Hallo zusammen, Da mein neuestes Projekt nun eigentlich ganz gut läuft habe ich mich gefragt wie haltbar das wohl ist. Zum Projekt, falls jemand die ColorSplash USB-Lautsprecher kennt, sowas habe ich nachgebaut, also den Teil mit der Wassersäule nur etwas größer, konkret knapp 1 Meter hoch. Wens interessiert, hier gibts ein Video von dem Teil in Action :) https://www.youtube.com/watch?v=TicgnOhnUpw Kern des Ganzen ist eine 12V Tauchpumpe die ich mit einem Atmega8 per PWM und max. 7,5V ansteuere. Da darin mit Sicherheit ein 0815 Bürstenmotor verbaut ist frage ich mich inwiefern sich die PWM da negativ auswirkt, da da sicherlich dann vermehrt Funken entstehen da der Motor ja schnell ein und ausgeschaltet wird. Konnte dazu nicht wirklich was finden. Die PWM-Frequenz habe ich derzeit recht niedrig gewählt, damit der Motor nicht pfeifft. (Über dem hörbaren Pfeiffen wäre für meinen Mosfet zuviel, dann wird er zu heiß) Verringert PWM-Ansteuerung generell die Lebensdauer eines normalen Bürstenmotors und wenn ja ca. in welchem Ausmaß? Und inwiefern beeinflusst die PWM-Frequenz das Ganze? Viele Grüße, avlbger
Wenn du an den Motor ran kommst, dann verwende "Entstör-Kondensatoren" jeweils vom Plus und vom Minus-Pol des Motors direkt auf das Motor Gehäuse, damit sich die Kondensatoren bei Punkt 'G' am Gehäuse treffen (ASCII-Bild) ... Stefan L. schrieb: > Und inwiefern beeinflusst die PWM-Frequenz das Ganze? Ob und wie das bei PWM mit Entstörkondis klappt, und welche Kapazitäten (in Abhängigkeit der PWM?) verwendet werden müssen, weiß ich nicht so genau. Wie das mit dem "Entstören" oder "Funken-Löschen" bei dieser Anwendung genau funktioniert, weiß ich auch nicht - Lediglich das "HF-Artige Summen" das beim Wechsel der Wicklungen durch die Drehung entsteht, wird ziemlich "gedämpft" - und das kommt dann zumindest dem Mosfet, der Versorgungsspannung und dem Rest deiner Audio-Schaltung zugute - je nach dem wie du das Verdrahtest und Versorgt hast.
1 | -c- -c- |
2 | | \ / | |
3 | |___|____| |
4 | Plus--G--Minus |
5 | | | |
6 | | | |
7 | | Motor | |
8 | ---------- |
9 | || |
10 | || Achse |
11 | <<##>> |
Das hast du bestimmt selber auch schon mal so gesehen. (Spielzeuge, Modellbau, Etc..) Eventuell sind die Kondi´s sogar schon vorhanden, wenn es wirklich > ein 0815 Bürstenmotor ist. Damit kann der Motor etwas länger leben, und der Mosfet hat bestimmt auch nichts dagegen. Achja ich meinte "Kerkos", die seitlich aussehen wie braune Kleckse oder Tröpfchen. In Scheibchen geschnittene und anschließend bedrahtete Hasen- oder Ratten-Scheiße, rein optisch. Stefan L. schrieb: > frage ich mich inwiefern sich die PWM da > negativ auswirkt, da da sicherlich dann vermehrt Funken entstehen "Stromlose Momente" durchs PWM in den Kohlen oder Bürsten erzeugen gar keine Funken. Der Motor könnte in den Pausen zwar Strom "Rückspeisen", aber der Rest (Mosfet) ist ja i.d.R. auf "High-Z" - also fließt da auch nichts zurück, und es gibt "theoretisch" kurzzeitig keinen Stromfluss oder dessen Funken. Wenn der PWM-Puls dann wieder kommt, kann dieser sehr viel Strom in den Motor jagen - auch deutlich mehr als bei kontinuierlichem DC, - Da der Motor ja unter Last wieder "beschleunigt" werden muss, anstatt nur weiter zu laufen... Das "könnte" dann wiederum mehr Funken bilden und die gesamte Lebensdauer verkürzen... Stefan L. schrieb: > und wenn ja ca. in welchem Ausmaß? Ich würde eine Frequenz suchen, bei der der Motor möglichst leise ist, und keine "fremden Schwingungen" mehr erzeugt, und daher "in Resonanz (?)" auch wenig(er) Strom zieht - und unabhängig von PWM-DutyCycle mit dem angegebenen MTBF rechnen... Also den "PWM-Faktor" im Bezug auf Lebensdauer vergessen. Kann aber sein dass es Quatsch ist. Evtl gibts ja schon eine Daumen-Formel oder ne Art Kennlinie dafür: PWM-MTBF == MTBF-((Freq*I)/(Duty/2))... Alle Angaben ohne Gewähr, das sollte ggf. jmd. bestätigen oder korrigieren bzw. erweitern. Denn es würde mich - unabhängig vom TO-Projekt - auch interessieren. [Ich habe mir dein Projekt gar nicht angeschaut @ 64k-WAN, und bin grad echt viel zu müde. Das würde zu lange dauern -wenn ich glück habe ist es um 14:00 fertig gebuffert, damit ich beim Druck auf "Play" wieder neu Buffern darf. Typisch Yu2be hald. - Fang ich gar nicht erst an...] if(nonsense == 100% || sense != 42) { delete(this); } \\Thanks. Gute Nacht.
