Hallo, Ich habe einen Artikel zum Thema "Brushless-Controller für Modellbaumotoren" geschrieben, da ein solcher Regler doch schon ein relativ beliebtes Projekt geworden ist, vorallem natürlich bei den Modellbau-Fans. Brushless-Controller für Modellbaumotoren Das ist mein erster Artikel, und es gibt bestimmt noch einiges zu verbessern. Ich freue mich über Kritik und Anregungen, oder natürlich auch wenn der Artikel von den Profis an der einen oder anderen Stelle gleich selbst noch angepasst wird. Es gibt auch ein paar Punkte im Artikel, bei denen mein aktueller Wissensstand nicht ausgereicht hat um eine sichere Aussage zu machen. An diesen Stellen habe ich auch gleich (mit fetter Schrift) darauf hingewiesen. Ich hoffe es gibt hier Leute, die sich noch etwas besser mit den BLDC-Reglern auskennen und diese schwierigen Themen noch erläutern könnten. mfg Urban EDIT: Wie kann ich den Artikel einer Kategorie zuordnen? Irgendwie kann ich kein Link dafür funden...
Sehr schön! Auch mit den Oszilloskopbildern. :-)
Cool! Schöner Artikel ! Bin heute über einen BLDC Controller mit STM32 gestolpert: http://danstrother.com/2011/01/12/brushless-dc-motor-controller-board/ Man kann übrigens mit Space Vektor Modulation ( Sinus Ansteuerung ) doch ganz schön Strom sparen und Geräusche verringern. Ich nehme zum Starten von sensorlosen Motoren übrigens gerne eine Art variablen Frequenzantrieb, wo die 6 verschiedenen States der Spulen mit niedriger PWM durchgeklappert werden (mit einem Timer) bis die BEMF zum Messen ausreicht.
Danke, schön dass euch der Artikel gefällt :-) @Matthias Interessanter Regler mit dem STM32! Scheint aber halt weniger für den Modellbaubereich gemacht zu sein. > Man kann übrigens mit Space Vektor Modulation ( Sinus Ansteuerung ) doch > ganz schön Strom sparen und Geräusche verringern. Okay, das hätte ich nicht gedacht. Werde das dann wohl noch an geeigneter Stelle in den Artikel einfügen, ist gut sowas zu wissen. > Ich nehme zum Starten > von sensorlosen Motoren übrigens gerne eine Art variablen > Frequenzantrieb, wo die 6 verschiedenen States der Spulen mit niedriger > PWM durchgeklappert werden (mit einem Timer) bis die BEMF zum Messen > ausreicht. Sowas hab ich eben auch schon gelsesn. Also während dem Abklappern bewegt sich der Rotor nicht oder? Dann gehst du die 6 States durch, und merkst dir bei jedem State wie hoch die BEMF war. Und am Schluss, nach dem 6x Abklappern, schaust du wo die höchste BEMF war und kannst daraus schliessen in welchem State du den Motor starten musst. Habe ich das so richtig verstanden? Und wie startest du dann genau, direkt im geregelten Betrieb und zuerst die richtige Phase mit hohem PWM Duty-Cycle bestromen?
Urban B. schrieb: > Also während dem Abklappern > bewegt sich der Rotor nicht oder? Die PWM gibt schon mal einen leichten Strom vor (je nach Motor so 5% -10%) und es wird eine der 6 gültigen Spulenstates angelegt. Im ungünstigsten Fall, wenn der Rotor gar nicht mit dem angelegten State klarkommt, ruckt er höchstens ein bisschen. Sonst 'rutscht' er schon mal in eine Position. Dann kommt timergesteuert der nächste State in Drehrichtung, nach spätestens 6 States muss der Rotor ja in 'Sync' mit dem Stator sein. Der Timer wird nun immer schneller ( kürzere Zeit) und der Motor dreht entsprechend schneller, die PWM wird dabei leicht mit angezogen. Währenddessen schaut der Analog Komparator Interrupt immer schon, ob da brauchbare Impulse kommen. Wenn ja, wird ein Flag gesetzt und der VF Antrieb wird auf normalen Betrieb mit geregelter PWM umgeschaltet. Dann ist alles wie bei dir beschrieben.
Ach so, naja so ähnlich habe ich es ja auch gemacht. Ich habe halt einfach nicht geschaut zu welchem Zeitpunkt die BEMF stark genug ist, sondern ich habe immer z.B. nach 20 Umdrehungen des Ankers einfach umgeschaltet in den geregelten Betrieb. Aber wenn man die gekauften Regler so anschaut ist diese Ansteuerung Kinderkram :-) Mit gekauften Reglern geht das Anlaufen einfach blitzschnell, die scheinen allerhöchstens 3 Kommutierungen zu brauchen bis in den geregelten Betrieb umgeschaltet wird! Und die Regler kommen mit allen möglichen Motoren klar, ob gross oder klein, ob mit oder ohne Propeller, belastet oder unbelastet, es funktioniert einfach immer. Hast du es auch so extrem zuverlässig hinbekommen?
Habe den Artikel eben nur mal überflogen, aber sieht sehr gut aus. Werde mir den dann mal komplett durchlesen, denn ich habe hier ein paar Brushless Festplatten Motoren, die ich gerne mal ansteuern möchte. Kann also den Artikel sehr gut gebrauchen.
Urban B. schrieb: > Hast du es auch so extrem zuverlässig hinbekommen? Für so kleine Festplattenmotore geht die o.a. Strategie ganz gut, wenns aufs schnelle Anlaufen ankommt, wirst du nicht drumherumkommen, einen Ansatz wie bei dem STM32 Controller zu machen, mit Shunts und Strommessen pro Phase. Glücklicherweise sind die Motore, mit denen ich beruflich zu tun habe, alle mit Hallsensoren ausgestattet, so dass dort das Problem gar nicht entsteht. Die haben allerdings dafür einige Kilowatt....
