Motor PWM Problem

Daß ihr immer die Gatekapazität vergesst...

Was für einen FET haste denn genommen? Woher kommt die Notwendigkeit für 
15kHz? Für so einen recht dicken Gebläsemotor reichen 50-100Hz.

Ein AVR-Pin schafft's niemals, einen Leistungs-FET bei 15kHz mit 
ausreichend steilen Flanken zu treiben. Als Folge davon schaltet der FET 
nur recht langsam und erzeugt im Ziehbereich Abwärme.

Also entweder PWM-Frequenz runter oder einen Gate-Treiber verwenden.

Ein IRLZ34 wäre da besser geeignet, das ist ein Logiklevel-FET und hat 
eine deutlich geringere Gatekapazität, 4200pf zu 880pf.

@  Werner (Gast)

>Bei 100Hz hört man aber ein Brummen von dem Motor, das ist nicht sehr
>schön im Auto. Wäre es dann nicht besser auf >25khz zu gehen?

Warum nicht 1 MHz?
Im Ernst, das ist von Motor zu Motor verschieden. Aber wie immer gilt.

So langsam wie möglich, so schnell wie nötig.

@  Werner (Gast)

>http://www.neufeld.newton.ks.us/files/electronics/...

genauso unsinnig.

>Der Mosfet wird aber immer noch zu warm, bzw mit Transistor bleibt er
>schon etwas kühler als zuvor.

Mach es richtig. LogiC Level MOSFET ala IRLZ34N und mit 5V CMOS Gatter 
treiben. Ein AVR reicht.

Beitrag "Re: Transistor, 1A, 4MHz Schaltfrequenz"

Und dann eine MODERATE PWM-Frequenz wählen. 1-5 kHz.

Ach ja, ne Freilaufdiode wäre nicht schlecht. Siehe

Motoransteuerung mit PWM

@  Werner (Gast)

>Hm, dann werde ich mir wohl oder übel den IRLZ34N bestellen müssen.

Es gibt auch andere Logic Level MOSFETs, wahrscheinlich auch bei Pollin.

>Aber normalerweise müsste es doch auch mit meinem Mosfet gehen?

Nein. Deiner hat 2-4V Threahold Voltage, bei 5V am Gate ist nur minimal 
aufgesteuert.

http://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Erkl.C3.A4rung_der_wichtigsten_Datenblattwerte

Und vergiss nicht die Freilaufdiode! Sonst verheizt du MASSIV Einergie 
in deinem MOSFET, auch bei korrekter Ansteuerung. MBR750 oder so.

@  Werner (Gast)

>Mein Gate wird mit 12V angesteuert.

ja, aber über einen viel zu großen 10k Widerstand!

> Mit der obrigen Schaltung
>funktioniert es jetzt, es lag tatsächlich an der fehlenden
>Freilaufdiode.

>Die PWM Frequenz beträgt jetzt 244Hz,

Dein Glück, dass bei der niedrigen Frequenz nur wenig geschaltet wird 
und damit nicht soviel Leistung verheizt wird.

> damit wird der Mosfet nicht warm. Bei 15khz allerdings schon.

Logisch, siehe oben.

@  Werner (Gast)

>Frequenz ich am besten wählen sollte, so um de 100-500hz brummt alles.
>Nicht gerade angenehm im Auto. Ich habe es mit 15khz probiert, hier
>dreht sich der Motor jedoch fast garnicht bzw fängt erst ab einem
>Tastverhältnis von 80% an sich zu drehen.

Weil der Treiber grauenvoll ist.

> Bei 30khz bewegt sich
>garnichts. Ich möchte es möglichst nicht hörbar haben.

1.) Besorg dir einen IRLZ34N und klemm ihn DIREKT an den AVR
2.) Probier den Bereich zwischen 500-20kHz durch.

Werner schrieb:
> Ich habe es mit 15khz probiert, hier
> dreht sich der Motor jedoch fast garnicht bzw fängt erst ab einem
> Tastverhältnis von 80% an sich zu drehen. Bei 30khz bewegt sich
> garnichts.

Du musst zuerst mal feststellen, bis zu welcher Frequenz die Schaltung 
noch vernünftig arbeitet und nicht zuviel Schaltverluste produziert => 
mit Oszi den Signalverlauf und mit Finger die Temperatur messen.
Wenn dann der Motor damit nicht glücklich wird (weil Frequenz zu hoch), 
kannst Du ja noch ein LC-Filter dahinter schalten.