Stefan L. schrieb: > Kern des Ganzen ist eine 12V Tauchpumpe die ich mit einem Atmega8 per > PWM und max. 7,5V ansteuere. Da darin mit Sicherheit ein 0815 > Bürstenmotor verbaut ist frage ich mich inwiefern sich die PWM da > negativ auswirkt, da da sicherlich dann vermehrt Funken entstehen da der > Motor ja schnell ein und ausgeschaltet wird. Konnte dazu nicht wirklich > was finden. Dein SchaltFET wird sich sicher freuen, wenn du es nicht zur Funkenbildung (=Hochspannung) kommen läßt. Bei Relais oder anderen Induktiven Lasten verwendet man Freilaufdioden, die dafür sorgen, dass beim Abschalten des FETs der Strom durch die Spule trotzdem weiter fließen kann. Sonst würde auf Grund der Wirkung der Induktivität zusammen mit einer hohen Stromänderung eine hohe Induktionsspannung entstehen, deren Wirkung gemeinhin als Funke bezeichnet wird, wenn die Energie der Spule ihren Weg durch die Luft gefunden hat. Aber auch Halbleiter sind dagegen oft allergisch - auch wenn es dann oft nicht direkt funkt. Wenn er heiß wird, kann das auch an einem ganz anderen Effekt liegen - er schaltet wegen zu schwacher Ansteuerung nicht schnell genug.
Tim S. schrieb: > das sollte ggf. jmd. bestätigen oder > korrigieren bzw. erweitern. Die Frequenz muss vor allem so gewählt werden, daß der Strom nicht lückt. Also keine zu niedrige Taktfrequenz wählen, sonst gibt es starke Pulsströme, die sowohl Motor, als auch Schalttransistor belasten. Ob der Strom auch in den Pulspausen nahezu konstant bleibt, wird man ggf. bei ca. halber Drehzahl messen. Ist die Frequenz entsprechend hoch genug, so verhält sich der Motor in punkto Lebensdauer nicht anders, als ein Motor, der mit reinem Gleichstrom angesteuert wird. Er wird nicht wärmer als üblich, und es gibt keinen höheren Kollektor/Bürstenverschleiß. Die Motorinduktivität selbst sorgt dafür, daß am Kommutator ein nahezu gleichmäßiger Strom gegeben ist. Das kann sie aber nur bei ausreichend hoher Frequenz. Also Betrachtungen bzw. Betriebsweisen mit Strom null in den Pulspausen sind generell falsch. Die Freilaufdiode muss über die gesamte Pausenzeit den vollen Motorstrom tragen. Daher kann man Steuerungen gleich vergessen, die z.B. 10A Motorstrom zulassen, aber nur eine 1A-Diode haben. Die Funktion der Freilaufdiode ist nicht, einen kleinen Spannungspuls vom Motor kurzzuschließen, sondern sie muss während der gesamten Pause den Motorstrom aufrecht halten. Warum schreibe ich das alles? Man betrachte mal die Größe der Freilaufdioden diverser Pulsweitensteuerungen...dann weiß man bescheid (daß kaum einer bescheid weiß) ;-)
Nachtrag: o.G. gilt natürlich für einen belasteten Motor. Im Leerlauf darf (und wird) der Strom lücken...
