Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik BLDC Theorie Fragen


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von Micha (Gast)


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Hallo zusammen,

nach dem ich es dran gegeben habe meinen gekauften Regler zu reparieren, 
will ich jetzt selber einen bauen.
dazu habe ich zu dem Artikel

Brushless-Controller für Modellbaumotoren


ein paar fragen.

dort steht:

>Dabei gibt es für jede Phase die Zustände „Low“, „High“ und „Floating“. Low 
>bedeutet 0V (GND), High entspricht der Versorgungsspannung und Floating ist 
>keines von beidem, die Phase „hängt in der Luft“.

>Bei Treibern die mit nur einem Eingang zwischen Lowside und
>Highside Mosfets toggeln (z.B. IR2104), ist der sogenannte
>„aktiver Freilauf“ bereits in Hardware realisiert und
>ermöglicht so mit wenig >Aufwand eine extrem niedrige
>Erwärmung der Mosfets. Das ermöglicht >schon sehr grosse
>Ströme auch ohne Kühlkörper!

wenn ich das richtig verstanden habe muss für floating die phase in der 
luft hängen.
jetzt verstehe ich nicht ganz wie dann auf floating geschaltet werden 
kann wenn immer ein Mosfet der Halbleitbrücke durchgeschaltet ist weil 
der IR2104 immer hin und her toggelt.

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


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Der Autor des Artikels hat extra einen Thread zur Diskussion aufgemacht:

Beitrag "Artikel: Brushless-Controller für Modellbaumotoren"

Am besten stellst du dort deine Fragen. Zur Frage selbst, der IR2104 
Treiberbaustein hat einen ShutDown Eingang, der hier kräftig benutzt 
wird und die gesamte Halbbrücke abschalten kann = Floating.

von luft (Gast)


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Statisch betrachtet hast Du recht. Bei diesen Treibern ist immer ein FET 
geschaltet.
Dynamisch betrachtet gibt es eine zeitliche Lücke zwischen den 
Einschaltzuständen.

von Axel R. (Gast)


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>nach dem ich es dran gegeben habe meinen gekauften Regler zu reparieren,

was bedeutet konkret 'dran gegeben habe' in diesem Zusammenhang genau?

Axelr.
DG1RTO

von Micha (Gast)


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>was bedeutet konkret 'dran gegeben habe' in diesem Zusammenhang genau?

das ich damit nicht mehr weiter mache.

von Micha (Gast)


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warum ist es vorteilhaft wenn der Treiber automatisch toggelt es aber 
trotzdem nötig ist den sd anzusteuern?

könnte dann doch auch direkt HIGH und LOW ansteuern.

vergleiche ich z.b. den IR4427 und IR2109 fällt mir auf das der IR4427 
deutlich schneller ist. Dort muss ich zwar HI und LO ansteuern aber das 
sollte doch für den mc der gleiche Steueraufwand sein?

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


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Micha schrieb:
> Dort muss ich zwar HI und LO ansteuern aber das
> sollte doch für den mc der gleiche Steueraufwand sein?

So isses. An Pins verbraucht man genauso viele und du hast zusätzlich 
die Möglichkeit zur Sinusansteuerung. Darauf verzichtet der Autor des 
o.a. Artikels aber ausdrücklich.

Micha schrieb:
> vergleiche ich z.b. den IR4427

Der ist allerdings ein Dual Lowside Treiber und hat keine Ladungspumpe 
für die Highside.
Der IR2181 ist ein geeigneter Treiber mit LIN und HIN Eingängen und 
liefert auch kräftigen Strom an die Gates.

: Bearbeitet durch User
von Micha (Gast)


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wäre der TC4422AVPA vom Microchip Technology einer alternative zum 
IR2181?

von Micha (Gast)


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ne der ist nicht gut.. hätte mir die frage sparen können.

von Stephan W. (swal)


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Micha schrieb:
> warum ist es vorteilhaft wenn der Treiber automatisch toggelt es aber
> trotzdem nötig ist den sd anzusteuern?

Das ist ziemlich praktisch, wenn du die Phase mit einer HW PWM steuern 
willst, aber dein PWM Generator nur einen Ausgang hat bzw. keine 
spezielle HW für die Totzeit Generation hat. Steuerst du Hi und Lo 
separat, musst du dich darum kümmern, dass zwischen dem Schalten eine 
kleine Pause eingehalten wird, damit nicht versehentlich beide FETs 
offen sind (ineffizient / im Zweifel Rauchentwicklung).
Mit der automatischen Totzeit Generation im Treiber und dem SD Pin 
kannst du die "schnellen Wechsel" durch die PWM erledigen lassen. Du 
brauchst keinen Interrupt / keine Prozessorinteraktion dafür. Du musst 
dich dann nur noch um die "langsame" Kommutation kümmern.

