen.

Dein Screen Shot ist ziemlich verwirrend, ich habe mal versucht
damit klar zu kommen,sehr schwer, weil man nicht durchgängig
von jeden Signal sicher den Pegel identifizieren kann.
Ich habe mir die Sache noch mal in Ruhe angeschaut.
Wenn ich Dein Diagramm richtig interpretiere hast Du auf der
Low-Side Deine PWM und schaltest die entsprechend der Drehrichtung
gehörende High-Side dazu, ohne PWM.
Nun passiert bei Dir hier folgendes: nehmen wir an an WL = PWM
ab der ansteigenden Flanke des Ansteuerimpulses liegt an diesem
Motoranschluss GND, im gleichen Moment hast du die UH = Motorspannung
anliegen, es kann ein Strom fießen von UH über Motorspule über WL,
soweit alles in Ordnung.
Gehst Du nun aber hin und schaltest die PWM von WL ab und gleichzeitig
nach einer kleinen Verzögerung WH ein, hast Du wegen UH das ja in dem 
Moment noch aufgesteuert ist, folgenden Effect, WH legt an den einen 
Motoranschluss High Pegel (Motorspannung) im selben zeitlichen Moment 
wird aber an UH überhaupt nicht reagiert was bedeutet hier liegt auch 
High Pegel an dem Motoranschluss.
Genau das ist der Zustand mit dem ein BLDC Motor gebremst wird.
Beim Bremsen wird eine Highside des Motoranschlusses durchgeschaltet
und eine andere Highside mit PWM beaufschlagt. Eleganter und auch 
weicher
ist natürlich beide HighSide mit PWM anzusteuern.
Du gehst also hin versuchst mit deinem PWM Impuls den Motor zu 
beschleunigen
um Ihn kurz nach diesem Impuls sofort wieder zu bremsen.
Das Ergebniss ist Dir bekannt, viel Strom, Endstuffe sehr heiß.
Wie tief hast Du dich mit dieser Materie befasst sind Dir die
Zusammenhänge klar?

Carsten schau Dir mal die Diagramme an, die PWM nach oben
bringt auch nichts das Ansteuerschema ändert sich dadurch ja
nicht also wird der Motor dann auch nicht drehen.

Was ist denn ein "aktiver Freilauf"?

Sorry habe erst jetzt gesehen das auf meinen Beitrag geantwortet wurde.

Was ist "aktiver Freilauf":
In dem von Eddy genannten Fall gilt:
UH = VCC
WL = PWM
Bei jedem Abschalten der PWM liegt an den Spulen die 
Selbstinduktionsspannung an.
Da die Selbstinduktionsspannung eine umgekehrte Polarität besitzt liegt 
nun ein Spannungsabfall
von ~0.7[V] an der Freilaufdiode von WH an. Dadurch entsteht an dem FET 
eine Verlustleistung.
Da sich die FETs dadurch unnötig erwärmen versucht man das Problem zu 
umgehen indem man im
Augenblick der PWM Abschaltung den WH FET schliesst und damit die 
interne Diode "kurzschliesst"
Da RDS_ON sehr klein ist, ist auch der Spannungsabfall wesentlich 
kleiner in der Folge entsteht
weniger Verlustleistung.
Wie man sieht wird die gespeicherte Energie der Spule mit und ohne 
aktiven Freilauf zwischen
den FETs kurzgeschlossen. Der dabei entstehende hohe Strom bleibt somit 
auch innerhalb der Endstufe
und wird nicht in die Versorgungsleitung rückgekoppelt (Somit erklärt 
dies nicht den von mir gemessenen
hohen Strom). Ich bin der Meinung das diese Ansteuerung, entgegen der 
Auführung von Eddy, nichts
mit "aktiven Bremsen" zu tun hat.

Dieser Freilauf soll bewirken, dass der Motor in einer Richtung 
weiterdrehenn kann, wenner angeschubst wurde, oder?

Die jeweiligen Fets dürfen nur solange durchgesteuert werden, wie auch 
Strom durch die Freilaufdioden fliesst. Also solange wie die Spannung am 
Motorterminal U, V oder W größer als die Betriebsspanung ist. Sinn ist 
ja, die internen Dioden, die bei diesem Strom gut 1Volt verbraten 
müssen, durch die Fets mit der Absicht zu ersetzen, eben diesen 
Spannungsabfall auf ein mimum zu reduzieren. Bleiben die Teile nun aber 
über diese Zeit hinaus eingeschaltet, bremst der Motor, da 
kurzgeschlossen.

BTW. die Abstraktion einer Motordrehung aus den Diagrammen ist wirklich 
sehr "anspruchsvoll". Mir fiele auf Anhieb aber auch keine bessere Art 
der Visualisierung ein, als dem Logikanalysator zu bemühen.

Axelr.

