Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC Motor - Wohin mit der Freilaufdiode?


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von restfet (Gast)


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Hallo!

Ich habe zu dem Thema schon das Forum und Google durchforstet, aber zu 
meinen Fragen noch keine Antworten gefunden.

Ich möchte in einem Projekt einen kleinen 6V DC Getriebe-Motor 
verwenden, und zwar diesen hier:

https://www.conrad.at/de/micro-getriebe-g-150-g150-metallzahnraeder-1150-10-150-umin-498906.html

Leider habe ich keine Leistungsangabe bzw. Stromangabe gefunden.

Ein paar Randbedingungen:
Die Betriebsspannung beträgt maximal 4,5V aus 3x AAA Batterien. Der 
Motor soll auch mit einer "langsamen" PWM mit 100Hz angesteuert werden.
R2 ist ein Shunt und soll eine Strommessung ermöglichen, damit der 
Mikrocontroller abschalten kann, wenn der Motor steckt.
C2 ist direkt an den Lötfahnen des Motors angelötet.
Der Mikrocontroller soll außerdem die Versorgungsspannung messen. Auf 
der Platine wird sich auch I²C befinden.

Dazu habe ich jetzt zwei Fragen:

Wohin mit der Freilaufdiode? Soll die Diode vor die Entstördrosseln 
("näher" an der Versorgung) oder dahinter ("näher" am Motor)? (siehe 
Anhang)

Ist meine gezeigte Entstörung sinnvoll (Platzierung und 
Dimensionierung), was könnte ich da besser machen?

Grüße

von der schreckliche Sven (Gast)


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restfet schrieb:
> Wohin mit der Freilaufdiode?

Direkt an den Transistor!

von Örnithologe (Gast)


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Wenn du nicht so geizig wärst, hättest auch einfach einen
richtig spannungsfesten FET/Transistor nehmen können.

Den juckt das dann nicht.

von Zu Doof (Gast)


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Ich Quark!


Das Übel muß immer an der Wurzel beseitigt werden!

von Andreas F. (chefdesigner)


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der schreckliche Sven schrieb:
> restfet schrieb:
>> Wohin mit der Freilaufdiode?
> Direkt an den Transistor!
Gegenrede. Direkt an den Motor. Der erzeugt das Problem und dort muss es 
erledigt werden.

von Zu Doof (Gast)


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Das ist völlig richtig.

Beitrag #5168093 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Christian K. (Gast)


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Falsch. Sven hat Recht. Die Diode dicht an den Transistor und die 
Schleife Q1, R2, D1, C1 klein machen.

von Mani W. (e-doc)


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Christian K. schrieb:
> Falsch. Sven hat Recht. Die Diode dicht an den Transistor und die
> Schleife Q1, R2, D1, C1 klein machen.

Wenn die EMK schon am Motor mit der Diode gekillt wird, dann hat der
Transistor kein Problem...


Bei einem Relais wird das auch so gehandhabt...

: Bearbeitet durch User
von Mani W. (e-doc)


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Zu Doof schrieb:
> Das Übel muß immer an der Wurzel beseitigt werden!

Da hat er wohl sehr recht!

von Mani W. (e-doc)


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Örnithologe schrieb:
> Wenn du nicht so geizig wärst, hättest auch einfach einen
> richtig spannungsfesten FET/Transistor nehmen können.
>
> Den juckt das dann nicht.

Dazu müsstest Du zuerst die maximale EMK kennen und noch ein Schäuferl
dazulegen...

Auch wird Deine Version einige Cent mehr kosten...

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Mani W. schrieb:
> Wenn die EMK schon am Motor mit der Diode gekillt wird, dann hat der
> Transistor kein Problem...

Die Freilaufdiode "killt" nicht die EMK. Sie kann es nicht, will es
nicht und muss es auch nicht. Sie soll verhindern, dass durch
Selbstinduktion der Motorwicklungen Spannungsspitzen entstehen.

An F. schrieb:
> Direkt an den Motor. Der erzeugt das Problem und dort muss es erledigt
> werden.

Diese Begründung ist für mich nicht nachvollziehbar. Zum einen erzeugt
der Motor das Problem nicht alleine, sondern in "Zusammenarbeit" mit dem
ausschaltenden Mosfet. Zum anderen könnte man genauso gut argumentieren,
dass die Diode möglichst nahe an der zu schützenden Komponente, nämlich
dem Mosfet liegen muss. Nein, es gibt keinen wirklichen Grund, die Diode
direkt am Motor zu platzieren.

Platziert man sie hingegen am Ausgang der Schaltung, hat das gleich
mehrere Vorteile:

- Die Diode wirkt auch auf die Induktivitäten der Drosseln und der
  Leitungen.

- Durch den gleichmäßigeren Stromfluss durch die Motoranschlussleitungen
  werden weniger Störungen abgestrahlt.

- Wird der Motor getauscht, muss die Diode nicht umgelötet werden.

- Wird der Motor versehentlich falsch herum angeschlossen, verursacht
  die Diode keinen Kurzschluss.

- Die Diode kann automatisch bestückt werden.

- ...

von Автомат К. (dermeckrige)


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Mani W. schrieb:
> Da hat er wohl sehr recht!

Deshalb gehört die FD dennoch nicht direkt an den Motor. Zudem ist der 
FD primärer Aufgabe nicht irgendwelche Störungen, bedingt durch den 
Motor selbst (Kommutator) zu eliminieren, sondern den Stromfluß nach 
Abschalten des Transistors aufrechtzuerhalten.

Und das gilt auch für die Zuleitungen zum Motor, sonst gibt es durch das 
große di/dt - jedes Mal beim ein- und ausschalten des Transistors - 
schnell ein Problem mit der EMV.