Gruß Dietrich

@  Werner (Gast)

>So ich habe jetzt mal den Schaltplan geuploaded. Habe jetzt einen
>anderen Mosfet Treiber mit zwei Transistoren gemacht statt einem.

Lass es einfach bleiben. Du bist lernresistent. Dein "Treiber" ist 
keinen Pfifferling wert. Der ist, trotz Transitoren, schwach. Und dein 
Optokoppler ne lahme Krücke.

Werner schrieb:
> So ich habe jetzt mal den Schaltplan geuploaded.
Oder upgeloaded oder loadgeupped? Warum nicht einfach "hochgeladen"?
Seis drum...

> So ich habe jetzt mal den Schaltplan geuploaded.
1. ersetze den Optokoppler durch einen npn-Transistor
2. mach den 10k Pullup R2 deutlich kleiner (max. 2k2)
3. das selbe mit dem R3 (1k)
4. die Freilaufdiode fehlt schon wieder
5. der Mosfet hat immerhin 4nF Gatekapazität, da wäre der schon öfter
   erwähnte IRLZ34 mit knapp 900pF deutlich leichter handzuhaben...

@  Grübler (Gast)

>Der "Treiber" aus T1 und Q1 funktioniert
>doch nie und nimmer!

Doch, wenn gleich schlecht.

>Wenn der NPN im Optokoppler durchschaltet,
>sollte wohl auch Q1 durchschalten.

Nö. Dann zieht der Optokoppler, verstärkt durch Q2 das gate von Q1 auf 
Masse.

> Aber wo
>sollte den der Basisstrom für Q1 herkommen.

Q1 ist der MOSFET, der hat keine Basis.

>Wenn der NPN (OK1) sperrt, wie sollte dann der
>Basisstrom aus den Widerständen in T1

Tut er auch.

>fließen? Strom fließt nur im geschlossenen
>Stromkreis.

Sicher, wo ist das Problem. Zeichne mal die Stromkreise ein. T1/Q1 ist 
ein Gegentaktverstärker, bestehend aus zwei komplementären 
Emitterfolgern.

>Warum überhaupt einen Optokoppler?

Panikkoppler.

>Bei ind. Last steigt der Strom nach
>einer e-Funktion.

Sicher.

> Die Pulszeit
>muss daher wenigstens so lang sein,
b>is der Strom auf seinen Endwert kommt.

Nö. Da hast was mit den Schaltreglern nicht verstanden. Theoretisch kann 
man bei induktiver Last eine sehr hohe Schaltfrequenz wählen, der 
Stromripple sinkt damit. Praktisch natürlich eher nicht, weil der 
Schalter und die Dioden Grenzen haben.

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html

Probier es aus. Ue 12V, Ua=5V, Ia =1A, f 10kHz L =1mH. Nun ändere mal f 
und L.

@Werner (Gast)

>lernresistent, jedoch ist der genannte IRLZ34 nichts für mich, da der
>Mosfet ja auch den Blockierstrom des Motors aushalten muss(hab ich mal

Falsch. In der Klasse baut man eine Strommessung und Begrenzung mit ein. 
Kostet wenig Aufwand im Verhält is zum Nutzen.

>Des weiteren möchte ich nicht umbedingt etwas bestellen, nur weil ich
>einen anderen Mosfet brauche, das lohnt sich nicht für mich.

Na dann murkse mal weiter so rum.

>Mein Gate wird mit 12V angesteuert. Mit der obrigen Schaltung
>funktioniert es jetzt, es lag tatsächlich an der fehlenden
>Freilaufdiode. Die PWM Frequenz beträgt jetzt 244Hz, damit wird der
>Mosfet nicht warm. Bei 15khz allerdings schon.

Werner schrieb:
> So jetzt funktioniert soweit alles. Nur weiß ich nicht welche PWM
> Frequenz ich am besten wählen sollte, so um de 100-500hz brummt alles.
> Nicht gerade angenehm im Auto. Ich habe es mit 15khz probiert, hier
> dreht sich der Motor jedoch fast garnicht bzw fängt erst ab einem
> Tastverhältnis von 80% an sich zu drehen. Bei 30khz bewegt sich
> garnichts. Ich möchte es möglichst nicht hörbar haben.

Auch wenn hier das Hauptthema der Mosfet und seine 
Ansteuerung/Schaltgeschwindigkeit ist, so klingt speziell dies nach 
einer zu langsamen Freilaufdiode.

