Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik BLDC-Regler Auslegung Leistungsteil


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von Detlef S. (zeche1)


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Hallo,

ich brauche dringend Hilfe bei der Auslegung meines Leistungsteil für 
einen BLDC-Regler. Ich möchte die FETs direkt ansteuern. Die Schaltung 
für eine Phase befindet sich im Anhang.

Die Daten des BLDC-Motors:
Stromaufnahme:    70 A
Spannung:    11,1V-22,2V
Leistung:    1200W
Drehzahl:    34000 1/min bei 14,8V
U/min pro V:    2300

Der verwendete Akku:
Spannung: 7,4V
Kapazität: 5400mAh

Der BLDC-Regler wird in ein RC-Car verbaut. R14 ist eine Pullup 
Widerstand, R15 soll zur Strombegrenzung sein, R14 Basiswiderstand. Kann 
mir jemand Hilfestellung geben?

Liebe Grüße

von Detlef S. (zeche1)


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Der ursprünglich verbaute Regler hatte folgende Daten:

Stromaufnahme:    120 A Dauerbelastung, 700 A Kurzeitbelastung
Spannung:    6V-14,8V

von Thomas H. (nanana)


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Detlef Schwarz schrieb:
> Die Daten des BLDC-Motors:
> ...
> Spannung:    11,1V-22,2V
> ...
> Der verwendete Akku:
> Spannung: 7,4V
> ...

Merkste was? Der Motor ist für höhere Spannungen --> Leistungen gebaut. 
Zwei Zellen lassen den völlig kalt (wörtlich zu nehmen). Warum der 
unnötige Ballast?

Detlef Schwarz schrieb:
> R15 soll zur Strombegrenzung sein

Das wird eher nicht funktionieren.

: Bearbeitet durch User
von Ulrich H. (lurchi)


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Die IRF540 sind schon eher klein und für zu hohe Spannung. Trotzdem 
dürfte die Ansteuerung bereits zu langsam sein. Ohne einen Extra MOSFET 
Treiber wird das nichts werden - für 2 N-Kanal FETs je Spule braucht man 
auch eine andere Schaltung, mit Hilfsspannung/bootstraping. Genau das 
liefern die fertigen Treiber.

von Detlef S. (zeche1)


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Hi Thomas,

ich habe nur die Komponenten verwendet die im gekauften  RC-Car verbaut 
waren.

Gruß Detlef

von Detlef S. (zeche1)


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Hi Ulrich,

ich habe nicht viel Anhnung und Erfahrung auf dem Gebiet. Könntest du 
mir evtl. einen Treiber und passige Mosfets empfehlen? Ich habe überlegt 
einen IR2110 Treiber zu verwenden. Für die Ansteuerung mit FET-Treiber 
und Bootraping Kondensator konnte ich einiges hilfreiches im Internet 
finden. Danke dir für dein Beitrag.

Gruß Detlef

von Stampede (Gast)


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Der IR2110 ist zwar für höhere Spannungen gedacht, und du musst dir 
keine Gedanken bzgl. shoot-through machen.
Maxim und Microchip haben auch Treiber im Programm, zB den TC4428A.

Und bitte, vergiss den komischen Treiber aus deinem ersten Beitrag.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Die Ansteuerung des oberen Schalters mit BC546 ist gaenzlich ganz 
falsch.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Du wirst mit deinen 7,4V nicht sehr weit kommen mit Treiberbaustein. 
Schau dir doch bitte mal ein paar BLDC Elektroniken an und probier 
erstmal nicht, das Rad neu zu erfinden. Für deine Anwendung wird 
vermutlich ein Komplementärpaar pro Halbbrücke vorteilhafter sein 
(P-Kanal für die Highside und N-Kanal for die Lowside).

http://hackaday.io/project/1490-openbldc

http://open-bldc.org/wiki/Open-BLDC

von MaWin (Gast)


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Detlef Schwarz schrieb:
> ich brauche dringend Hilfe bei der Auslegung meines Leistungsteil

An deiner Schaltung ist so ziemlich alles falsch.

Der obere IRF540 kann nicht durchsteuern mit einer Spannung von VCC, der 
will VCC+10V sehen.

Der untere IRF540 kann nicht durchsteuern bei einer Spannung von 5V aus 
dem 74HC08.

Ein IRF540 kann keine 70A.

Es werden bei 7.4V Nennspannung, also 8.4V Vollladespannung, 
glücklicherweise keine 70A fliessen (die wohl die Stromaufnahme für alle 
3 Phasen darstellt), sondern eher 40A. Damit bringt dein Motor kein 
1200W sondern eher 350W, wenn der Akku zu Ende geht bei 5V eher nur 
120W.