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


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Man muss aber dazu sagen, das das Einfügen einer Totzeit per Software 
keine Hexenwerk ist und z.B. in AVR444 für sensorlose Motoren recht 
einfach mit einem Mega88 gelöst werden kann. AVR447 beschreibt das für 
BLDC mit Sensoren.
Die Xmega haben dafür extra Deadtime Counter und die STM32 so viel PWM 
Ausgänge und Rechenleistung, das man hier immer auf der sicheren Seite 
ist.
Auch mein kleiner FU mit Mega88 besitzt einstellbare Totzeit und benutzt 
einfache IR2110/2184 als Treiber:
https://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR

von Micha (Gast)


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>Der IR2181 ist ein geeigneter Treiber mit LIN und HIN Eingängen und
>liefert auch kräftigen Strom an die Gates.

brauchen die denn kräftig strom?

von Micha (Gast)


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am liebsten hätte ich zum ausprobieren einen gate driver in PDIP-8/16
finde da aber nichts gutes.

von Stephan W. (swal)


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Matthias S. schrieb:
> Man muss aber dazu sagen, das das Einfügen einer Totzeit per Software
> keine Hexenwerk ist

Absolut. IMHO haben die allermeisten China-Billig-Modellbau-BLDC-ESCs 
überhaupt keine dedizierten Gatetreiber und lösen es genau wie von dir 
beschrieben mit einer Hand voll Kleinsignal FETs und komplementären 
Leistungstreibern. Ich wollte nur aufzeigen, in welchen Fällen die 
Totzeitgeneration im Gatetreiber sinnvoll sein kann.

Der Vorteil einer Totzeitgeneration in HW ist aber u.U. auch noch die 
höhere Effizienz. Zumindest wenn es nicht einfach nur ein festes 
Zeitglied ist (wie bei den IR2104), sondern die Totzeit z.B. durch 
Überwachung der Gatespannung optimal angepasst wird, wird die Totzeit 
optimal kurz. Mit einer festen Zeit muss man sich nach dem Maximum 
richten (Temperatureinflüsse, Produktionstoleranzen...). Das hat zur 
Folge, dass z.B. in der Zeit vom Schließen des oberen FET bis zum 
Öffenen des unteren FET unnötig Strom durch die Body-Diode des unteren 
FET fließt. Wegen der Flussspannung treten hier unnötige Verluste auf.

Natürlich wird der Effekt um so kleiner je größer die Betriebsspannung 
und je kleiner die PWM Frequenz ist. Im Vollastbetrieb (PWM dauerhaft 
an) ist er sicher vernachlässigbar.

Die IR2104 haben im übrigen eine feste Totzeit von ca. 0.5us. Das kannst 
du in SW sicher filigraner einstellen.

von Michael B. (laberkopp)


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Micha schrieb:
> am liebsten hätte ich zum ausprobieren einen gate driver in PDIP-8/16

Wo willst du den montieren, auf ein Steckbrett ?

Vergiss es. DAS Problem bei Gate Driver ist die perfekte Masseanbindung
und gestützte Versorgung. So ein Ding schaltet schnell, rasend schnell, 
und gerade die uninformiertesten wollen Gate-Treiber mit maximal hohen 
Strömen, im Amperebereich. Das gibt ground bounce im Voltbereich wenn 
man da keine perfekte Platine hat.

Ein gate-Driver im Dip gibt es: CD40109. Deren Strom passt gut zur 
langen Leitung nach GND.

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


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Micha schrieb:
> am liebsten hätte ich zum ausprobieren einen gate driver in PDIP-8/16
> finde da aber nichts gutes.

Nimm doch den IR2110. Der ist einfach zu handhaben und kräftig.

Micha schrieb:
> brauchen die denn kräftig strom?

Ich sehe gerade, das du dich mit den Eigenarten von MOSFet noch ein 
wenig beschäftigen solltest.
Nein, im statischen Betrieb benötigt das Gate eines MOSFet keinen Strom, 
aber beim Schalten muss das Gate auf- bzw. entladen werden. Je schneller 
das geht, umso kleiner sind die Verluste im MOSFet.
Also ja, je mehr Strom der Treiber liefern kann, umso kleiner werden die 
Umschaltverluste in der Endstufe.

von Micha (Gast)


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die Treiber in einem fertigen Regler von mir können grade mal 250/500 
mA.
was ja nicht grade viel ist oder?!

von Micha (Gast)


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es gibt ja auch extra PWM Gate driver mit einstellbarer dead time. Das 
erscheint mir sinnvoll.

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