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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Brushless PWM glätten für EMV verträglichkeit?


Autor: frank (Gast)
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Hallo,

ich möchte einen kleinen Brushless-Motor (aus einer alten Festplatte 3 
Phasen mit 3 Ohm / Vcc 5V) sehr langsam mit einer konstanten 
Geschwindigkeit von ca. 2 - 10 Hz laufen lassen. Auf der Platine sitzt 
auch noch ein analoger Schaltungsteil mit Op-Amps, daher mache ich mir 
ein wenig Sorgen, dass dieser durch die PWM vom Motortreiber gestört 
werden könnten. (Aus Platzgründen kann ich die Schaltungen nur schlecht 
voneinander trennen)

Dazu habe ich zwei Fragen:
1. Kann ich an die 3 Ausgänge des Treibers Kondensatoren gegen Masse 
schalten, damit dir PWM geglättet wird und die elektromagnetische 
Abstrahlung in den Motorleitungen nicht so groß wird?
Habe das bisher noch in keiner Schaltung so gesehen, deshalb bin ich mir 
unsicher ob ich da nicht was übersehe.

2. Ich habe in der Schaltung eines Brushless-Gimbal-Controllers 
(http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.o...) 
gesehen, dass dort 3 MosFet-Treiber (TC4452) für die 3 Halbbrücken 
verwendet werden, was mit aufgrund der Kompaktheit der Schaltung sehr 
gut gefällt. Wenn dort jetzt aber noch einen Kondensator an die Ausgänge 
schalte zieht der FET-Treiber die Leitung ja immer niederohmig auf 
Masse, sodass die Glättungskondensatoren bei jedem PWM Zyklus geladen / 
entladen werden und eine hohe Verlustleistung entsteht. Sehe ich das 
richtig?

Oder gibt es eventuell fertige ICs, welche geglättet 3 Phasen direkt 
ausgeben? Auf dem Festplattenboard scheint auch nur ein IC für den Motor 
zuständig zu sein, kann dazu aber kein Datenblatt finden.

bin für alle Ideen / Vorschläge dankbar

Autor: aSma>> (Gast)
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Servus,
es gibt mehrere Möglichkeiten Störungen fernzuhalten:
-Motortreiber richtig puffern mit Low ESR Kondis + Kerko/Wima nah am 
Treiber, damit werden Spannungspitzen abgefangen, die stören könnten
-Optokoppler, dann braucht man aber zwei Spannungsquellen
-richtiges Layout, Stichwort: Masseführung, anal. Signale von digi. 
trennen
...

Oftmals ist die Induktivität des Motors gering. Der Rippelstrom erwärmt 
den Motor nur unnötig. Also setzt man ein !Choke davor und kein 
Kondensator (hier 3 stk.).

Eine andere Möglichkeit wäre es den Strom zu regeln...

Ohne ein Oszi und richtigen Messmittel ist Entwickeln mehr eine 
Glaubensfrage und keine Wissenschaft.

mfg

Autor: so (Gast)
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Hört sich so an als hättest du schon eine Platine, warum enthälst du uns 
die vor? Auch sehe ich keinen Schaltplan? Muss der Motor die 
Drehrichtung ändern können?

GRuß J

Autor: frank (Gast)
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@ aSma>>

vielen Dank für die schnelle Antwort.

Low ESL / ESR Kondensatoren für die Treiber habe ich vorgesehen (3 Stück 
parallel mit 2,2µ 100n und 10n)
Die Masseführung ist Sternförmig von den Spannungsreglern aus, es 
existiert bisher aber nur ein gemeinsamer Regler und keine getrennte 
Versorgung. Falls das Probleme macht muss ich das nochmal überdenken. 
Daher habe ich auch erstmals keine Optokoppler vorgesehen.

Danke für den Tipp mit den Induktivitäten.
Wie kann ich denn die benötigten Drosselspulen auslegen?

viele Grüße

Autor: so (Gast)
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>Wie kann ich denn die benötigten Drosselspulen auslegen?

Nach dem Strom nach was sonst jung :)

Autor: aSma>> (Gast)
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Siehst du aber jetzt muss Mann sich ein paar Gedanken machen.

> 3 Ohm / Vcc 5V) sehr langsam mit einer konstanten
> Geschwindigkeit von ca. 2 - 10 Hz

Normalerweise ist der Arbeitspunkt des Motors eher ein anderer. Was gibt 
es da für Möglichkeiten: 5400, 7200 rmp.

Du könntest jetzt eine Stromregelung einbauen. Z.B der stm32 hat ein 
extra Pin BRK oder sowas. Man müsste halt den Strom mittels OPV + Shunt 
sichbar machen.

Oder du legt die Induktivität für deinen neuen Arbeitspunkt aus.
Formel:
uL = L * di/dt ==> L = ul/(3*di*f) ohne Gewähr!

Ist aber schwer etwas Vorher zusagen. Das Drehmoment kann sinken...