> "aktiver Freilauf"?

Na bei diesem Thema hast du mit deiner PWM Ansteuerung so ziemlich 
daneben gegriffen. Um das, was du hier vorhast sinnvoll umzusetzen, 
bedarf es schon ein wenig mehr an Regelelektronik.
Ich sasge nur Vektorsteuerung im Mehrphasensystem, so wie es die großen 
Industrieservomotoren auch machen. Mit deiner aktuellen Trapezsteuerunge 
kommst du eh nicht weit, außer dass der Motor halt nur ordentlich dreht.

@Axel Rühl
Der Witz ist aber doch das auch OHNE aktiven Freilauf d.h. im "normalen" 
Betrieb die Spule über die Diode entladen wird. Durch Brücken mittels 
Fet wird dieser Zustand nur optimiert. Mir ist der Unterschied unklar.

@Alex R.
So ziemlich jeder bessere Modellbau BLDC unterstützt mittlerweile dieses 
Feature. Ob die dort eine komplexe Vektorsteuerung eingesetzt wird wage 
ich zu bezweifeln.

Markus schrieb:
> @Axel Rühl
> Der Witz ist aber doch das auch OHNE aktiven Freilauf d.h. im "normalen"
> Betrieb die Spule über die Diode entladen wird. Durch Brücken mittels
> Fet wird dieser Zustand nur optimiert. Mir ist der Unterschied unklar.

naja, mehr solls doch auch nicht sein, die 0.7-1Volt Spannungsabfall 
über der Bodydiode sollen durch den Rds_on des Fets ersetzt werden.
Wenn 10 Ampere fliessen, müssen (in diesem Moment) 10A x 0.7V = 7Watt 
über die Diode, jedoch nur 10A x 10A x 0.01R = 1Watt über dem Fet in 
Wärme umgesetzt und abgeführt werden.

Sollte noch mehr hinter "aktiver Freilauf" stecken, so will ich das 
wissen ;)) Bisher ging ich davon aus, das das alles sei.


Viele Grüße
Axelr.

Carsten H. schrieb:
> 2. Man erreicht also nach meinem Versändnis auch keine höhere
> Akkulaufzeit, weil es ja keine Energie aus dem Akku ist sondern
> induzierte aus dem Motor?

Irgendwo muß die Energie herkommen. Die einzige Energiequelle ist der 
Akku. Solange sich im System kein Perpetuum Mobile versteckt, heizt der 
Akku die Bodydioden.

MfG Klaus

Carsten H. schrieb:
> Ohne aktiven Freilauf in Wärme umgewandelt
> Mit aktiven Freilauf auch irgendwie weg (aber FETs geschont)
>
> oder?

Wie kommt die Energie aus dem System? Entweder als Wärme, egal wo sie 
entsteht: in den Halbleitern, den Drähten, durch Ummagnetisierung, durch 
Lagerreibung etc. Oder als mechanische Energie, das ist das was ein 
Motor leisten soll. Wenn man also die Erwärmung vermindert, erhöht man 
den Wirkungsgrad.

MfG Klaus

Carsten H. schrieb:
> Dann würde ich gern wissen, wie das, was sonst in den Dioden der FETs in
> Wärme umgewandelt wird und verloren geht, im Falle von aktivem Freilauf
> dem Motor zugute kommt?

Kann ich dir nicht sagen. Der Motor könnte schneller drehen oder weniger 
Strom brauchen. Was ich aber sicher weiß, ein Motor wird nicht den 
Energieerhaltungssatz verletzen.

MfG Klaus

Carsten H. schrieb:
> Dann würde ich gern wissen, wie das, was sonst in den Dioden der FETs in
> Wärme umgewandelt wird und verloren geht, im Falle von aktivem Freilauf
> dem Motor zugute kommt?

Dem Motor kommt das nicht zugute. Der Sinn des aktiven Freilaufs ist 
einzig und allein die Verlustleistung an den FETs zu senken. So bleiben 
sie auch im Teillastbereich kühler.
Man kann aber auch "aktiv bremsen" d.h. die gespeicherte Energie aus den 
Spulen wieder zurück in den Accu leiten. In diesem Fall wird der Motor 
quasi als Generator missbraucht.

Carsten H. schrieb:
> Aber nochmal zu meiner Frage von oben: Wo wird die Energie nun
> verbraten?

Die komplette Kurzschlussstrecke d.h. Motorwicklung, Anschlussleitung, 
FETs, Leiterplatte d.h. jedes Bauteil an dem ein Spannungsabfall 
vorhanden ist erwärmt sich.

Markus schrieb:
> Dem Motor kommt das nicht zugute. Der Sinn des aktiven Freilaufs ist
> einzig und allein die Verlustleistung an den FETs zu senken. So bleiben
> sie auch im Teillastbereich kühler.

