Hallo, zuerst einmal möchte ich mich entschuldigen, falls meine Fragen etwas zu blöd sind. Vieles habe ich bestmöglichst versucht zu googeln, aber ein paar Fragen bzw. Unsicherheiten sind geblieben. Ich würde mich sehr freuen, wenn mir hier jemand weiterhelfen kann. Im Zuge einer Projektarbeit in der Schule muss ich einen Gleichstrommotor (12V/48W) zum Öffnen und Schließen von Fensterelementen realisieren. Zur Reduzierung des Einschaltstroms bzw. zur mech. Schonung ist ein Sanftanlauf vorzuisehen (mittels PWM). Außerdem wird eine Überstromabschaltung benötigt, die den Motor beim Überschreiten des 1,2-fachen Nennstroms stoppt. Der Leistungsteil muss mit diskreten MOSFETs erfolgen. Die Befehle zum Öffnen/Schließen kommen von 2 Tastern (Die ich noch nicht im Schaltplan habe). Gestoppt wird der Motor entweder nach Erkennung der Endlagen AUF/ZU, oder bei Überstrom. Eine geeignete Spannungsversorgung ist zu entwerfen. (aus der Steckdose) Da wir im Unterricht noch nie die Themen Überstromabschaltung oder PWM durchgearbeitet haben, würde ich gerne wissen wie man das in etwa realisieren könnte. Wenn jemand Fehler im Schaltplan entdeckt, bitte melden :) Vielen Dank schon mal im voraus, Fabian
Angehängte Dateien:
-
Schaltplan.PNG
500 KB
Das ganze ist übrigens nur in der Theorie zu erstellen also nur Schaltplan, Platinenlayout und Programm, jedoch kein mechanischer Aufbau. Fabian
Da fehlt aber noch ziemlich alles. Wo und wie misst du deinen Strom? Wie willst du die (oberen) Mosfets der Brücke ansteuern, die brauchen am Gate einige Volt mehr als die Motorversorgung um durchzuschalten? Schau mal für den Anfang bei Leistungselektronik und Treiber und suche vieleicht mal nach Ansteuerung von Schrittmotoren mit Stromregelung. So kannst du das dann auch machen.
Fabian P. schrieb: > Im Zuge einer Projektarbeit in der Schule muss ich einen > Gleichstrommotor (12V/48W) Das geht ja mit diesem Netzteil überhaupt nicht. Weder der +12V Spannungsregler noch die Gleichrichterdioden sind für solch einen Strom gedacht. Konservativ überschlagen, wirst du etwa einen 8-10A Gleichrichter (4A sind ja Nennleistung plus Anlauf/Überstrom) benötigen, und vermutlich solltest du die Motorspannung gar nicht regeln. Der Trafo muss die 4 Ampere locker liefern können, wenn hier die Spannung zusammenbricht, und unter etwa 8V fällt, funktioniert der 5V Regler nicht mehr gut. Als nächstes solltest du den 12V Zweig gut sieben mit Drossel und Elkos, damit von den Motorstörungen möglichst wenig auf den 5V Regler gelangen. D5 übrigens bewirkt, das sich C2 auf solche Motorspitzen aufladen könnte, das möchtest du wahrscheinlich nicht. Zur Entstörung in verseuchten 12V Kreisen siehe hier: http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23 Eine Überstrommessung hast du ja noch nicht. Im allgemeinen misst man dazu den Strom mittels eines niederohmigen Leistungswiderstandes im GND Kreis der H-Brücke, genannt Shunt. An diesem fällt eine Spannung ab, die dem Strom durch den Shunt entspricht, diese misst du dann mit dem AD Wandler des Mega. Für einen genaueren ADC ist es übrigens ratsam, AVcc nochmal gesondert über eine Drossel und Abblock-C zu versorgen (z.B. 100µH/100nF). An AREF noch einen 100nF gegen GND.
Dein Gleichrichter ist falsch beschaltet (D2 & D3)... Dein Atmel ist ein TQFP - SMD Gehäuse (32 Pins), der hat zweimal VCC & GND, beide sind auch angeschlossen, sollten aber jeweils einen eigenen Abblockkondensator erhalten. Dazu AVCC auch noch einen spendieren... Dann hast Du keine Gate-Widerstände ... ich empfehle den Einsatz von Gate-Treiber, bzw. gibt es auch fertige H-Brückentreiber für deine Mosfets, die sorgen dann auch für die erforderlichen Totzeiten --> http://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber Überstromüberwachung macht Du am einfachsten so wie es die H-Brücken Bausteine auch machen - im Fußpunkt (untere Mosfets nach GND) deiner H-Brücke einen kleinen Shunt-Widerstand bauen. Wenn über den Shunt die Spannung zu groß wird - messen mit einen Komperator, dann die Brücke abschalten, oder was auch immer passieren soll.
Du solltest dir die Polung der Dioden im Netzteil noch einmal ansehen.