Okay, dass es bei kleinen Festplattenmotoren funktioniert kann ich verstehen. Ich habe aber extra in den Titel "...für Modellbaumotoren" geschrieben, um eben explizit auf diese Motoren einzugehen. Ich wollte keinen allgemeinen Artikel über BLDCs machen, das wäre viel zu umfangreich mit all den Varianten die so existieren. > wenns aufs schnelle Anlaufen ankommt, wirst du nicht drumherumkommen, > einen Ansatz wie bei dem STM32 Controller zu machen, mit Shunts und > Strommessen pro Phase. Nein, das geht definitiv auch ohne Shunt und Raumzeigermodulation. Die käuflichen Modellbauregler, ich ich bis jetzt gesehen habe, haben auch keine Shunts, nichtmal einen einzigen für alle Phasen. Aber wie schon erwähnt habe ich mich noch nicht stark damit beschäftigt, das Anlaufverhalten eines käuflichen Reglers zu analysieren. Hab nur mal den Spannungsverlauf beim Anlauf mit dem Oszi aufgenommen, das Bild habe ich auch im Artikel eingebaut.
Hallo Urban, SUPER dass du dich da dran machts dass mal Zusammenzufassen was es zum Thema so alles gibt... Klasse. Ich hätte zwei kleine Anmerkungen. Soweit ich das sehe war Quax mit einer DER Pioniere bei dem Thema und die meisten der verfügbaren BLDC-Softwares beruhen auf seiner ursprünglichen Software. Ich konnte jetzt die Webseite mit seinen Umbauten nicht mehr finden, aber ich denke man könnte/sollte darauf hinweisen. Bei rcgroups gibt es auch einen jüngeren Thread dazu, der mittlerweile die Hardware von ziemlich vielen kaufbaren BL-Reglern mit Atmega zeigt und listet. Für die "Nicht-alles-ganz-Selber-Bauer" sondern "Nur-Selbst-Umprogrammierer" ein evtl. sehr nüzliche Infoquelle (gute Software gibt's da natürlich auch). (http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1513678) Cheers, Olli
OlliW schrieb: > Hallo Urban, > > SUPER dass du dich da dran machts dass mal Zusammenzufassen was es zum > Thema so alles gibt... Klasse. Danke :-D > Soweit ich das sehe war Quax mit einer DER Pioniere bei dem Thema und > die meisten der verfügbaren BLDC-Softwares beruhen auf seiner > ursprünglichen Software. Ich konnte jetzt die Webseite mit seinen > Umbauten nicht mehr finden, aber ich denke man könnte/sollte darauf > hinweisen. Quax sagte mir jetzt gar nichts, habe dann aber rausgefunden dass das der B. Konze sein soll, dieser Name sagt mir auch schon etwas mehr :-) Hast recht, das ist eine wichtige Seite, habe sie in die Weblinks mit eingebaut. Ausserdem habe ich in der Einleitung noch erwähnt dass es am Ende der Seite gute Links gibt, bei denen es sich lohnt die mal anzuschauen. > Bei rcgroups gibt es auch einen jüngeren Thread dazu, der mittlerweile > die Hardware von ziemlich vielen kaufbaren BL-Reglern mit Atmega zeigt > und listet. Für die "Nicht-alles-ganz-Selber-Bauer" sondern > "Nur-Selbst-Umprogrammierer" ein evtl. sehr nüzliche Infoquelle (gute > Software gibt's da natürlich auch). > (http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1513678) Hab ich auch gleich in die Links aufgenommen! Ist ja ein ellenlanger Thread ;-) mfg
Softwarebeschreibung: Ich verstehe 2 Punkte nicht. Wichtig ist ausserdem, dass bei jeder Kommutierung auch noch der richtige ADC-Kanal auf den Komparator geleitet wird per Multiplexer. Dieser Kanal wird bei jeder Kommutierung eins weitergeschaltet. Danach muss nur noch gewartet werden bis der Analogkomparator einen Interrupt auslöst. Sobald dies geschieht, wird die nächste Kommutierung ausgelöst, und das Spiel beginnt wieder von vorne. Ich verstehe nicht wie der ADC im zusammenhang mit dem Analogkomparator funktioniert? Wenn ich auf das Oszibild schaue würde mir doch der Analogkomparator reichen ? Würde mich für ein wenig aufklärung freuen. Man schaltet ja ? A-B A-C B-C B-A C-A C-B
Martin R. schrieb: > Ich verstehe nicht wie der ADC im zusammenhang mit dem Analogkomparator > funktioniert? Wenn ich auf das Oszibild schaue würde mir doch der > Analogkomparator reichen ? In der BEMF-Schaltung (Brushless-Controller für Modellbaumotoren: BEMF-Schaltung) gibt es ja die drei Analogsignale NULL_A, NULL_B und NULL_C. Auf dem dritten Oszillogramm ist eine von diesen drei Spannungen in roter Farbe dargestellt. Das ist die Spannung, die der Komparator mit der Sternmittelpunktspannung ("MITTEL" in der BEMF-Schaltung) vergleicht. Der Kompararor muss aber nacheinander die Spannungen NULL_A, NULL_B und NULL_C eingespiesen bekommen, es muss ja immer nur die BEMF der freihängenden Phase angeschaut werden. Das heisst also, dass diese drei Spannungen per "Umschalter" auf den Komparator kommen müssen. Und genau dieses Umschalten übernimmt der ADC Multiplexer, der im AVR integriert ist. Normalerweise vergleicht der Komparator ja die Spannungen an den Pins "AIN0" und "AIN1". Man kann aber auch, anstatt dem Eingang "AIN1" einer der ADC-Kanäle benutzten. Konkret sieht das etwa so aus:
1 | |
2 | ADCSRA = (1<<ADIF); // ADC Interrupt Flag löschen und ADC deaktivieren, AC ist nun aktiv |
3 | ADMUX = (ADMUX & ~(0x1F)) | // MUX0 bis MUX3 löschen |
4 | (compare_adc_channel & 0x1F); // ADC-Kanal für Vergleich wählen |
Näheres zu den Registern findest du in den AVR Datenblättern. Muss ich mal schauen ob ich das im Artikel noch etwas besser erkläären kann.
Urban B. schrieb: > Muss ich mal schauen ob ich das im Artikel noch etwas besser erkläären > kann. Würde mich sehr freuen ich will mir jetzt einen Regler basteln.... Das Sollte man wissen mit dem ADC :-) Danke! A-B C= Messen A-C B= Messen usw....