R14 und R15 im k-Ohm Bereich werden kein ausreichend schnelles 
Umschalten erlauben.

Auf gut Deutsch: Dir fehlen dermassen viele Grundlagen, daß auch 
weiteres Lernen nicht zum Erfolg führen wird. Kauf dir einen fertigen 
Regler und sorge für ausreichende Betriebsspannung. Dein mickriger Akku 
hätte bloss (grosszügig gerechnet) für 5 Minuten Fahrt gereicht.

von Detlef S. (zeche1)


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Ich habe noch vergessen zu erwähnen, dass ich das Fahrzeug mit zwei 
Akkus betreiben kann (VCC 14,8 V). Mit einem Komplementärpaar wollte ich 
meinen Leistungsteil aufbauen (s.h. Anhang). Aber hier ist womöglich die 
Ansteuerung zu langsam. Danke für die Seiten. Aber ich möchte den LPC 
1769 (mbed) und nicht eine Arduino verwenden.

Gruß Detlef

von Detlef S. (zeche1)


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Hallo MaWin,

an den RC-Car (gekauft) ist nichts geändert (Motor Thrust KV2300 mit 
einen Absima LiPo 7,4V). Kann sein das meine Quelle zu diesem Motor 
falsche Daten ausgeben hat.

Für den Leistungsteil meines Motors habe ich mich auf folgenden Quelle 
bezogen:

http://www.daedalus.ei.tum.de/index.php/de/archiv/bldc-regler

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Detlef Schwarz schrieb:
> Aber ich möchte den LPC
> 1769 (mbed) und nicht eine Arduino verwenden.

Das ist völlig wurscht, meinetwegen nimm einen COP oder einen CDP1802 - 
am Leistungsteil ändert sich da überhaupt nichts, vorausgesetzt du bist 
auf dem LPC zuhause. Wenn der MC auch noch ungewohnt ist, musst du dich 
sowieso erstmal mit seinen Peripherien beschäftigen.

Wenn du den NXP benutzen willst, musst du halt ein wenig 
'out-of-the-box' denken. Anregungen aus funktionierenden Projekten sind 
da auf jeden Fall sinnvoll. Evtl. soll dein Projekt ja auch mal fertig 
werden und nicht irgendwann wg. Problemen im Leistungsteil in der Ecke 
landen.
Ich zitiere mal aus dem o.a. Artikel:

>Bei meinen Tests der Leistungsstufe sind leider mehrere Treiber kaputt
>gegangen. Da ich nicht immer herausfinden konnte woran das lag,
> hab ich mich dafür entschieden keine FET-Treiber zu verwenden
> und die FETs statt dessen direkt anzusteuern.

Klassisches Beispiel für Reparieren am Symptom. Als ob es mit dem 
bipolaren Murks besser ginge, wenn man sich nicht mal die Mühe macht, zu 
schauen, warum die Treiber zerstört werden. Immerhin laufen die Dinger 
in Industrieanwendungen jahrelang ohne Probleme. Ich lasse mit IR2110 
als Treiber 4kW Maschinen laufen, tagaus, tagein.

: Bearbeitet durch User
von Stephan H. (stephan2807)


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Fang auf jeden Fall erst mal mit nem kleineren Motor an. Bei der Menge 
an Fehlern im ersten Design gibt das sonst nur Rauchwolken (keine 
Wölkchen wie mit nem kleinen Motor) und viel Kummer.

Ein IRF540 war für < 20V und 70A noch nie zeitgemäß.

Hast du evtl. noch ein paar solide Daten zum Motor / Regler?
Je nach Hersteller / Quelle sind die Angaben signifikant unterschiedlich 
zu bewerten. Bei den 700A Kurzzeitbelastung tauchen bei mir spontan 
viele Fragezeichen auf.
Zusatzfrage: sensored?

Warum kaufst du eigentlich keinen fertigen Regler? Die Anforderungen 
scheinen mir nicht arg speziell. Ein Eigenbau wird teurer kommen (ohne 
die geschmolzenen Bauteile  Motoren  Akkus).

MaWin schrieb:
> Es werden bei 7.4V Nennspannung, also 8.4V Vollladespannung,
> glücklicherweise keine 70A fliessen (die wohl die Stromaufnahme für alle
> 3 Phasen darstellt), sondern eher 40A.

Hängt vom Regler ab. Ein guter BLDC mit echten 70A@4s max. über 60+ 
Sekunden wird weniger als 20mOhm Innenwiderstand haben. An 2s verträgt 
der dann zwar nur noch ca. 50A wegen schlechterer Kühlung, es können 
aber immer noch Ströme von 300A fließen wenn der Regler nicht begrenzt 
und die Leitungen das hergeben.