Auch die Ansteuerung der Highside kann so nicht funktionieren. Bedenke, das bei einem MOSFet immer nur der Pegel zwischen Gate und Source bestimmt, ob er leitet oder nicht. Liegt die Source auf +12V, reicht selbst ein High am MC Ausgang nicht, um den MOSFet durchzusteuern, es sind immer noch -7V an seinem Gate und er sperrt. Du benötigst also Pegelkonverter für die Highside FET. Um die Lowside mit MC Pegeln durchzusteuern, benötigt es Logiklevel MOSFet. Auch hier muss aber das Gate geladen und entladen werden, je nach Gatekapazität sind dazu schon Ströme notwendig, die ein reiner MC Ausgang nicht liefert. Das hängt u.A. auch von der geplanten PWM Frequenz ab. Tue dir auch den Gefallen und verwende gleich die OC Ausgänge des MC zur Ansteuerung der H-Brücke. Das macht die Verwendung der Timer zur PWM Erzeugung einfach.
:
Bearbeitet durch User
Siehe Motoransteuerung mit PWM. Das alles nur theoretisch aufbauen? Bäh! Warum nicht real? Man kann sich ja auf einen Experimentaufbau beschränken. Denn theoretisch kann man jeden Mist zusammenreimen, ob der aber auch PRAKTISCH funktioniert ist eine andere Sache. Klar ist das Aufwand, und man wird sich auch mit diversen nervigen Kleingkeiten bei der praktischen Umsetzung rumplagen müssen. Aber DAS ist die Realität. >Der Leistungsteil muss mit diskreten MOSFETs erfolgen. Dafür braucht man eine H-Brücke, denn du must ja die Richtung ändern. Oder ein Wechslerrelais und einen MOSFET. Das würde ich empfehlen, das ist deutlich einfacher und der Aufgabe angemessen. >oder bei Überstrom. Eine geeignete Spannungsversorgung ist zu entwerfen. >(aus der Steckdose) Naja, klassisches Trafonetzteil mit Gleichrichter halt. Ein Schaltnetzteil geht hier DEUTLICH über dein Niveau hinaus. >Da wir im Unterricht noch nie die Themen Überstromabschaltung oder PWM >durchgearbeitet haben, Kann ich nicht ganz glauben. Was habt ihr denn durchgearbeitet? >Wenn jemand Fehler im Schaltplan entdeckt, bitte melden :) Warum hast du MOSFETs gemalt? Sind die aus der Eaglebibliothek nich schön genug? Schaltplan richtig zeichnen D6 und D7 sind überflüssig, Datenblatt RICHTIG lesen. Ein H-Brücke besteht aus DEUTLICH mehr als vier MOSFETs, vor allem mehr Know How! Darum mein dringener Rat. Nimm ein Wechslerrelais für die Richtungsumschaltung und EINEN MOSFET für die PWM, das reicht. Der Motor braucht keine superglatte Spannung, den versorgt man direkt aus dem Gleichrichter und Puffereleko. Vielen Dank schon mal im voraus, Fabian
@Falk Brunner: > Warum nicht real? Eine Vorgabe des Professors. Außerdem soll das ganze innerhalb von 4 Tagen fertig sein. > Eine H-Brücke besteht aus DEUTLICH mehr als vier MOSFETs Also bis jetzt hab ich immer NUR welche mit 4 FETs gesehen... wie z.B. auch in dem von dir oben angeführten Link. > Nimm ein Wechslerrelais für die > Richtungsumschaltung und EINEN MOSFET für die PWM, das reicht. Werde mal versuchen mich darüber schlau zu machen. > Was habt ihr denn durchgearbeitet? PWM schon auch, jedoch nur was dabei passiert und nicht wie man sie einsetzt. Danke für die vielen, schnellen Antworten. Fabian
Fabian P. schrieb: > Wenn jemand Fehler im Schaltplan entdeckt, bitte melden :) Jede Mange, vor allem aber ist es kein Schaltplan, sondern eine Frechheit. Weil DU zu faul bist, Liniehj zu zeichnen, muss jeder, der sich das Gewurschtel ansieht, ein Wortsuchspiel machen. "Wo taucht denn wohl das andere Ende von G2 auf und ist das eine das was ich gefunden habe, wirklich alle die daran angeschlossen sind?". Solche Symbole sind zum Übergang von einem zum andeern Schaltplanblatt da, und nicht als Wortsuchspiel auf einer Seite, dafür gibt es Linien. Strom misst man meist mit einem Shunt als Strommmesswiderstand, und ein uC hat meist einen A/D-Wandler so daß er Spannug von 0.5A problemlos einlesen kann, synchron ein wenig nach dem Einschalten des PWM an den Motor.