Ich sehe die die 6 Schritte nicht wirklich auf dem Oszibild. Irgend was ist mir nicht verständlich. gruß martin
Martin R. schrieb: > Ich sehe die die 6 Schritte nicht wirklich auf dem Oszibild. Irgend was > ist mir nicht verständlich. > > gruß > martin Auf dem Diagramm (Brushless-Controller für Modellbaumotoren: Ansteuerung) siehst du die 6 Zustände ja, die sind nummeriert von 1 bis 6. Wenn du jetzt die ersten beiden Oszi-Bilder anschaust ist das ja nahezu exakt das selbe wie auf dem Diagramm, sollte also kein Problem sein da die 6 Zustände auch zu erkennen?! Was vielleicht ein bisschen verwirrt, die horizontalen Linien (bei Low und bei High) sind nicht ein Zustand, sondern das sind zwei Zustände direkt hintereinander. mfg
aaahhhjeee. jetzt habe ich es gesehen. Das Diagramm ist ja 1-6 beschrieben. alle 60° Schaltet man um. Dankeschön für deinen Beitrag der kommt mir sehr gelegen. um deine Oszibilder zu kompletieren wäre ein Bild schön in dem man zeigt wie die Phase von A-B geschaltet ist und wie man auf den Nulldruchgang der Phase C wartet.
Martin R. schrieb: > aaahhhjeee. > > jetzt habe ich es gesehen. Das Diagramm ist ja 1-6 beschrieben. > > alle 60° Schaltet man um. > > Dankeschön für deinen Beitrag der kommt mir sehr gelegen. gerne doch :-) Jetzt möchte ich nur noch das Diagramm als SVG-Datei erstellen, damit es auch leicht angepasst werden kann. Mit Inkscape komme ich nicht so ganz zurecht, dann habe ich LibreOffice Draw genommen. Klappte perfekt, echt geniales Programm um solche Sachen zu zeichnen! Nur leider klappt der SVG-Export total bescheiden. Nach einer Internetrecherche scheint das Problem bekannt zu sein... Kennt jemand ein gutes Linux-Programm um SVG-Dateien ähnlich simpel wie in OO Draw zu erzeugen? Und an dieser Stelle noch: Es wäre wirklich schön wenn jemand noch Hinweise geben könnte zu den Themen die ich im Artikel nicht richtig beschreiben konnte. mfg
um deine Oszibilder zu kompletieren wäre ein Bild schön in dem man zeigt wie die Phase von A-B geschaltet ist und wie man auf den Nulldruchgang der Phase C wartet. gruß Martin
hmm, also wie man auf etwas wartet ist schwierig darzustellen auf einem Oszi-Bild ;-) Aber das dritte Bild sollte doch in dieser Hinsicht ziemlich viel erklären. Es sind die Signale NULL_A und MITTEL sichtbar, und genau bei der Kreuzung derselben löst der Komparator einen Interrupt aus (grüne Linie), dies wiederum löst eine Kommutierung aus. Diese Kommutierung ist dann auf der Phase A (gelb) sichtbar, da zu diesem Zeitpunkt vom Zustand "Floating" in den Zustand "PWM" gewechselt wird. mfg
Ja das Bild ist sehr gut das Oszi ist auch nicht ohne.. zum beitrag Anlauf: Schaft man es nicht den Motor durch einen Impuls drehen zu lassen ? Gruß Martin
Martin R. schrieb: > zum beitrag Anlauf: > Schaft man es nicht den Motor durch einen Impuls drehen zu lassen ? Vermutlich geht es, siehe letztes Oszi-Bild. So ganz einfach ist das aber nicht, ich habe noch nicht herausgefunden auf was man genau achten muss. Wenn du aber den Artikel richtig gelesen hättest, hättest du den folgenden Absatz bemerkt: > Bis jetzt habe ich es mit dieser Variante aber noch nicht so richtig > geschafft, einen brauchbaren Anlaufvorgang hinzukriegen. Ich glaube auch, > dass gekaufte Regler das nicht so machen. Diese scheinen nur einen > kräftigen Strom auf eine Phase zu geben, und werten dann die entstandene > BEMF aus, aus der dann berechnet werden kann, welche Phase als nächstes > bestromt werden muss. So richtig habe ich das aber noch nicht angeschaut, > vielleicht weiss hier jemand besser Bescheid und könnte es hier > beschreiben? Das hätte deine Frage beantwortet...
Urban wie ist das mit dem HI LOW Side treiber. ich muss doch erst mal einen takt draufbringen damit der Highside N-Mosfet überhaupt funktioniert ? bzw. es ladet sich doch der Kondensator auf ? gruß martin
Martin R. schrieb: > Urban wie ist das mit dem HI LOW Side treiber. > > ich muss doch erst mal einen takt draufbringen damit der Highside > N-Mosfet überhaupt funktioniert ? bzw. es ladet sich doch der > Kondensator auf ? Der Kondensator C11 in der [[Brushless-Controller für Modellbaumotoren#Beispielschaltung]] lädt sich auf während der untere Mosfet leitend ist, also im Low-Zustand. Im High-Zustand entlädt sich dieser Kondensator um die Gatespannung des oberen Mosfets bereitzustellen. Nennt sich übrigens Bootstrap-Schaltung. Weil sich der Motor ja drehen soll hast du zwangsläufig immer einen Wechsel zwischen High und Low, der Kondensator lädt sich also automatisch immer schön auf, eigentlich musst du dir darüber keine Gedanken machen. Nähere Informationen findest du z.B. hier: Treiber: Versorgung durch eine Bootstrap Schaltung
@alle, @Urban, bin neu hier und grüsse alle aktiven oder passiven Teilnehmer. Merci an Urban, dein Beitrag ist eine Bereicherung für Neueinsteiger wie mich. Ich suche eine Möglichkeit ein "Netzteil" zu bauen, das 3-phasige Spannungen (<10Veff) erzeugt. Das Problem ist, dass kein typischer BLCD-Motor als Last vorgesehen ist. Was tun, wenn die Last (R<1Ohm, L < 10uH) schwach induktiv ist, die BEMF-Spannung wird wohl zu klein sein um daraus die Kommutierung abzuleiten. Bleibt die Möglichkeit die Anlaufphase (siehe Beitrag) zum Regelbetrieb zu machen, aber wie? Mein Plan ist einen käuflichen RC-Controller durch Umprogrammieren auf diese Aufgabe anzupassen: Meine Fragen sind insbesondere: -welche Fabrikate kommen in Frage? -welche Tools brauche ich zum Programmieren (PC oder Hand-held)? -woher bekomme ich die Details zur (Um-)Programmierung (Datenblätter etc.)? merci und Gruss Mathias
Hallo Mathias, Mathias W. schrieb: > Ich suche eine Möglichkeit ein "Netzteil" zu bauen, das 3-phasige > Spannungen (<10Veff) erzeugt. Das Problem ist, dass kein typischer > BLCD-Motor als Last vorgesehen ist. Was soll denn genau betrieben werden? Ohne das zu wissen, kann man dir keine Tipps geben. Ist es überhaupt was drehendes? :-) Bedenke, dass die Brushless-Regler die Frequenz des Drehfeldes immer dem Motor bzw. der Last anpassen, also nicht konstant ist. Ich weiss nicht, ob das wirklich das ist, was du brauchst. Ausserdem wird bei Modellbau-Brushless-Reglern keine Sinusförmige Spannung erzeugt (Raumzeigermodulation), sondern lediglich eine Blockkommutierung ("trapezförmige Spannung"). Ob das für deine Anwendung geeignet ist, lässt sich ebenfalls nicht sagen, ohne dein genaues Vorhaben zu kennen. mfg
Salü Urban,
ich will eine 3-phasige Stromversorgung bauen, um Experimente bei
ungefährlichen Spannungen machen zu können.