Werner M. schrieb: > Wenn er heiß wird, kann das auch an einem ganz anderen Effekt liegen - > er schaltet wegen zu schwacher Ansteuerung nicht schnell genug. Daran hatte ich auch schon gedacht, aber bisher bei demselben Mosfet (IRL3803) mit derselben Ansteuerung (Gate direkt am AVR-Pin + 10K pulldown) bei einer deutlich stärkeren Last nie Probleme gehabt.. gut bei schnelleren PWM-Frequenzen über dem hörbaren ist der dann auch warm geworden. Tim S. schrieb: > Wenn du an den Motor ran kommst, dann verwende "Entstör-Kondensatoren" Der Motor ist fix im Tauchpumpemgehäuse vergossen, da komme ich leider nicht ran. 0815 schrieb: > Die Freilaufdiode muss über die gesamte Pausenzeit den vollen Motorstrom > tragen Ok, dachte bisher immer dass die nur für die Spannungsspitzen da wäre und deshalb nicht so groß dimensioniert sein muss. Dann muss ich mir wohl noch eine schnelle Diode besorgen die mehr als 1A kann, der Motorstrom beträgt max. 3A (allerdings im Dauerbetrieb.. Stromspitzen bei PWM können dann wohl deutlich höher sein vor Allem weil ich im Moment eine recht niedrige Frequenz habe. ca. 150 Hz) Wenn über die Diode wirklich so hohe Sßtröme fließen ist die eingebaute vermutlich eh schon hinüber wobei dann vermutlich der Mosfet schon das zeitliche gesegnet haben müsste, nicht Darüber wird es deutlicher hörbar und über dem hörbaren Spektrum wird der Mosfet zu heiß. (Push-Pull Ansteuerung des Mosfets würde da offenbar noch einiges bringen aber das ist mir im Moment zu kompliziert :) ) Im Prinzip funktioniert es ja so schon erstaunlich gut, Optimierungsbedarf ist aber sicher noch :) Viele Grüße, avlbger
Bei schnellem PWM muss die Diode ähnlich viel Strom leiten wie der MOSFET. ggf. wird die Diode sogar wärmer als der MOSFET, weil da mehr Spannung abfällt. Die Diode im MOSFET selber wirkt nur bei einer Brückenschaltung als Freilaufdiode, sonst ist die an der falschen Stelle. Bei langsamem PWM mit längeren Pausen, bekommt die Diode schon nur Pulse ab. Schnell muss die Diode nur sein, wenn der Strom in den Pausen nicht mehr auf 0 zurückgeht. Den IRL3803 oder einen ähnlich großen MOSFET direkt vom µC Pin zu steuern geht relativ langsam - entsprechend entstehen bei jedem Schalten deutlich Verluste. Für 3 A könnte es mit einem kleineren MOSFET wie IRLR8721 noch gehen.
Ich würde die Frequenz so hoch wählen das du die PWM mit einem LC-Glied schon glätten kannst, so sieht der Motor keine Unterbrechungen sondern einfach nur statt gepulster 12V Impulse eben glatte z.B. 8V. Freilaufdiode nachrüsten wurde ja schon genannt damit der Transistor nicht an einem Induktiosimpuls stirbt.
Thomas N. schrieb: > die PWM mit einem LC-Glied > schon glätten kannst, so sieht der Motor keine Unterbrechungen LC würde zusätzliche Verluste bedeuten. Dabei kann die Motorinduktivität selbst dieser Aufgabe genau so gut nachkommen. Wenn der Strom nicht lückt, sind Spannungsänderungen am Kollektor sehr egal. Ulrich H. schrieb: > Bei langsamem PWM mit längeren Pausen, bekommt die Diode schon nur Pulse > ab. Ja, aber dann ist die Frequenz viel zu niedrig. Natürlich gibt es sehr unterschiedliche Motorgrößen und -typen, und daher sehr unterschiedliche Frequenzen. Aber bei richtiger Abstimmung gibt es (bei Belastung des Motors) keine Strompausen. Ist ganz ähnlich wie bei Abwärtsreglern. Man kann sich einen belasteten Motor, der auf halber Nenndrehzahl läuft, in etwa wie eine starke Z-Diode vorstellen, der eine Induktivität in Reihe geschaltet ist. Hat diese "Diode" z.B. 6V, und die PWM arbeitet an 12V mit 50% on-time, so muss die Induktivität zwischenspeichern, und während der Pausen ebendiese Energie wieder an den Motor abgeben. Anders ausgedrückt, ein induktivitätsfreier DC-Motor wäre gar nicht über eine PWM ansteuerbar. Es gäbe nur extreme Pulsströme, und alles würde heiß, nur Drehmoment käme nicht auf. Lässt man aufgrund zu niedriger Frequenz auch nur eine kleine Strompause zu, so kann dieser Motor niemals sein volles Drehmoment erbringen. Es würde daran auch nichts geändert, wenn der Motor z.B. während der 50% on-time den doppelten Strom bekäme. Denn Motoren sind alles Andere als ideale Bauteile. Und selbst wenn er ideal wäre würden noch immer die Verluste/der Kollektorverschleiß bei dieser Betriebsart steigen. Gerade beim Wunsch des TO nach langer Lebensdauer ist ein dauerhafter Strom im Motor unabdingbar.
