Hallo zusammen, ich bin gerade dabei einen PWM-Handregler für eine "Carrerabahn" zu entwerfen. Hierbei wird die Regelerstellung über den ADC eingelesen und anschließend als PWM ausgegeben. Als µC verwende ich einen Atmega8. Es gibt zwei verschiedene Zustände. Zu einem das "Gas geben", welches über einen P-Kanal Mosfet geschieht und zum anderen das "Bremsen" mit einem N-Kanal Mosfet. Der Motor ist im Schaltplan angedeutet. Beim Bremsen wird der Motor mit der Masse über den N-Kanal Mosfet Kurzgeschlossen. Über den duty Cycle des PWM kann die Bremskraft variiert werden. Beim "Gas geben" wird der Motor mit der 12V Versorgungsspannung abhängig des duty Cycle versorgt. Der µC sorgt dafür, das nie beide Mosfets gleichzeitig durchgeschaltet sind. Die Spannungsversorgung variiert zwischen 12V - 20V. Es können Ströme bis zu 20A auftreten. Die PWM Frequenz wird irgendwo zwischen 5-60 kHz liegen. Nun zu meiner eigentlichen Frage: Kann ich die Schaltung so umsetzen ? Muss ich noch weitere Vorkehrungen vornehmen ? Durch die Basis-Emitter Widerstände sorge ich für einen definierten Startzustand und verhindere einen Kurzschluss der beiden Mosfets ? Muss ich noch weitere Schutzmaßnahmen vornehmen ? Vielen Dank für eure Unterstüzung. Michael
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Theoretisch kann man das so machen. Da allerdings auf einer Carrera Bahn auch mal Kurzschlüsse auftreten, und das Netzteil offenbar über 20A liefert, fehlt mir ein Kurzschlussschutz. Auch ist fraglich, warum 30 Jahre alte MOSFETs verwendet werden müssen. Die 1k/10k können auch 100R/100k sein. Warum man die Gate-Schaltung des BUZ11 anders baut als die des IRF4905 ist rätselhaft, beide sind praktusch dasselbe Szenario.
Ich würd sagen Q2 ist falsch angeschlossen. So leitet gerade die Bodydiode in Richtung GND oben.
Vielen Dank für die schnelle Hilfe :) Der BUZ11 wird durch einen neueren Typ ersetzt. Allerdings hatte ich gerade nur diesen Typ zur Hand. Wie soll ich die Kurzschlusssicherung realisieren? Welche der beiden Beschaltungsmöglichkeiten soll ich verwenden ? Viele Grüße
R4 und R8 : Die Basis des Transistors auf Masse ziehen, damit ein definierter Zustand beim Einschalten vorliegt.
Ich hätte ja gesagt, dass das die Beschaltung für einen N-Channel ist. In keiner Transistorschaltung habe ich das bis jetzt so gesehen. Das macht man eigentlich im µC, mit Pullup und Pulldown.
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Servus, ich würde auch noch eine Schottky-Diode (~5-10A) parallel zu Q2 spendieren, sonst muss der im PWM-Fall (bei "Gas"-PWM) viel Leistung verbraten.
Die Shottkey Diode werde ich hinzufügen. Danke :) Soll ich die Widerstände R4 und R8 durch die internen Pullup-Widerstände des AVR´s ersetzen ? Dadurch würde zwar der "Gas Mosfet" durchschalten, was aber weiter nicht schlimm wäre. Wie soll ich eine Kurzschlusssicherung realisieren ?
Sollte im Netzteil einer echten Carrerabahn kein billiger Kurzschlussschutz drin sein? Du kannst deine Schaltung mit einer 10-20A Sicherung absichern.
Ich verwende anstelle des Carrera Netzteiles ein Labornetzgerät oder ein PC-Schaltnetzteil. Das PC-Schaltnetzteil besitzt eine elektronische Sicherung ? Die Sicherung füge ich in Serie beim "schwarzen Pin" ? Der Sinn der parallelen Shottkey Diode bei Q2 ist mir nicht ganz klar.
Was passiert wenn du die Schaltung ohne definierte portzustände vom atmega einschaltest? Wenn er also ausgebaut ist? Oder im reset zustand befindet. Dann siehst du wie r4 und r8 wirken. Leg zusätzlich mal mit einem netzteil zwischen 10-20V an und schau wie sich deine schaltung ohne atmega verhält. Sie sollte einen sicheren zustand einehmen. Strombegrenzung auf 100-200mA einstellen...