Die Spannung muss nicht sinusförmig sein, die Grundschwingung und die
120Grad Phasenverschiebung ist -neben den Strömen und variabler
Frequenz- alles was ich brauche.
Habe auch schon überlegt, das mit diskreten TTL-Bausteinen
("Schaltwerk") und MOSFET Endstufe aufzubauen, ist aber aufwendig,
ausserdem gibts ja so schöne Controller zu kaufen. Einzig die BEMF macht
mir Kopfscherzen.
Bin auch für Versuche zu begeistern, habe aber wenig Erfahrung mit
Programmieren von BLCD Controllern, deswegen wende ich mich an euch.
Gruss Mathias
Mathias W. schrieb: > ich will eine 3-phasige Stromversorgung bauen, um Experimente bei > ungefährlichen Spannungen machen zu können. Also kein Motor? Die BEMF wird nur verwendet, damit die Kommutierung immer mit Rücksicht auf die Ankerposition durchgeführt werden kann, damit der Motor nicht ausser Tritt gerät. Gibt es kein Rotor, brauchst du keine BEMF. Ohne Motor gibts sowieso keine BEMF, da dies die induzierte Spannung des drehenden Rotors ist -> kein drehender Rotor, keine BEMF. Wenn du einfach nur z.B. eine "Sinusspannung" (Trapezspannung) mit einer ganz bestimmten Frequenz brauchst, dann genügt dir die Zwangskommutierung. Aber ein BLDC wird dann an diesem Regler nicht drehen. Du kannst nicht einen Regler bauen, der mit und ohne BLCD-Motor funktioniert. Entweder du baust einen Regler für einen BLDC-Motor, dann mit BEMF, oder du baust einen Regler für was anderes (etwas das mechanisch nicht dreht), dann ohne BEMF. Du kannst aber auch einen Schalter verwenden, mit dem du der Software "sagst", ob sie mit oder ohne BEMF arbeiten soll, dann geht auch beides mit dem gleichen Regler. Zum Thema "Gekaufte Regler mit eigener Software betreiben" gibts hier sehr viel zu lesen: http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1513678
Merci für die rasche Antwort, Urban! Urban B. schrieb: > Also kein Motor? Richtig. > Die BEMF wird nur verwendet, damit die Kommutierung immer mit Rücksicht > auf die Ankerposition durchgeführt werden kann, damit der Motor nicht > ausser Tritt gerät. Gibt es kein Rotor, brauchst du keine BEMF. Ohne > Motor gibts sowieso keine BEMF, da dies die induzierte Spannung des > drehenden Rotors ist -> kein drehender Rotor, keine BEMF. i.O. Meine Bedenken sind, ob der Controller seine Arbeit einstellt, wenn er keine BEMF registriert. Ich verstehe deine Aussage so, dass der Regler seine 3-phasige Ausgangsspannungen auch dann weiter erzeugt, wenn er keine BEMF misst. > Wenn du einfach nur z.B. eine "Sinusspannung" (Trapezspannung) mit einer > ganz bestimmten Frequenz brauchst, dann genügt dir die > Zwangskommutierung. Aber ein BLDC wird dann an diesem Regler nicht > drehen. Ein BLDC ist nicht vorgesehen, die Frequenz soll manuell und variabel einstellbar sein. > Du kannst aber auch einen Schalter verwenden, mit dem du der Software > "sagst", ob sie mit oder ohne BEMF arbeiten soll, dann geht auch beides > mit dem gleichen Regler. Das ist es, was ich suche, PWM zur Einstellung der Effektivspannung wäre dann auch schon dabei. Was ist zu beachten, wenn ich Regler und Empfänger am gleichen Akku betreiben will? Welcher Regler käme in Frage? > Zum Thema "Gekaufte Regler mit eigener Software betreiben" gibts hier > sehr viel zu lesen: > http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1513678 Werde ich mir ansehen, merci und Gruss
Mathias W. schrieb: > Merci für die rasche Antwort, Urban! Kein Problem :-) Mathias W. schrieb: > i.O. Meine Bedenken sind, ob der Controller seine Arbeit einstellt, wenn > er keine BEMF registriert. Ich verstehe deine Aussage so, dass der > Regler seine 3-phasige Ausgangsspannungen auch dann weiter erzeugt, wenn > er keine BEMF misst. Nein, ein Brushless-Regler mit der originalen Software wird ziemlich sicher nicht funktionieren wenn er keine BEMF erkennt. Dazu müsstest du schon eine modifizierte Software drauf flashen. Müsstest halt einen Regler kaufen, zu dem es auch eine OpenSource Software gibt, die du dann selbst anpassen kannst. Im Link, den ich gepostet habe, solltest du da fündig werden. Ansonsten kann ich dir da auch nicht weiter helfen, ich habe noch nie eine eigene Software auf einen gekauften Regler geflasht. Mathias W. schrieb: > Was ist zu beachten, wenn ich Regler und > Empfänger am gleichen Akku betreiben will? Eigentlich nichts, wird im Modellbau ja auch häufig so gemacht :-) Übrigens solltest du dir darüber im klaren sein dass beim Betrieb ohne Motor nichtmal mehr annähernd eine Trapezspannung aus dem Regler kommt. Die Übergänge zwischen zwei Zuständen werden nämlich nur wegen der Induktion des drehenden Rotors so schön schräg. Ohne Induktion werden die Übergänge vermutlich einfach mehr oder weniger bei VCC/2 liegen. Also hättest du kein Trapez, sondern sowas:
1 | LOW - VCC/2 - PWM (HIGH-LOW-HIGH-LOW...) - VCC/2 - LOW - ... |