Wenn nicht dem Motor, dann dem Akku. Es gilt der Energieerhaltungssatz

Markus schrieb:
> Man kann aber auch "aktiv bremsen" d.h. die gespeicherte Energie aus den
> Spulen wieder zurück in den Accu leiten. In diesem Fall wird der Motor
> quasi als Generator missbraucht.

Was heißt missbraucht? Ein Motor ist immer auch ein Generator. Wenn ich 
die Rotationsenergie abbauen will (also bremsen), muß ich sie in eine 
andere Energieform transformieren. Entweder in Wärme und die 
Bremsscheiben zum glühen bringen, oder in elektrische Energie und zurück 
in den Akku oder wie früher bei der Bahn in die Wagonheizung.

MfG Klaus

Carsten H. schrieb:
> Ja! Aber die kannst du nicht mit "Aktivem Freilauf" verringern!
> Aber darum ging es hier.

Dann erklär mir mal, wo die Energie, die die FETs geheizt hat jetzt 
hingeht, wenn aus dem Akku die gleiche Energie entnommen wird und der 
Motor nicht mehr leistet.

MfG Klaus

Klaus schrieb:
> Wenn nicht dem Motor, dann dem Akku. Es gilt der Energieerhaltungssatz

Nö die Spannung der Spulen wird zwischen den Spulen durch die FETs 
kurzgeschlossen. Der Accu wird dadurch nicht geladen. Die Energie der 
Spule wird nur in Wärme gewandelt.

> Was heißt missbraucht? Ein Motor ist immer auch ein Generator. Wenn ich
> die Rotationsenergie abbauen will (also bremsen), muß ich sie in eine
> andere Energieform transformieren. Entweder in Wärme und die
> Bremsscheiben zum glühen bringen, oder in elektrische Energie und zurück
> in den Akku oder wie früher bei der Bahn in die Wagonheizung.

Korrekt aber das geht nicht indem du die H-Brücken nach dem obigen 
Schema ansteuerst. Das hat nichts mit "aktiven Freilauf" zu tun.

Klaus schrieb:
> Dann erklär mir mal, wo die Energie, die die FETs geheizt hat jetzt
> hingeht, wenn aus dem Akku die gleiche Energie entnommen wird und der
> Motor nicht mehr leistet.

Die Energie teilt sich in Form von Verlustleitung über alle übrigen 
Komponenten auf. Nur am FET bleibt halt weniger über.

Markus schrieb:
> Nö die Spannung der Spulen wird zwischen den Spulen durch die FETs
> kurzgeschlossen. Der Accu wird dadurch nicht geladen. Die Energie der
> Spule wird nur in Wärme gewandelt.

Und je geringer der Widerstand des Stromkreise, desto weniger Wärme und 
desto länger bleibt der Strom hoch. Und desto weniger muß nachgeliefert 
werden, wenn die Brücke wieder eingeschaltet wird. Das lädt den Akku 
nicht auf, entlastet ihn aber.


Markus schrieb:
> Korrekt aber das geht nicht indem du die H-Brücken nach dem obigen
> Schema ansteuerst. Das hat nichts mit "aktiven Freilauf" zu tun.

Hab ich das behauptet? Wer hat "aktiv bremsen" hier eingeführt?

MfG Klaus

@Klaus
Das sind wir uns ja weitesgehend einig.

@Carsten
Die Ansteuerung deckt sich ja quasi mit meinem ersten Bild :) Erzeugst 
du das invertierte PWM Signal per SW oder HW ?
Je kürzer ich die Totzeit wähle desto höher wird in meiner Schaltung 
auch die Stromaufnahme. Mit 5[us] hat es "einigermaßen" funktioniert. 
Aber ich gebe dir Recht die 5[us] sind eigentlich viel zu viel. Da die 
FETs in meiner Schaltung direkt vom AVR angesteuert werden ist 
möglicherweise der benötigte Strom zu hoch um den FET schnell genug 
umzuschalten ?

Carsten H. schrieb:
> Das solltest du überprüfen. Ich kann mir schwer vorstellen, dass der
> Ausgang das direkt kann. Vielleicht sind die FETs ja nicht völlig
> durchgeschaltet? Werden die Teile denn sehr warm? Mit welcher Spannung
> läuft dein AVR?

Ja das kann durchaus sein wobei die FETs nur handwarm werden. Es sind 
übrigends FDS6679 (über eine Transistor Vorstufe geschaltet) und IRF7832 
(über 33R direkt am AVR). Der AVR läuft mit 5[V].

> Mir ist noch aufgefallen, dass in deinem obigen Bild „Aktiver Freilauf“
> die duty cylce der Phasen z.B. WH und WL in den Bereichen A-B und D-E
> genau invertiert sind. Soll das so sein? Wenn ja was macht das für ein
> Sinn?