Stephan

von Detlef S. (zeche1)


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Hi Stephan,

ich habe in meinen Schalplan das obere Mosfet falsch bezeichnet. Es war 
so angedacht, dass ich die High-Side über ein P-Kanal FET schalten 
wollte. Der NPN sollte das Gate auf 0V ziehen wenn er schaltet.
Für die Low-Side war ein N-Kanal FET angedacht. Ich war ja auf der Suche 
nach anderen Mosfets, wollte ja ursprünglich wissen welche Mosfets 
geeigent sind. Beim NPN hatte ich mir noch keine genaueren Gedanken 
gemacht, genauso wie beim Bauteil 74HC08N.

Im Rahmen eines Projekt soll ein BLDC-Regler selbst entwickelt werden. 
Als Mikrocontroller ist ein LPC1768 vorgeschrieben. Ich möchte den 
Regler später frei konfigurieren.

Leider habe ich nur die Daten im Internet gefunden. Für mich sind die 
Daten auch seltsam. Ich wollte den Motor nehmen der im 1:8 Modell 
verbaut war. Natürlich kann ich mich auch nach einen kleineren Motor 
umschauen.

Der verbaute Motor ist nicht sensorgesteuert.

Motor Link:
http://www.vogel-modellsport.de/Motoren/Elektromotoren/Car-Motoren/Absima/Brushless-Motor-Thrust-BL-2300KV-1-8.htm?a=article&ProdNr=21-2130002&p=12425

Regler Link:
http://www.rc-mod-shop.de/Brushless-Regler-Thrust-A8-6S-160-A-1-8

von Stephan H. (stephan2807)


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Motor und Regler schauen schon mal amtlich aus. (keine hochgeschönten 
Daten)

Den Artikel (auch mit den verlinkten Beiträgen) kennst Du?
http://www.mikrocontroller.net/articles/Brushless-Controller_f%C3%BCr_Modellbaumotoren


Bei den Strömen wirst Du um 10V Gate-Spannung an den Fets nicht 
rumkommen. Brauchst also eh einen Step-Up-Wandler auf z.B. 12V für den 
Low-Side-Switch.
Die ca. 6V bei leerem Akku und unter Last werden nicht reichen um sauber 
Durchzuschalten.

Dann auch gleich einen N-Fet (besser+günstiger) für die High-Side + 
integrierten Halbbrücken-Treiber. Für P-Fet bräuchtest Du zusätzlich 
eine negative Versorgung mit ca. -5V und musst Dir viel mehr Gedanken um 
die Kühlung machen.

Mit nem kleineren Motor zu starten macht auf jeden Fall Sinn. Da lässt 
sich die Entwicklung einfach leichter mit ner flinken 15A-Sicherung und 
etwas Zuleitungswiderstand "absichern".
Mit 70A+-FETS und evtl. nem Treiber wie dem LT1158, cross-conduction von 
sich aus schon gar nicht erlaubt geht dann auch bei Programm-Fehlern 
schlimmstenfalls die 5€-China-Klingel hops. Nicht der 100€-Motor.


Stephan

von Detlef S. (zeche1)


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Hallo Stephan,

danke für deine Hilfe. Ich werde mir jetzt nochmal Zeit nehmen und meine 
Schaltung sowie einen geeigenten Motor suchen.

Gruß Dennis

von Stephan H. (stephan2807)


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Detlef Schwarz schrieb:
> Hallo Stephan,
>
> danke für deine Hilfe. Ich werde mir jetzt nochmal Zeit nehmen und meine
> Schaltung sowie einen geeigenten Motor suchen.
>
> Gruß Dennis

Motor kannste irgendwas nehmen, das billigste. Evtl. aber mehrere. Ist 
ja nur ein Dummy. Der kann auch ausgeschlagene Lager und nen schlechten 
Wirkungsgrad haben...

Zu testen gilt es Endstufe, BEMF-Messung, Betrieb ab 15% Nenndrehzahl 
und Anlauf.

Auf jeden Fall auch die problematischen Zustände abchecken (blockierter 
Motor, etc.). Zuviel Strom und der Motor ist hin.

Stephan

von Martin S. (led_martin)


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Mehrere, unterschiedliche Motoren ist sehr sinnvoll, was bei dem Einen 
gut geht, z.B. Anlauf, geht bei dem Anderen gar nicht. Motoren mit 
unterschiedlicher Polzahl verhalten sich oft auch recht unterschiedlich. 
Motoren mit unterschiedlicher Technik sowiso, z.B. Wicklung auf Polen 
<-> Luftspaltwicklung, ...

Mit freundlichen Grüßen - Martin

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