(wobei VCC/2 aber auch mit der PWM-Frequenz zwischen LOW und HIGH toggelt) Mit Drehstrom hat das so ziemlich nichts mehr zu tun ;-)
Liebe Gemeinde, auch von mir zunächst vielen herzlichen Dank für den Artikel und diese Vorlage!! Ich würde den Controller gerne nachbauen, frage mich beim Platinenlayout aber gerade, warum die PWM eigentlich dem IN-Signal überlagert wird und nicht dem SD-Signal... Wenn ich das Datenblatt des 2104 richtig verstehe, wird dadurch der Ausgang doch dauernd von High nach Low umgeschaltet anstatt von High/Low nach Tristate... Will man das wirklich so haben? Vielen Dank im Voraus für Eure Hilfe, Heiko
Hallo Heiko! Heiko P. schrieb: > Will man das wirklich so haben? Ja, das will man :-) Man sieht zwar häufig dass es eben nicht so gemacht wird, obwohl es einen grossen Vorteil hat: Die Verlustleistung in den Mosfets wird sehr stark verringert. So funktionierts: Schaltet der obere Mosfet aus (nehmen wir an, es sei "Phase A"), "möchte" der Strom in der gleichen Richung weiterfliessen, also aus dem Anschluss von Phase A (auf dem Board) herausfliessen. Von VCC kann der Strom aber nicht geholt werden, da der obere Mosfet sperrt. Der untere Mosfet hat jedoch eine Freilaufdiode, die nun in Flussrichtung geschaltet ist. Der Strom kann nun von GND über diesen Mosfet fliessen. Über dem Mosfet fällt dabei aber eine Spannung im Bereich 0,5-0,7V ab, denn dies ist die Flussspannung der Diode im Mosfet. Mit Pv=U*I ergibt dies eine relativ hohe Verlustleistung. Schaltet man in diesem Moment jedoch den unteren Mosfet gezielt ein, so muss der Strom nicht über die Diode, sondern kann direkt durch den leitenden Mosfet fliessen. Die Verlustleistung ist dann Pv=Ron*I^2, wobei der On-Widerstand Ron des Mosfets im Milliohm-Bereich ist, und damit die gesamte Verlustleistung relativ klein ist. Dieses Prinzip wird übrigens auch "Aktiver Freilauf" genannt. mfg
Hallo Urban, vielen Dank für Deine schnelle Antwort und die Erklärungen. Ich verstehe, dass man auf diesem Wege die FETs schont, aber insgesamt sehe ich den Sinn trotzdem noch nicht ganz... Wenn ich nun dauernd vor und zurück arbeite, indem ich den Strom mal vorwärts und mal rückwärts durch den Motor schicke, mache ich in den "PWM aus"-Phasen doch wieder das zunichte, was ich während "PWM an" erreicht habe. Angenommen ich habe ein Tastverhältnis von 50%, dann beläuft sich die effektive Leistung im Motor doch auf null, oder habe ich da irgendwo einen Denkfehler...? Nochmals danke und einen guten Start in die Woche! Heiko
Heiko P. schrieb: > Wenn ich nun dauernd vor > und zurück arbeite, indem ich den Strom mal vorwärts und mal rückwärts > durch den Motor schicke, mache ich in den "PWM aus"-Phasen doch wieder > das zunichte, was ich während "PWM an" erreicht habe. Nein das stimmt so nicht, denn in der PWM-Aus-Phase sind beide Seiten der Spule auf GND, der Strom in der Spule ändert dann also nicht seine Richtung, sondern er wird einfach kurzgeschlossen. Betrachten wir mal eine der drei Spulen in einem der sechs Zyklen. Anschluss A der Spule liegt die ganze Zeit auf GND, Anschluss B wechselt ständig zwischen VSS und GND (PWM).
1 | (GND) A----SPULE----B (VSS): Strom fliesst von B nach A, also nach links |
2 | (GND) A----SPULE----B (GND): Strom fliesst weiterhin nach links, ist jetzt aber über GND kurzgeschlossen, wird also sehr schnell gegen Null gehen |
3 | (GND) A----SPULE----B (VSS): Strom fliesst von B nach A, also nach links |
4 | usw... |
Der Strom ändert also nie seine Richtung nur wegen des PWMs. Übrigens sieht es auch ohne das aktive Einschalten des unteren Mosfets genau gleich aus, nur dass dann halt zwischen den beiden gezeichneten GNDs noch eine Spannungsdifferenz wegen der Diode im Mosfet gibt, und damit der Mosfet mehr Verlustwärme "produziert". Ich hoffe das war einigermassen verständlich ;-) Mit einer schönen Grafik ists leichter verständlich, konnte aber leider grad keine finden. (Dass die Spulen ihren Strom immer aufrecht erhalten wollen, muss man natürlich wissen. Ich weiss jetzt halt nicht wie es da bei dir diesbezüglich aussieht.) mfg
Lieber Urban, vielen Dank für Deine Erläuterungen - jetzt habe ich's kapiert. Ich war fälschlicherweise davon ausgegangen, dass durch die PWM BEIDE Signale ihren Pegel ändern, dabei bleibt einer der beiden ja immer konstant. Alles andere macht dann natürlich völlig Sinn. Nochmals vielen Dank, Heiko
Urban B. schrieb: > (GND) A----SPULE----B (GND): Strom fliesst weiterhin nach links, ist jetzt > aber über GND kurzgeschlossen, wird also sehr schnell gegen Null gehen Soweit hatte ich mir das auch schon überlegt. Allerdings hätte mich an dieser Stelle interessiert, was mit dem MOSFET passiert wenn er auf einmal negative Ströme leiten muss. Ist das dann nicht ein Problem?