Ich frag' mich grad' wie du das 'Bremsen' erkennst. Bei normaler Fahrt sollte die Brems-pwm doch deaktiviert sein, beim Bremsen die Fahr-pwm. Wie machst du das?
Die schottky nimmt die generatorenergie auf, wenn der fet nich durchgeschaltet ist. Sonst macht das die interne bodydiode vom fet die aber viel schlechtere werte hat und dafür nicht ausgelegt ist. Aber wenn dann an Q4 :) und nur solange Q2 nicht durchgeschaltet ist d.h in der totzeit die vom atmega kommen sollte.
Dein schaltnetzteil is wohl schneller wie eine sicherung. Du solltest nur aufpassen das die bahnschleifen, anschlüsse etc. das alles aushalten. Sonst musst du halt immer das schwächste glied entsprechend absichern. Was passiert wenn schleifkontaktreste zwischen den schienen liegen und einen brand entfachen etc. aber das is mal wieder ein anderes angst thema.. @micha Da brauch er nich erkennen. Das ergibt sich aus dem tastverhältniss der PWM, mal is mehr gasgeben mal is es mehr bremsen. Bei pwm aus is es halt vollbremsung bzw. wie stark der motor bei kurzschluss mechanisch bremst.
Dein programm im atmega steht aber schon? Hört sich gerade nich mehr so an ? Hast du dir mal den Artikel durchgelesen? https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM
Micha K. schrieb: > Wie soll ich die Kurzschlusssicherung realisieren? BTS432 oder so würde ich nehmen.
Jörg E. schrieb: > Aber wenn dann an Q4 :) und nur solange Q2 nicht durchgeschaltet ist d.h > in der totzeit die vom atmega kommen sollte. Nö! Q4 schaltet den Motor ein (gegen Plus), und wenn Q4 sperrt, fließt der Strom weiter in derselben Richtung durch die Motor-Induktivität, d.h. die Spannung wird negativ gegen Masse. Ohne Schottky-Diode fließt er dann durch die Body-Diode von Q2, wo er dann Verlustleistung produziert. Noch besser, als eine Schottky-Diode, wäre ein aktiver Freilauf, d.h. wenn Q4 gesperrt ist, Q2 leitend zu schalten, aber auch nur so lange, bis der Strom ggf. auf 0 abgesunken ist, sonst bremst es ungewollt wieder.
@Thomas Aua, du hast natürlich recht, Schottky parallel zum Motor. Also Q4. Wenn er die PWM richtig verschaltet sollte es genau so klappen wie du beschreibst.
Erstmal vielen Dank für die zahlreiche Hilfe :) Um nochmals Prinzipiell den Ablauf zur erläutern: Q2 ist der MOSFET der beim Bremsen wirkt. Auch hier wird ein PWM eingesetzt. Somit kann die Bremskraft variiert werden. Im "Gas betrieb" wird der MOSFET Q2 gesperrt. Umgekehrtes gilt für den "Brems betrieb". Wenn ich nun eine parallele Diode verwende wird doch die Bremswirkung von Q2 verhindert, da der gesamte Strom über die Diode fließt? Ich habe die Schaltung mit LTSpice simuliert. Die Widerstände R4 und R8 habe ich nun gegen VCC beschaltet. Also haben sie die selbe Aufgabe wie die internen Pullup Widerstände, oder ? Dadurch wird im Ruhezustand der "Brems MOSFET" Q2 durchgeschalten und der "Gas MOSFET" Q4 gesperrt. Ich habe mir gerade noch den Artikel der "Einfacher 1-Quadrantensteller mit P-Kanal Mosfet" durchgelesen. Soll ich diese Schaltungsvariante verwenden ? Das Programm ist teilweise fertig gestellt und soweit einsatzfähig. Momentan wird das jeweilige Umschalten zwischen "Bremsen" und "Gas geben" durch die Register OCR1A und OCR1AB realisiert. Zuerst wird das Register auf den Wert gestellt, in dem der MOSFET sperrt, welcher MOSFET sperren soll. Danach wird erst das andere Register mit dem aktuellen "PWM-Wert" beschrieben. Ist es schneller und sicherer wenn ich den Port Pin Ein bzw. Ausschalte ?