Ganz grob wenn auch im Detail nicht perfekt korrekt:

1. Fet Schaltet durch, Diode ist gesperrt, Motortrom wird eingeprägt.

2. Fet sperrt, Freilaufdiode wird aktiv und leitet den induzierten 
Stromfluß ab.

3. Fet schaltet wieder durch. Eine leitende Diode ist wie ein leitender 
Fet während der leitenden Phase in beide Richtungen durchlässig. Die 
Diode benötigt die Zeit T(rr) (Time reverse recovery) um wieder zu 
sperren. Solange haben wird einen Kurzschluß und die Energie geht nicht 
oder nur unwesentlich durch den Motor, sondern wird hauptsächlich in der 
Diode und dem Fet in Verlustwärme umgesetzt. Die T(rr) ist 
Diodentypbhängig!

4. Fet leitet, Diode ist wieder gesperrt, der Motor wird wieder 
angetrieben...

Phase 3 und 4 finden während der ON-Zeit T(on) der PWM statt. Phase 3 
ist bei bestehender Schaltung durch die Wahl der Diode mit T(rr) fest 
vorgegeben. Dadurch bleibt für Phase 4 nur der Rest der On Zeit, was ich 
nun T(Rest) taufe. Es gilt also

T(Rest) = T(on)- T(rr)

Nur während dieser Zeit wird der Motor angetrieben, nicht während der 
ganzen ON-Zeit. Mit steigender PWM-Frequenz nimmt die Intervallzeit und 
somit auch die maximal mögliche On-Zeit ab. Darum muß bei steigender 
Frequenz das Tasverhältnis angehoben werden damit noch etwas für T(Rest) 
übrig bleibt. Nur ist spätestens bei 100% Schluß.

Darum läuft es bei 244 Hz, bei 15 kHz erst ab einem Tastverhältns von 
80% und ab 30 kHZ gar nicht. Selbstverständlich kann man das ganze auch 
noch analog für die Schaltzeiten des Fets betrachten. Aber das tun wir 
hier ja schon die ganze Zeit. Beide Effekte verstärken/verschlimmern 
sich mit zunehmender PWM-Fequenz.

Darum benötigt man für eine PWM mit zunehmender Frequenz nicht nur 
schnellere Fet-Schaltzeiten sondern auch zunehmend schnellere Dioden 
oder gleich Schottkys.

Wenn ich mir so den Thread betrachte, bekomme ich den Eindruck, daß 
einfach irgendeine Diode genommen wurde, nachdem sie zuerst vergessen 
wurde. Nachdem also schon festgestellt wurde, daß man für 5 Volt 
Logilevel-Fets benötigt oder einen Treiber und das man für PWM den 
Gate-Ladestrom nicht mit hochohmigen Widertänden in den unteren 
Milliamperebereich drücken sollte ist die Diodenauswahl die 
nächstliegende Baustelle.

Dies wird nun nicht etwa dadurch obsolet, daß man anstelle einer 
Kombination aus Mosfet und Diode einen 2-Quadrantensteller einsetzt. Das 
Gegenteil ist der Fall! Man hat die Gleiche Situation, nur daß man nun 
noch zusätzlich die "Diode" (nun durch den zweiten Fet ersetzt) 
intelligent steuern muß.

Während eine Diode zwar mit den genannten Nachteilen, durch T(rr) 
verzögertes Sperren und einem Spannungsabfall in Höhe der Diodenpannung, 
noch selbstständig erkennt wann zu sperren ist, so braucht man bei einem 
2-Quadrantensteller entweder einen integrierten Baustein der diese 
Steuerung ebenfalls integriert oder aber man braucht eine seperate 
Steuerung. Übrigens braucht auch ein Fet Zeit zum sperren.

Die "Diode" (jetzt Fet) einfach synchron zum ersten Fet mitlaufen zu 
lassen ist nicht ausreichend. Dabei kann es passieren, daß die 
Generatorspannung !noch während der off-Phase! den Motorstrom auf 0 
bringt und den Stromfluß im Motor sogar umzukehren vermag. Wenn dieses 
nicht gewollt ist, ist sicherzustellen, daß der Strom während der 
Off-Phase nicht auf 0 fallen kann oder der Zweite Fet, welcher die Diode 
ersetzt, muß rechtzeitig sperrend geschaltet werden.

Wer also Probleme damit hat einen 1-Quadrantensteller sauber ans Laufen 
zu bekommen, macht es ich mit einem 2-Quadrantensteller nicht unbedingt 
leichter. Leichter wird es dann nur unter Verwendung von Fertiglösungen 
die diese Problematiken intern schon abgehakt haben.


Viele Grüße

Carsten