Heiko P. schrieb: > Nochmals vielen Dank, Kein Problem ;-) wurstwasser schrieb: > Soweit hatte ich mir das auch schon überlegt. Allerdings hätte mich an > dieser Stelle interessiert, was mit dem MOSFET passiert wenn er auf > einmal negative Ströme leiten muss. Ist das dann nicht ein Problem? Hmm ich wüsste nicht, was da zum Problem werden könnte. Man kann aber natürlich nicht sagen, dass man dann einen Mosfet auch umgekehrt einbauen könnte wenn die Richtung des Stromes keine Rolle spielt. Denn verkehrt herum kann man den Mosfet ja nicht ausschalten, dann würde einfach die Diode den Strom trotzdem leiten... Aber ich kenne mich auch nicht im Detail aus mit Mosfets, ist nur meine persönliche Vermutung (die nicht so falsch sein kann weil es ja anscheinend so funktioniert in der Praxis ;-)
Hallo liebe community lieber Urban, ich habe eine Frage zur Kommutierung. Wann muss ich in die nächsten Zustand wechseln? Momentan basiert meine Kommutierung auf eine selbstgemachte Sinus-Kurve. Ich habe den Code so geschrieben, dass der nächste „Zustand“(pwm/fload/gnd)dann eintrifft, wenn das entsprechende Komparator-Ereignis eintritt. Solange macht der Prozessor nichts (wartet auf das Ereignis) Sobald Phase B größer als der Durchschnitt ist -> Zustand 1 Sobald Phase A kleiner als der Durchschnitt ist -> Zustand 2 Sobald Phase C größer als der Durchschnitt ist -> Zustand 3 Sobald Phase B kleiner als der Durchschnitt ist -> Zustand 4 Sobald Phase A größer als der Durchschnitt ist -> Zustand 5 Sobald Phase C kleiner als der Durchschnitt ist -> Zustand 6 Jedoch dreht der Motor sich nicht und stottert nur vor sich hin. Würde mich freuen wen ihr mir eure Erfahrungen bezüglich dies mitteilen könnts. Und vielen Dank für den sehr hilfreichen Artikel :D Grüße Basti
Miss einfach die Zeit, die zwischen dem letzten Kommutieren und dem eintreten des Komparator-Ereignisses läuft. Diese Zeit wartest du jetzt wieder ab bis zum nächsten Kommutieren. Aber auch ohne diese Zeitverzögerung sollte er laufen, er wird zwar warm, sollte aber halbwegs rund laufen. Achso, probiers völlig ohne Last, könnte durchaus sein, das er mit Last und ohne Zeitverzögerung nicht wirklich läuft. Ich bastel jetzt schon eine ganze Weile an einem Regler, der Anlauf macht bei mir mit Last noch ganz schön Probleme, meistens gehts, aber es gibt eben auch manche Versuche, da läuft er eben nicht richtig los, der Anlauf ist also ein wenig kniffelig. Deswegen erstmal ohne Last und am besten mit Hand den ersten SChwung geben, dann sollte er in deiner beschriebenen Konfiguration ohne Probleme laufen, wenn nicht, ist noch was anderes nicht ok. Dennis
Hallo! Ich versuche gerade den Artikel http://www.mikrocontroller.net/articles/Brushless-Controller_f%C3%BCr_Modellbaumotoren nachzuvollziehen, hab da aber ein Verständnisproblem bezüglich der abgebildeten Bemf-Schaltung: Der Sternpunkt spiegelt ja mehr oder weniger die halbe Versorgungsspannung wieder. Wenn ich den Motor jetzt so wie im Artikel mit 10-20V versorge, würde ich da ja im Mittel 5-10V als Vergleichsgröße auf den Komparator vom uC legen der mit zB 5V versorgt wird.(Sowohl Last als auch Logik haben ja vermutlich den gleichen gnd-Bezug, soll ja aus einer Batterie versorgt werden.) Übersehe ich da irgendetwas? lg Thomas
Hierzu musst du einfach den "Spannungsteiler" entsprechend Dimensionieren grüße
Sebastian Balz schrieb: > Hierzu musst du einfach den "Spannungsteiler" entsprechend > Dimensionieren > > grüße lol, hab scheinbar einen ziemlichen Knoten im Kopf gehabt, habs mir jetzt mal aufgezeichnet ist eh ganz logisch :) Danke! lg
Thomas schrieb: > lol, hab scheinbar einen ziemlichen Knoten im Kopf gehabt, Bist da nicht der einzigste, den hatte ich auch schon :-) Dennis
Hallo, beschäftige mich gerade mit folgendem Artikel: http://www.mikrocontroller.net/articles/Brushless-Controller_f%C3%BCr_Modellbaumotoren Dazu habe ich folgende Verständnisfrage bezüglich der Ansteuerung der drei Zustände für jeweils eine Phase. Je nach Zustand, ist ja jeweils die Phase in PWM-Mode,auf GND oder hängt in der Luft. Soweit ich das verstanden habe, ist im PWM-Mode, das Signal IN_A beim µC als Eingang definiert. Um auf GND zu schalten, denk ich, muss ich den Treiber abschalten. Wie ich aber den dritten Zustand erreiche kann, kommt mir grad nicht in den Sinn... Wäre nett, wenn ihr mir da kurz auf die Sprünge helfen könntet.
Hallo Elias, Elias Weiß schrieb: > Soweit ich das verstanden habe, ist im PWM-Mode, das Signal IN_A beim µC > als Eingang definiert. Richtig. Elias Weiß schrieb: > Um auf GND zu schalten, denk ich, muss ich den Treiber abschalten. Nein, wenn du den Treiber abschaltest (mit SD_A) hängt die Phase in der Luft (beide Mosfets sperren). Um auf GND zu schalten muss der Treiber aktiv sein, und IN_A aktiv auf Low gezogen werden -> Mosfet nach GND ist leitend. mfg
Danke für deine Erklärung! Jetzt hab ich da noch ne Frage bezüglich IN_A aktiv auf GND schalten. Nach meinem Verständnis, würde ich bei IN_A den Pulldown-Widerstand aktivieren. Da man ja den Pulldownwiderstand nicht fest einbauen kann. Sonst könnte man den Widerstand über einen Transistor zuschalten. Wie hast du das denn gelöst? mfg Elias
Elias Weiß schrieb: > Nach meinem Verständnis, würde ich bei IN_A den Pulldown-Widerstand > aktivieren. Nein, um IN_A auf Low zu ziehen musst du den I/O Pin auf Ausgang schalten und Low Pegel einstellen. Im Betrieb muss dieser Pin also immer abwechselnd als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden. Über die beiden Pins, welche IN_A und SD_A steuern, kannst du also mit der Software folgende Zustände erreichen: SD_A = Low (Ausgang): Beide Mosfets sperren --> Phase hängt in der Luft SD_A = High (Ausgang): - IN_A = floating (Eingang ohne PU/PD): Durch R20 wird ein PWM auf den Eingang des Treibers gelegt --> PWM auf Phase (abwechselnd VSS/GND) - IN_A = Low (Ausgang): Unterer Mosfet leitet --> GND auf Phase - IN_A = High (Ausgang): Oberer Mosfet leitet --> VSS auf Phase Der letzte Zustand wird für den BLDC jedoch gar nicht gebraucht.
