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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Bürstenmotorsteuerung mit PWM ohne Freilaufdioden


Autor: Otto (Gast)
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Hallo allerseits,

ich habe einen älteren kleinen Quadrocopter hier liegen und versuche die 
Ansteuerung zu verstehen. Beim Betrachten der Platine fällt mir auf, 
dass jeder der (Bürsten-)Motoren einen N-MOSFET hat (davor einen 
100k-Pulldown und einen 100-Ohm-Gatewiderstand), aber keine 
Freilaufdioden! Statt dessen sind den Motoren Kerkos parallel 
geschaltet. Mich verwundert das etwas. Ich hätte das so ohne Dioden 
nicht gebaut.

Fotos habe ich selbst keine machen können, aber bei DX ist eine 
Ersatzplatine zu sehen, da kann man das auch erkennen:
http://img.dxcdn.com/productimages/sku_197600_4.jpg
http://img.dxcdn.com/productimages/sku_197600_3.jpg

Wo könnte nun der Grund liegen? Einfach nur banale Kostenersparnis von 
ein paar Cent? Oder ist es so, dass die Motoren so auch schneller 
abgebremst werden können, weil die Energie salopp gesagt über die höhere 
Induktionsspannung besser aus den Spulen verschwindet?

Autor: Falk B. (falk)
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@ Otto (Gast)

>Ansteuerung zu verstehen. Beim Betrachten der Platine fällt mir auf,
>dass jeder der (Bürsten-)Motoren einen N-MOSFET hat (davor einen
>100k-Pulldown und einen 100-Ohm-Gatewiderstand), aber keine
>Freilaufdioden!

Glaub ich nicht.

> Statt dessen sind den Motoren Kerkos parallel
>geschaltet. Mich verwundert das etwas. Ich hätte das so ohne Dioden
>nicht gebaut.

>Ersatzplatine zu sehen, da kann man das auch erkennen:
>http://img.dxcdn.com/productimages/sku_197600_3.jpg

Hier kann man eine Diode erkennen. Oder die Motoren haben eine Diode 
eingebaut.

>Wo könnte nun der Grund liegen? Einfach nur banale Kostenersparnis von
>ein paar Cent? Oder ist es so, dass die Motoren so auch schneller
>abgebremst werden können, weil die Energie salopp gesagt über die höhere
>Induktionsspannung besser aus den Spulen verschwindet?

Eine Motorsteuerung mit PWM OHNE Freilaufdiode grillt dir in kürze den 
MOSFET. Nicht wegen Überspannung, sondern weil du viel zuviel 
Freilaufenergie in den MOSFET pumpst.

Autor: Otto (Gast)
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Was du für Dioden hältst, sind Elkos (J476, 47µ, 6V).
Die einzige Diode, die ich erkennen kann, hat eine andere Funktion. 
Welche, das habe ich noch nicht entschlüsselt (ich tippe auf eine 
Trennung der µC-Versorgung vom Leistungsteil). Mit den MOSFETs ist sie 
allerdings nicht verbunden.
Die MOSFETs halten 30 Volt VDS aus:
http://www.vishay.com/docs/65701/si2300ds.pdf
Die ganze Schaltung wird mit einer einzelnen Lithium-Ionen-Zelle 
versorgt.

Die Motoren kann ich nicht zerlegen. Da erkenne ich äußerlich nichts.

Autor: Arduino Fanboy D. (ufuf)
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Otto schrieb:
> Statt dessen sind den Motoren Kerkos parallel
> geschaltet

Otto schrieb:
> 47µ,
Parallel zum Motor?

Ein Hoch auf den FET, der die laden kann!

: Bearbeitet durch User
Autor: Uwe S. (regionalligator)
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Tja, der werden die Chinesen wohl auf den definierten 1. Durchbruch der 
Mosfets vertrauen. Kann bei modernen Typen durchaus klappen.

Es gibt aber auch ICs, bei denen z.B. nur die unteren 
Halbbrücken-Mosfets integriert sind, die Oberen aber extern 
angeschlossen werden müssen. Bist du sicher, daß der IC selbst keinen 
Motorstrom trägt? Halbbrücken wären nämlich die weit bessere Erklärung 
zum Szenario.

Autor: Otto (Gast)
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Der IC ist ein µC. Welcher, weiß ich nicht, da die Beschriftung 
abgeschliffen wurde. ;) Ein AVR ist es aber nicht. Die Versorgungspins 
sind anders.

Die Elkos (47µF) sind für die Versorgung.
Zu den Motoren sind Kerkos parallel (Kapazität unbekannt).

Autor: Cyborg (Gast)
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Otto schrieb:
> Statt dessen sind den Motoren Kerkos parallel
> geschaltet. Mich verwundert das etwas. Ich hätte das so ohne Dioden
> nicht gebaut.

Könnten Snubber sein. Bei konstanter Drehzahl sind die billiger als
Dioden. Die EMK ist ja erst mal eine Störspannung, die umgeleitet oder
geblockt werden kann, so das sie keinen Schaden anrichtet oder stört.

Bei Dioden (Umleitung) muss die EMK ja auch auf eine niederohmige Quelle
geleitet werden und ob Lipos so eine Belastung auf Dauer mit machen,
ist grundlegend noch nicht geklärt. Bei normalen Akkus hätte ich keine
Bedenken. Bei zeitveränderlichen Signalen ist die Diode klar im Vorteil,
denn die hat keinen relevanten zeitlichen Parameter.

Beim Snubber (Blockung)wird die EMK durch ihre frequenzabhängige
Eigenschaft quasi gedämpft bzw. sogar geblockt, aber das geht nur
in einem schmalem Frequenzbereich gut. Vorteil ist eine etwas
weicherer Spannungsverlauf weil da nicht so brutal Ströme fließen,
die dann wieder Störungen verursachen. In Videorecordern hab ich
an den Motoren auch schon Kondensatoren, also Snubber gesehen.

Bei einer nur wenig schwankenden Drehzahl dürfte diese Lösung völlig
ausreichen und die Lipos vom Quadcopter werden dabei geschont.

Man kann noch andere Tricks anwenden, aber die würden Kostenmäßig nichts
bringen.

Ist die Frage damit beantwortet?

Autor: Otto (Gast)
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Aber Freilaufdioden wären doch parallel zum Motor. Dann würde der 
Freilaufstrom kreisen und nicht in den Akku fließen.

Autor: Otto (Gast)
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Achso, die positiven Seiten der Motoren hängen direkt am Akku. Also nix 
mit Halbbrücke.

Autor: Hans (Gast)
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Es kann ja auch sein, dass sich das mit der DB jetzt noch ewig hinzieht 
und wir dann nächstes Jahr eine neue Regierung kriegen, die weniger 
bankenrettungsaffin ist. Dann könnte es schnell zappenduster werden, 
sollte es wieder akut werden.

Autor: Hans (Gast)
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Oh, sorry, falscher Thread.

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