1 | +12V |
2 | | |
3 | +---+---+ |
4 | | | |
5 | -|I I|- |
6 | |S S| |
7 | +--(M)--+ |
8 | | | |
9 | -|I I|- |
10 | |S S| |
11 | +---+---+-- A/D-Wandler (Spannung=Strom*Shunt) |
12 | | |
13 | Shunt |
14 | | |
15 | GND |
Deine Schaltung ist natürlich Murks, weil du die oberen N-Kanal MOSFETs nicht einschalten kannst, dazu benötigst du deine Spannung von 22V. Dafür gibt es schöbne ICs wie ISL83202 oder LT1158 mit Strombegrenzung (damit bei einem Kurzschluss nichts kaputt geht).
Schule und Professor? Das klingt irgendwie eher nach Uni oder FH? Zu H-Brücke: In H-Brücken sind 4 Leistungsschalter, soweit richtig. Dies sind MOSFETs oder Bipolartransistoren oder... Dazu kommt aber noch allerhand Kleinkram zur Ansteuerung. Dann fehlen noch die Freilaufdioden! Ferner muß sihr gestellt sein, daß nicht die falsche Schalterkombination gleichzitig schaltet (Kurzschluß), etc. Unter bestimmten Bedingungen kann man bei einigen Fets mit schnellen Bodydioden auf die Dioden verzichten oder eine Ansteuerung mit aktivem Freilauf verwenden. Aber das ist für den Einstieg definitiv zuviel verlangt. Daher sind zunächst Freilaufdioden zu verbauen bis man die Dynamik des Stromes in dieser Schaltung soweit verstanden hat und die Steuerung soweit im Griff hat, daß die Dioden arbeitslos sind. Ansonsten würde man im realen Aufbau nur unzählige FETs rösten bis man eine funktionierende Lösung hat. Es ist nicht gerade optimal die Fets über den Port an dem der ADC hängt anzusteuern. So mußt du dann die Ansteuerung manuell in der Interruptrouine vom Timer erledigen. Außerdem benötigst Du wenigstens einen freien ADC-Eingang zur Messung. Weiterhin besitzt dieser Port eine eigene Stromversorgung um die ADC-Messung vom Rest etwas abzuschirmen was Störungen minimiert. Diesen Port dann als direkten Gatetreiber zu verwenden widerspricht dieser Idee. Das ist ein Grund mehr einen Gate-Treiber zu verwenden. Beim aktuellen Eindruck und in Anbetracht der Zeitknappheit stelle ich das Konzept mit dem 4-Quadrantensteller in Frage. Ich würde die H-Brücke separat aufbauen und damit die Drehrichtung permanent schaltend aufbauen, mit Relais, Bipolartransistoren oder mit N-Fets UND P-Fets um die Problematik mit begrenztem Duty-Cycle bei der Bootstrap-Schaltung bei Highside-Treibern für N-Fets zu vertagen. So bleibt nur noch eine einfache PWM-Leistungsstufe mit den gewünschten Mess- und Regelfunktionen hinzuzufügen. Man nehme die Idee von: http://www.pollin.de/shop/dt/Mzc5OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_Drehzahlsteller_fuer_Gleichstrommotoren.html oder http://www.pollin.de/shop/dt/MzQ3OTQ2OTk-/Motoren/Zubehoer/Drehzahlsteller_fuer_Gleichstrommotoren.html Und füge die H-Brücke hinzu. Das klingt zwar einfach, aber so wie es aussieht ist auch noch zu verstehen wann und wie man mißt, Regelung, Steuerung, Meßzeitpunkte synchronisieren und Wirkungsweise der einzelnen PWM-Modi etc. Die sehen zwar teilweise sehr ähnlich aus, aber gerade die unterschiedlichen Positionen im PWM-Muster, an denen der Interrupt erfolgt, gehören zu DEN wesentlichen Unterscheidungsmerkmalen. Das ist schon genügend Stoff für so kurze Zeit. Es sei denn das ist schon bekannter und angewendeter Stoff. Ansonsten kann die Software alleine schon viel Zeit benötigen für Neuland. Den Strom kann man entweder über einen Meßshunt ermitteln oder über den FET-Widerstand. Letzteres erfordert aber etwas genauere Kentnisse über den RDSon des Mosfet, wenn man absolut messen will. Wenn man nur relativ vergleichen will zwischen Nennlast, Leerlauf und Blockade am Anschlag... um Zustände zu erkennen, so geht das aber genau so einfach, wie mit einem Shunt. Dann braucht man nur die Werte untereinander zu vergleichen und nicht in Ampere umrechnen. In dem Falle ohne Meßshunt wäre in "schlechterer" Fet sogar einfacher, da ein höhrer RDSon leichter zu messen ist, ein steileres deutlicheres Signal erzeugt. Ich erwähne das nur, weil in einer der Schaltungen von Pollin ohne Shunt direkt am FET gemssen wird. Nicht daß dadurch Fragen aufkommen und kostbare knappe Zeit verloren geht. Die Messung erfolgt, entweder Tiefpaßgefiltert oder, wenn ungefiltert, zumindest mit dem PWM-Signal passend synchronisiert.
:
Bearbeitet durch User
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.