Hallo Urban, vielen Dank für den tollen Artikel:) Daumen hoch. könntest Du uns den Schaltplan, Gerberdaten und Software für den BLDC-Controller auf den Abbildungen in Deinem Artikel zur Verfügung stellen? Man muss das Rad ja nicht neu erfinden. MfG Karsten
Hallo Karsten, Also hier habe ich den kompletten Schaltplan und das Layout (erstellt mit Eagle 5). Gerber Dateien kann ich leider nicht anbieten, da ich damals direkt die *.brd Datei dem PCB Hersteller geschickt habe... Die Software möchte ich lieber nicht öffentlich machen, da sie teilweise sehr provisorisch ist und leider nie fertig gestellt wurde (wenn ich mich richtig erinnere gibts nichtmal eine Möglichkeit um die Drehzahl vorzugeben, war glaub alles nur hardgecoded...). Ausserdem habe ich die Software noch vor meinem Studium geschrieben und jetzt schäme ich mich für den hässlichen Code xD Gruss, Urban
Hallo Urban, vielen Dank für die Rückmeldung und die Daten. Wenn Du zufällig noch eine Platine liegen hast, die Du mir verkaufen kannst, dann lasse es mich wissen ;) Wäre echt cool, wenn Dein Beitrag durch das Board mit Eagle-Daten und Software richtig perfekt wird. Vielleicht kannst Du mir Software ja per Mail zukommen lassen: karstenbrandt1@gmx.de Wenn ich eine funktionierende Software-Version habe, dann stelle ich die dem Forum hier auch zur Verfügung. Gruß Karsten
Hallo Urban, die Platine ist nun fertig. Ich warte noch auf das Vogelfutter in 0603. Ich hatte auch so meine Verständnisprobleme mit der Ansteuerung der IR2104-Treiber und wie das mit den auf Eingang schalten der entsprechenden PINs funktioniert. Ich würde im Artikel unbedingt noch erwähnen, dass wenn der PIN des ATmega168 als Eingang geschaltet ist, er als Source funktioniert und das PWM Signal über den Widerstand an Masse zieht (Das entspricht quasi einer Push-Pull-Ausgangsstufe). Das Signal IN_A (IN_B oder IN_C) ist dann Masse (LOw Pegel). Das LOW-Signal am IR-Eingang führt dann zum Öffnen des LOW-Side-Transistors. Ich habe die Schaltung parallel noch mit einem ATxmega aufgebaut, da der für mich noch weitere Vorteile bietet. Die Ports im ATxmega bieten noch weitere Konfigurationsmöglichkeiten im PIN-Outputmodus. Daher würde ich im Deinem Artikel unbedingt darauf hinweisen, warum Deine Schaltung bei aktivem output LOW-Pegel für die Ausgänge IN_A, IN_B und IN_C funktioniert. Ein Frage noch: Hat es einen Vorteil, wenn die Bildung des virtuellen Mittelpunktes aus den heruntergeteilten und gefilterten Spannungen der Einzelphasen vorgenommen wird? Bei vielen Applikationen wird der virtuelle Nullpunkt unabhängig von den Strangsignalen gebildet. D.h. der virtuelle Nullpunkt wird direkt an den Phasen über drei Widerstände gebildet. Das Signal des virtuellen Nullpunktes wird dann noch heruntergeteilt und gefiltert (wie den den einzelnen Strangsignalen auch). Gruß Karsten
Hallo Karsten, Karsten B. schrieb: > Ich würde im Artikel unbedingt noch erwähnen, dass wenn der PIN des > ATmega168 als Eingang geschaltet ist, er als Source funktioniert und das > PWM Signal über den Widerstand an Masse zieht (Das entspricht quasi > einer Push-Pull-Ausgangsstufe). Ich nehme an, das ist ein Schreibfehler und sollte eigentlich heissen "wenn der PIN des ATmega168 als Ausgang geschaltet ist"? Falls ja, dann stimme ich zu ;) Karsten B. schrieb: > Das Signal IN_A (IN_B oder IN_C) ist > dann Masse (LOw Pegel). Das LOW-Signal am IR-Eingang führt dann zum > Öffnen des LOW-Side-Transistors. Nein, ein Low Signal an IN_A/B/C führt nicht zum öffnen des Low-Side Transistors, sondern zum Schliessen des Low-Side Transistors und zum Öffnen des High-Side Transistors. Um beide Transistoren zu öffnen wird der "Shutdown" Eingang des Treibers benötigt. Karsten B. schrieb: > Daher würde ich im Deinem Artikel unbedingt darauf hinweisen, warum > Deine Schaltung bei aktivem output LOW-Pegel für die Ausgänge IN_A, > IN_B und IN_C funktioniert. Habe einen Satz im Artikel hinzugefügt: https://www.mikrocontroller.net/wikisoftware/index.php?title=Brushless-Controller_f%C3%BCr_Modellbaumotoren&diff=prev&oldid=92735 Karsten B. schrieb: > Hat es einen Vorteil, wenn die Bildung des virtuellen Mittelpunktes aus > den heruntergeteilten und gefilterten Spannungen der Einzelphasen > vorgenommen wird? Das kann ich auch nicht genau sagen, die Schaltung habe ich damals einfach so vom Mikrokopter Projekt übernommen. Was man aber teilweise auch sieht, ist dass der Mittelpunkt gar nicht aus den drei Phasen gebildet wird, sondern einfach nur VDD/2 (bzw. mit grösserem Teilerverhältnis um die Spannung an den ADC vom uC anschliessen zu können). Wie gut das funktioniert weiss ich nicht, aber im Prinzip beträgt die Sternpunktspannung eh immer etwa VDD/2... mfg