Solange Du den Bremstransistor aus lässt, hast Du die Schaltung des 1-Quadranten-Stellers, wobei die Freilaufdiode (D1) durch die Body-Diode des Brems-Transistors gebildet wird. Da diese Body-Diode aber keine Schottky-Diode ist, ergibt sich durch die relativ hohe Flusspannung eine hohe Verlustleistung, und der Transistor muss ggf. auf ein Kühlblech. Eine Schottky-Diode hat weniger Spannungsabfall und produziert daher weniger Verlustleistung. Da der Motor als Generator eine positive Spannung produziert, sperrt in dem Fall die Body-Diode bzw. die Schottky-Diode. Im Prinzip gilt das mit der Verlustleistung auch beim Bremsen mit PWM, d.h. hier könnte man die Verlustleistung von Q4 ebenfalls durch eine Schottky-Diode verringern, aber ich denke, in der Summe wird da nicht soviel Leistung anfallen, das eine zusätzliche Schottky-Diode notwendig ist (wer zuviel bremst, verliert ja sowieso... ;) ) Mit Brems-PWM hast Du einen 2-Quadranten Steller, mit Energie-Rückgewinnung. Hier must Du beachten, daß Deine Stromversorgung auch in der Lage ist, die zurückgespeiste Bremsenergie aufzunehmen, ohne daß die Spannung zu hoch steigt!
Micha K. schrieb: > Die Widerstände R4 und R8 > habe ich nun gegen VCC beschaltet. Also haben sie die selbe Aufgabe wie > die internen Pullup Widerstände, oder ? > Dadurch wird im Ruhezustand der "Brems MOSFET" Q2 durchgeschalten und > der "Gas MOSFET" Q4 gesperrt. Das ist wie ich das sehe aber falsch. R4 und R8 gegen GND war schon richtig. Dann hast Du in Ruhe den Zustand "Bremsen". Es geht ja nicht darum, den internen Pull-Up zu ersetzen, sondern um den Zustand nach Power-On, bis die Software die Initialisierung durchlaufen hat, zu überbrücken. Solange sind die Pins nämlich hochohmig (Eingänge). Im Betrieb brauchst Du keine Pull-Ups. Da schaltest Du die Ausgänge ja aktiv auf High und Low. Micha K. schrieb: > Die PWM Frequenz wird irgendwo zwischen 5-60 kHz liegen. 60kHz ist bei der noch relativ hochohmigen Ansteuerung vermutlich zu viel. Dazu wäre ein "echter" MOSFET-Treiber notwendig/sinnvoll. Aber warum so schnell? Der Motor braucht nicht soviel. 5kHz könnten lediglich akustisch etwas stören. Gruß Dietrich
Dietrich L. schrieb: > 60kHz ist bei der noch relativ hochohmigen Ansteuerung vermutlich zu > viel. ACK - auch unter EMV-Gesichtspunkten halte ich eine hohe Ansteuerfrequenz nicht für sinnvoll! Schließlich ist der Motor ja ein Stück vom Steller entfernt und die PWM liegt auf der ganzen Rennbahn an (oder kommt der Steller ins Auto?)
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Jetzt habe ich die Schaltung nochmals simuliert. Jetzt war ich total verunsichert mit den Pullups. Allerdings brauche ich wie im neuen Schaltplan eingezeichnet sind die Pulldown Widerstände oder ? Damit ist gewährleistet das der Brems Mosfet beim einschalten geöffnet und der Gas Mosfet gesperrt ist ? Die Widerstände R1/R2 sowie R4/R8 habe ich durch 100R sowie 100k ersetzt. Zusätzlich habe ich die Shottkey Diode D2 (DO201 -> 60V, 5A) eingeführt. Lässt sich die Schaltung nun so umsetzen oder sind noch weitere Veränderungen notwendig ? Gegebenenfalls bekommt der "Schwarze Pin" Pfad noch eine 20A Sicherung. In dem Artikel https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoranst... habe ich zur bestimmung der PWM Frequenz die Zeitkonstante L/R enteckt. Beide angaben habe ich noch in keinem Datenblatt gefunden. Lohnt es sich diese zu ermitteln oder soll ich die richtige PWM Frequenz durch ausprobieren herausfinden? Einige Hersteller solcher PWM Regler verwenden hierbei Frequenzen bis 30kHz. Der "Steller" befindet sich im Handregler. Somit liegt auf der Rennbahn das PWM Signal an. Viele Grüße
D2 ist verkehrt herum und würde so natürlich die Betriebsspannung des Motors kurzschließen! (wenn ich es grad richtig sehe, ist beim BUZ11 auch S und D vertauscht!)
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S und D sind natürlich verdreht... man sollte einfach die Schaltung richtig von Spice in Eagle übertragen...:) Anbei der neue Schaltplan. Die Diode D2 muss doch parallel und in die gleiche Richtung wie die Body-Diode zeigen ?