Autor: aSma>> (Gast)
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aSma>> schrieb:
> uL = L * di/dt ==> L = ul/(3*di*f) ohne Gewähr!

Obwohl, wenn man in einen Ansteuer-Intervall mittels PWM 50% ansteuert 
dann müsste eine 2 statt der 3 hin. Aber dann braucht man mehrere 
Timer...

Entweder eine Stromregelung oder man muss etwas nachdenken.

Ich trink erstmal mein Bier hier.

Autor: frank (Gast)
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@ so: der Schaltplan existiert bisher nur als ein paar Skizzen auf 
Papier und in meinem Kopf, sobald ich einen Entwurf fertig habe poste 
ich es.

aSma>> Danke für die Formel, das nehme ich mal als Richtwert.
Werde das mit der Induktivität mal in Spice simulieren und ein paar 
Werte auf der Platine testen wenn es soweit ist.
Eine Regelung ist denke ich übertrieben (der Motor läuft unter 
konstanter / kleiner Last bei mehr oder weniger konstanter Drehzahl (aus 
Sicht des Motors ungefähr null :) )
Regelung macht eher bei großer Dynamik Sinn?

Autor: aSma>> (Gast)
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> Regelung macht eher bei großer Dynamik Sinn?

Nö.

di = ul/(2*L*f) 50% pwm pro Phase

mit z.B.:

L=100µH, f=50khz, ul=5V

di=0.5A ist wohl ein wenig viel Rippel. Hier muss man aber die EMK 
beachten. Keine Ahnung wie groß diese ist. Es heißt ja BLDC: Brushless 
DC Motor. Also muss man für DC sorgen.

Autor: MaWin (Gast)
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frank schrieb:
> Auf der Platine sitzt
> auch noch ein analoger Schaltungsteil mit Op-Amps, daher mache ich mir
> ein wenig Sorgen, dass dieser durch die PWM vom Motortreiber gestört
> werden könnten.

Fesplatten haben auch einen hochempfindlichen Analogteil, und ?

> 1. Kann ich an die 3 Ausgänge des Treibers Kondensatoren gegen Masse
> schalten, damit dir PWM geglättet wird und die elektromagnetische
> Abstrahlung in den Motorleitungen nicht so groß wird?

Nein, natürlich nicht, das ständige niederohmige Verbinden über 
Schalttransistoren eines anders geladeenn Kondensators mit einer anderen 
Spannung erzeugt doch erst massive Störspitzen.

> Habe das bisher noch in keiner Schaltung so gesehen, deshalb bin ich mir
> unsicher ob ich da nicht was übersehe.
> Sehe ich das richtig?

Du ahnst also schon, daß es grosser Blödsinn wäre.

> Oder gibt es eventuell fertige ICs, welche geglättet 3 Phasen direkt
> ausgeben? Auf dem Festplattenboard scheint auch nur ein IC für den Motor
> zuständig zu sein, kann dazu aber kein Datenblatt finden.

Die Induktivität der Spule des BLDC Motors dämpft die 
Stromänderungsgeschwindigkeit, die Spannung an den Spulenanschlüssen 
wechselt aber schlagartig zwischen VCC und GND. Das bekommt man mit 
guter Masseebene, Abblockkondensatoren und ordentlichem Platinenlayout 
in den Griff.

Nicht mit Ziegelsteinen und Betonklötzen.

Halbbrückentreiber und externe MOSFETs braucht man bei den kleinen 
Festplattenmotoren nicht, da gibt es fertige ICs wie L6232E

ABER: Die Festplatte bestimmt die Kommutierungszeitpunkte des BLDC durch 
die von den Magnetköpfen ausgelesene Lageposition, und der 
festplattencontroller-uC teilt sie den Motor-Steuer-ICs mit. Diese Chips 
sind also alle nicht geeignet, um den Motor selbsttätig zum Rotieren zu 
bekommen, und Hallsensoren gibt es auch nicht. Du kannst also 
Festplattenmotorcontroller nicht einsetzen, sondern brauchst BLDC 
Controller mit Back-EMF Erkennung der Kommutierungszeitpunkte, z.B. 
TB6588.

Autor: MaWin (Gast)
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frank schrieb:
> sehr langsam mit einer konstanten
> Geschwindigkeit von ca. 2 - 10 Hz laufen lassen.

Das habe ich irgendwie überlesen, Das kannst du mit den Motoren 
vollkommen vergessen. Sie sind dafür absolut ungeeignet. Bei so 
niedrigem Tempo gibt es keine ausreichende Back-EMF, und Sonsoren haben 
sie nicht.

Obwohl, man könnte auf der Achse eine Incrementalscheibe mit z.B. 1024 
Strichen anbringen, und dann per Lichtschranke diese Incrementalscheibe 
auswerten um die Sinussignale zur Ansteuerung des Motors erzeugen zu 
können. Diese Sinussignale kann man sogar per Leistungs-OpAmp wie L272 
linear erzeugen, man muss also gar keine störende PWM erzeugen.

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