Hallo Urban, Urban B. schrieb: > Karsten B. schrieb: >> Das Signal IN_A (IN_B oder IN_C) ist >> dann Masse (LOw Pegel). Das LOW-Signal am IR-Eingang führt dann zum >> Öffnen des LOW-Side-Transistors. > > Nein, ein Low Signal an IN_A/B/C führt nicht zum öffnen des Low-Side > Transistors, sondern zum Schliessen des Low-Side Transistors und zum > Öffnen des High-Side Transistors. > Im Datenblatt des IR2104 steht, dass der High-Side-Transistor dem Eingangssignal folgt. Das Low-Side-Signal ist entsprechend invertiert zum High-Side, d.h. IN_A = High => High-Side Transistor leitend, Low-Side Transistor gesperrt. IN_A = LOW => High-Side Transistor gesperrt, Low-Side Transistor leitend. > Um beide Transistoren zu öffnen wird der "Shutdown" Eingang des Treibers > benötigt. SD-PIN = Low => beide Transistoren gesperrt, d.h. werden nicht angesteuert SD-PIN = High => Transistoren werden entsprechend dem Signal am IN_A Eingang angesteuert. Der IR2104 verhindert, dass beide Transistoren gleichzeitig offen sind. Wenn das so gemeint ist, dann bin ich bei Dir. > > Karsten B. schrieb: >> Daher würde ich im Deinem Artikel unbedingt darauf hinweisen, warum >> Deine Schaltung bei aktivem output LOW-Pegel für die Ausgänge IN_A, >> IN_B und IN_C funktioniert. > > Habe einen Satz im Artikel hinzugefügt: > https://www.mikrocontroller.net/wikisoftware/index.php?title=Brushless-Controller_f%C3%BCr_Modellbaumotoren&diff=prev&oldid=92735 perfekt ;) > > Karsten B. schrieb: >> Hat es einen Vorteil, wenn die Bildung des virtuellen Mittelpunktes aus >> den heruntergeteilten und gefilterten Spannungen der Einzelphasen >> vorgenommen wird? > > Das kann ich auch nicht genau sagen, die Schaltung habe ich damals > einfach so vom Mikrokopter Projekt übernommen. Was man aber teilweise > auch sieht, ist dass der Mittelpunkt gar nicht aus den drei Phasen > gebildet wird, sondern einfach nur VDD/2 (bzw. mit grösserem > Teilerverhältnis um die Spannung an den ADC vom uC anschliessen zu > können). Wie gut das funktioniert weiss ich nicht, aber im Prinzip > beträgt die Sternpunktspannung eh immer etwa VDD/2... Die Annahme von VDD/2 wird z.B. in der ATMEL-Note zum Thema BLDC gemacht. Ich habe Deine Schaltung nochmal etwas modifiziert und in 0805 ausgeführt. Die Platine ist etwas doppelt so groß und enthält nun auch Stiftleisten als Meßpins. Die einzelnen Bereiche (Leistungsstufe, Treiber und Controller) sind sichtbar getrennt. Das macht das Ausprobieren mit der Platine einfacher. Außerdem kann auch ein externer anderer Controller angeschlossen werden (wenn der auf der Platine nicht bestückt wird) Den Schaltplan werde noch hier noch Posten, wenn die Software fertig ist (wenn denn mein bestellter Testmotor irgendwann kommt). Vielleicht magst Du meinen Vorschlag in Deinem doch sehr verständlichen Tutorial übernehmen. Dann ist das eine sehr runde Angelegenheit mit Hardware und Software. Falls Du den Schaltplan vorab haben möchtest, dann kurze Mail an karstenbrandt1@gmx.de. Gruß Karsten
Karsten schrieb: >> Karsten B. schrieb: >>> Das Signal IN_A (IN_B oder IN_C) ist >>> dann Masse (LOw Pegel). Das LOW-Signal am IR-Eingang führt dann zum >>> Öffnen des LOW-Side-Transistors. >> >> Nein, ein Low Signal an IN_A/B/C führt nicht zum öffnen des Low-Side >> Transistors, sondern zum Schliessen des Low-Side Transistors und zum >> Öffnen des High-Side Transistors. >> > Im Datenblatt des IR2104 steht, dass der High-Side-Transistor dem > Eingangssignal folgt. Das Low-Side-Signal ist entsprechend invertiert > zum High-Side, d.h. > IN_A = High => High-Side Transistor leitend, Low-Side Transistor > gesperrt. > IN_A = LOW => High-Side Transistor gesperrt, Low-Side Transistor > leitend. Eben, wie ich geschrieben habe :) Mit "Schliessen" meinst du schon auch "leiten", und mit "Öffnen" = "sperren" (wie ein Schalter halt), oder? Falls nicht, würde das unser Missverständnis erklären... Karsten schrieb: >> Um beide Transistoren zu öffnen wird der "Shutdown" Eingang des Treibers >> benötigt. > SD-PIN = Low => beide Transistoren gesperrt, d.h. werden nicht > angesteuert > SD-PIN = High => Transistoren werden entsprechend dem Signal am IN_A > Eingang angesteuert. > Der IR2104 verhindert, dass beide Transistoren gleichzeitig offen sind. > Wenn das so gemeint ist, dann bin ich bei Dir. Jup, genau so habe ich es gemeint. Den Schaltplan kannst du ja einfach in diesem Thread posten, dann kann man im Artikel einen Link hierhin einfügen. Bezüglich Software, hast du dir schonmal überlegt diese unter einer Open Source Lizenz auf Github zu veröffentlichen? Das würde ich sehr cool finden. mfg Urban
Ich habe den Beitrag hier noch mal ausgegraben, weil das Wiki gerade auf der Foren-Startseite erwähnt wurde. Ein interessanter Artikel, wenn man ihn auf Anhieb auch so im Wiki finden würde. Statt "Bürstenlos..." zuschreiben, wurde hier Denglisch gewählt und das ist wenn man nach "Bürstenlos" sucht, nicht sonderlich Zielführend. Ich rege daher mal an das zu ändern. Das gilt auch für andere Beiträge. Nichts spricht dagegen die englische Bezeichnung mit der Deutschen zu verlinken. Wenn ein interessanter Beitrag im Wiki zu gut versteckt ist, nützt er nämlich niemanden etwas. Das wollte ich mal los werden.
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