R1 und R2 sind zu niederohmig und überlasten die Ports. Der Kollektorstrom ist ja nur 12 bzw. 15mA, da reicht ein deutlich kleinerer Basistrom. Gruß Dietrich
Okey, dann änder ich die Widerstände wieder auf einen größeren Wert. Habe in der Simulation 1k verwendet. Dadurch fließt in die Basis ein Strom von 4mA. Ist dieser Wert ok ?
Micha K. schrieb: > Dadurch fließt in die Basis ein Strom von 4mA. Ist dieser Wert ok ? Da geht zwar nichts kaputt, aber das ist immer noch unnötig viel. > Kollektorstrom ist ja nur 12 bzw. 15mA Da reicht locker 0,5mA Basisstrom. Ich würde 4,7...10kΩ nehmen. Es sei denn, du willst die FETs schneller machen und den Kollektorstrom noch erhöhen. Gruß Dietrich
Wenn ich das richtig verstanden habe, ist der original Handgriff nichts anderes als ein Drahtpotentiometer, dessen Schleiferabgriff auf den Motor führt. Damit wird der Handgriff zu einer 2-Quadranten Spannungsquelle. Entsprechend kommt auch Gleichspannung am Motor an und dieser hängt niemals "in der Luft". Deswegen würde ich keine brutalen Flanken auf so eine riesige "Antenne" geben. Entweder die PWM im Auto mit kleinen Schleifen, oder hinter den AVR eine einstellbare Spannungsquelle.
Micha K. schrieb: > Die Diode D2 muss doch parallel und in die gleiche Richtung wie die > Body-Diode zeigen ? Korrekt - und wenn der FET richtig herum eingebaut ist, ist das auch so (Anode an GND).
neuer PIC Freund schrieb im Beitrag #4404968: > Deswegen würde ich keine brutalen Flanken auf so eine riesige "Antenne" > geben. Entweder die PWM im Auto mit kleinen Schleifen, oder hinter den > AVR eine einstellbare Spannungsquelle. Eine Alternative wäre evtl., nicht die Motor-Induktivität zur Glättung des Stroms zu nutzen, sondern statt dessen in den Handregler eine Induktivität zu schalten. Damit hat man dort lokal praktisch einen Buck-Konverter (mit möglichst hoher PWM-Frequenz, damit die Drossel klein sein kann) und gibt somit Gleichspannung an die Fahrbahn.
Je höher die Frequenz umso mehr Schaltverluste die in den Mosfets in Wärme umgesetzt werden. Deine Schottky muss dann auch schnell sein. Deswegen auch nie die interne Bodydiode nehmen. Desweiteren ist dein Verschleiss an Anker und Kohlen im Motor höher (Bürstenfeuer). Ich würd nich höher wie 2kHz gehn, bei dem Motor. Ansonsten mit Formel und messen den optimalen Wert rausfinden, dafür is er dort angegeben...
Dietrich L. schrieb: > 5kHz könnten lediglich akustisch etwas stören. Nur, wenn die Autos ansonsten lautlos sind. Ich würd das alles mit einer fertigen Halbbrücke wie der BTN8982TA machen. Die ist für so etwas gebaut, kann direkt vom µC angesteuert werden und hat sogar noch eine Möglichkeit, die Steilheit der PWM Flanke einzustellen. Da kann man eigentlich nichts mehr falsch dimensionieren. Dann die Frequenz an die Induktivität des Motor anpassen, so daß ein schöner einstellbarer Stromchopper ohne lückenden Betrieb entsteht. Dann hat man ein kontinuierliches Drehmoment und hält das Bürstenfeuer klein. MfG Klaus
Vielen Dank für die zahlreiche Hilfe. Morgen müsste das Paket mit den Bauteilen kommen und ich werde die Schaltung aufbauen und testen. Das mit der fertigen Halbbrücke ist eine prima Idee. Die werde ich gleich mal bestellen. Viele Grüße
Hallo zusammen, ich habe die Schaltung ausprobiert und sie Funktioniert soweit zuverlässig. Zusätzlich habe ich noch eine Schmelzsicherung zwischen den beiden MOSFET's eingefügt. Kann ich den Transistor durch eine ca. 1m lange Leitung vom MOSFET trennen? Oder ist dies sogar sinnvoll damit die Massen weiter voneinander getrennt sind ? Ich habe nun eine PWM Frequenz von ca 2 kHz. Muss hierbei die Leitung Besonderheiten wie ein Schirm oder eine Verdrillung der Aderpaare aufweisen oder spielt das hier noch keine Rolle ? Viele Grüße
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