Ulrich H. schrieb: > Den IRL3803 oder einen ähnlich großen MOSFET direkt vom µC Pin zu > steuern geht relativ langsam - entsprechend entstehen bei jedem Schalten > deutlich Verluste. Für 3 A könnte es mit einem kleineren MOSFET wie > IRLR8721 noch gehen. Ich habe vor das Ganze noch ein zweimal nachzubauen und diese Aufbauten dann an Bekannte weiterzugeben. Darum wäre mir natürlich recht wenn es auch ein wenig hält und nicht nach ner Woche den Geist aufgibt.. Mein Erstversuch hält sich von dem her schon deutlich länger und das Teil ist ja nichts was man jeden Tag stundenlang laufen lässt.. mal sehen. IRLU8721 (ist ja nur ein anderes Gehäuse wie dein vorgeschlagener IRLR8721) habe ich rumliegen, ich kann es ja damit mal versuchen. Bin gespannt ob der kleinere Mosfet dadurch dass er vom Pin schneller geschaltet werden kann tatsächlich kühler bleibt. Hab über das Problem der Gatekapazität ja schon öfters gelesen aber bisher nicht großartig beachtet, muss ich wohl ändern :) Eine größere Diode werde ich auch einbauen und auch mal das Oszi ranhalten und schauen was da eigentlich davor und danach so los ist. Hatte ja erst das Problem dass mein MC sich ab und zu resetted hat und ich rausfinden wollte warum.. lag daran dass die Versorgung zu sehr eingebrochen ist wenn die Pumpe startete was ich mit einem zusätzlichen Elko am MC VCC verhindern konnte. (Test-SNT ist etwas schwachbrüstig, da muss noch ein anderes her.) Herzlichen Dank an Alle für die hilfreichen Antworten.
Ein LC Filter kann schon sinnvoll sein, aber weniger um den Motorstrom als ganzes zu filtern, sondern um Funkstörungen durch HF Anteile zu vermeiden. Ohne die Spule wird der Funkentstörkondensator am Motor auch hart umgeladen, was zusätzliche Verluste für den MOSFET bedeutet. Die Induktivität darf dafür auch relativ klein sein. Die Freilaufdiode sollte schon schnell sein, und muss vor allem an die richtige Stelle: Vom MOSFET Drain zum Pufferkondensator für die Versorgung, der dicht am MOSFET ist. Beim Kondensator sollte es nicht nur eine ELKO sein, sondern auch eine Keramischer (oder Folie) 100 nF oder besser 1 µF dazu.
Ulrich H. schrieb: > Die Freilaufdiode sollte schon schnell sein, und muss vor allem an die > richtige Stelle: Vom MOSFET Drain zum Pufferkondensator für die > Versorgung, der dicht am MOSFET ist. Beim Kondensator sollte es nicht > nur eine ELKO sein, sondern auch eine Keramischer (oder Folie) 100 nF > oder besser 1 µF dazu. Ich habe jetzt nochmal ein wenig experimentiert und eine Diode UF 5408 zwischen Drain am Mosfet und der Versorgungsspannung der Pumpe eingesetzt. Das hat zu einem hörbar ruhigeren Motorlauf geführt und zu einem mehr als deutlichen Temperaturabfall am Mosfet.. der war vorher bei der ungünstigsten PWM-Einstellung (~ 15% Duty Cycle) gut bei 70°C und nun Zimmertemperatur freu Der 100nF KERKO ist natürlich sowieso verbaut den habe ich nicht extra erwähnt weil der ja quasi standardmäßig rein gehört. vg, avlbger
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