Ja das sollte so sein. Die Idee dahinter war das die Verlustleistung 
ohne "aktiven Freilauf" gleichmäßig über alle Dioden verteilt wird. 
Durch den "aktiven Freilauf" ist das eigentlich hinfällig aber ich habe 
die Ansteuerung nicht mehr verändert. Siehst du da irgendwelche Problem 
?

Carsten H. schrieb:
> könnte ich es demnächst
> weglassen,

wenn Motor und µC aus der gleichen Spannungsquelle gespeist werden - im 
Prinzip ja.

Ich wär fast dafür, das alle, die hier posten wollen, erstmal die 
Artikelsammlung auf der linken Seite mit den Grundlagen durcharbeiten.


Dein µC läuft mit 3.3Volt (gut, ja ok. mit 5V), dein Motor mit 12V 
(Beispielsweise).

Wann sperrt dein PMOS, wenn Du ihn direkt an den µC anschliessen 
würdest?
Wenn der µC HighPegel oder Low-Pegel "wirft"?


Axelr.

Beitrag "Re: BLDC Motoren Steuerung"

Ok. nochmal, lassen wir den ersten Satz weg und das andere stehen

Dein µC läuft mit 3.3Volt (gut, ja ok. mit 5V), dein Motor mit 12V
(Beispielsweise).

Wann sperrt dein PMOS, wenn Du ihn direkt an den µC anschliessen
würdest?
Wenn der µC HighPegel oder Low-Pegel "wirft"?

Für den P-Kanal MOSFET sind die (angenommenen) 12V Motorspannung sein 
Bezugspotenzial. Um diesen zu sperren, braucxhst Du U_gs < U_gs_th, also 
weniger als 2Volt oder sowas, am besten NUll Volt. ABER gegen Source 
des PMOSFET gemessen, nicht gegen GND. Es heisst ja im Datenblatt U_gs 
und nicht U_ggnd.
Du bekommst aber keine NUllVolt gegen 12V, wenn der Controller nur mit 
5V läuft. so bekommst Du -7 Volt, wenn der Controller HIGH Pegel ausgibt 
und (fast) -12V, wenn der Controller LOW Pegel ausgibt. Da sperrt kein 
PMOSFET!
Du brauchst 12Volt (bzw. Motorbetriebsspannung), um den P-CH zu perren 
und 12Volt minus 5V (bei Logiklevel FET) bzw. minus 10V, um den PFET 
durchzusteuern. Der Widerstand über Gate source sorgt im nicht 
angesteuerten Zustand des "kleinen" NPN Transistors dafür, das der PFET 
sicher sperrt. (source und Gate sind über diesen Widerstand quasi 
verbunden, Strom fliesst keiner, also fällt da auch keine Spannung ab 
--> U_gs == NUll Volt.

wird der steuertransistor mit Basistrom versorgt (high-Pegel am portpin, 
BVasisvorwiderstand usw.) leitet der npn steuertransistor und die 
Spannung am Gate des PFET fällt. Gegen 12Volt gemessen , unter die im 
Datenblatt garantierten Ugs_th, und der PFET fängt an zu leiten.

Man sieht, ohne Steuertransistor gehts nicht.

Schlauschiss Axelr.

Auch wenn meine nachfolgende Frage nicht im Zusammenhang mit dem aktiven 
Freilauf steht so habe ich jetzt ein Phänomen was ich mir nicht erklären 
kann. Dazu wieder zwei Plots.

rot    = Drehzahl [RPS]
blau   = Aktueller PWM Duty Cycle
türkis = Spannung an einem Low Side FET. Dieser ist zu diesem Zeitpunkt 
durchgeschaltet. Die Messung erfolgt unmittelbar bevor die PWM den FET 
wieder deaktiviert. D.h. es wird die aktuelle Spannung über RDS_ON 
gemessen.

Bild 1: Hier beträgt die PWM Frequenz 8kHz
Frage : Wie ist der Peak zum Zeitpunkt 3.8 zu deuten ?

Bild 2: Hier beträgt die PWM Frequenz 12kHz
Frage : Warum ist hier zusätzlich ein Peak zum Zeitpunkt 2.8 erkennbar ?

Wenn ich RDS_ON als konstant annehme so entspricht der Wert "400" auf 
der Ordinatenachse einem Strom von ~100[A]. Die Stromaufnahme des 
kompletten Regler beträgt jedoch nur ~3[A].

Kann es evt sein das die Motorspule zu den genannten Zeitpunkten in 
Resonanz gerät ?

Meine ursprüngliche Idee war über den ermittelten Strom eine 
Überlastabschaltung zu implementieren. D.h. wenn Gesamtstrom > 5[A] -> 
Motor Stop. Aufgrund der riesigen Spikes erscheint das aber etas 
"schwierig" ?!