: Bearbeitet durch User
von Christian K. (Gast)


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Die Diode sorgt dafür, das der Strom im Umschaltmoment weiter fließen 
kann. Auch über die Zuleitungsinduktivität (schnell mal 1uH/m) sowie die 
zwei 10uH Drosseln.

Der Strom fließt in jedem Fall weiter, ohne die Diode, oder mit der 
Diode direkt am Motor dann als Boost bzw. Aufwärtswandler, der soviel 
Spannung erzeugt, das der Strom eben weiter fließt.

Je nach Avalanchefestigkeit übersteht das Q1, oder auch nicht.

von Mani W. (e-doc)


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Yalu X. schrieb:
> Die Freilaufdiode "killt" nicht die EMK. Sie kann es nicht, will es
> nicht und muss es auch nicht. Sie soll verhindern, dass durch
> Selbstinduktion der Motorwicklungen Spannungsspitzen entstehen.

Klar! Habe ich falsch ausgedrückt...

: Bearbeitet durch User
von Stinktier (Gast)


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Das ist ja echt ein Dauerthema hier...

An F. schrieb:
> Gegenrede. Direkt an den Motor. Der erzeugt das Problem und dort muss es
> erledigt werden.

Falsch. Die Freilaufdiode gehört direkt an den Transistor. Wie schon 
erwähnt sorgt sie für einen Strompfad damit der Strom weiterfliessen 
kann wenn der Transistor sperrt. Und wie ich auch schon mehrfach hier 
gepredigt habe: eine Freilaufdiode hat alleine nichts zu suchen, es 
gehört immer auch ein DC-link Kondensator dazu (der in diesem Fall sogar 
eingezeichnet ist (C1)). Ansonsten fängt man sich über die 
Zuleitungsinduktivitäten Überspannungen ein.

Der Shunt-Widerstand ist an einer eher ungünstigen Stelle. Ich würde den 
in den Sourceanschluss vom MOSFET legen, so wie er momentan ist ist er 
auf dem springenden Potential.

Christian K. schrieb:
> Die Diode dicht an den Transistor und die Schleife Q1, R2, D1, C1 klein
> machen.

Richtig. Das gilt bei jeder Halbbrücke und nichts anderes ist eine 
solche PWM Ansteuerung.

von Mani W. (e-doc)


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Stinktier schrieb:
> Ansonsten fängt man sich über die
> Zuleitungsinduktivitäten Überspannungen ein.

Über kurze Leiterbahnen?

von Klaus (Gast)


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An F. schrieb:
> Gegenrede. Direkt an den Motor. Der erzeugt das Problem und dort muss es
> erledigt werden.

Welches Problem erzeugt der Motor? Gar keins. Dem Motor ist das egal.

Örnithologe schrieb:
> Wenn du nicht so geizig wärst, hättest auch einfach einen
> richtig spannungsfesten FET/Transistor nehmen können.
>
> Den juckt das dann nicht.

Der Transistor braucht einen Schutz, der Motor nicht. Und dafür gibts 
verschiedene Maßnahmen, Zenerdiode zum Gate des FETs, Zenerdiode über 
den Motor, Halbbrückenansteuerung oder halt die klassische 
Freilaufdiode. Einen spannungsfesten FET/Transistor nehmen ist einfach 
feige.

MfG Klaus

von restfet (Gast)


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Vielen Dank für die Antworten!

Ich hab den Schaltplan etwas verändert und angehängt.

>Platziert man sie hingegen am Ausgang der Schaltung, hat das gleich
>mehrere Vorteile:
>
>- Die Diode wirkt auch auf die Induktivitäten der Drosseln und der
>  Leitungen.

War auch meine Überlegung.

Der Shunt im Sourcezweig kratzt den FET mit seinen 2V Threshold eh 
nicht. Und den so frei gewordenen Pin kann ich auch gut gebrauchen.

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


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Klaus schrieb:
> Einen spannungsfesten FET/Transistor nehmen ist einfach
> feige.

Nicht nur feige, sondern auch unnötig, denn man möchte ja Vcc sauber 
halten. Da hilft es nichts, wenn man Peaks auf der Betriebsspannung hat, 
die der Transistor zwar aushält, aber der Rest der Schaltung nicht.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Christian Kück hat es auf den Punkt gebracht.

Man kann es auch so sagen: am Tansistor wird der Stromfluss 
unterbrochen/geändert. Deshalb muss er dort so weitergeführt werden, 
dass der möglichst unverändert weiterfließen kann. Und darum gehört die 
Diode direkt an den Transistor (und den Pufferelko von Vcc).

Diese ganze Rede von "inversen Rückspannungen" verkompliziert die Sache 
nur unnötig: durch die Induktivität fließt bei eingeschaltetem 
Transistor ein Strom.
Wird der Transistor ausgeschaltet, dann fließt dieser Strom erst mal 
einfach weiter und sucht sich einen Weg. Und wenn man das mal mit einem 
Bleistift macht und die Stromrichtung mit einzeichnet, dann kommt man 
ganz leicht drauf, warum da hohe Spannungen auftreten (der Strom fließt 
weiter, weil aber der Transistor hochohmig ist, fällt an dem hochohmigen 
Transistor viel Spannung ab: U=R*I) oder warum welche Spannung auf 
einmal negativ wird (weil ein Bauteil von diesem Strom "verkehrt" herum 
durchflossen wird).

L1 und L2 sollten übrigens eine Gleichtaktdrossel direkt am Motor 
sein, damit Kommutationsstörungen nicht auf die Motorleitung kommen.

: Bearbeitet durch Moderator
von my2ct (Gast)


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An F. schrieb:
> Direkt an den Motor. Der erzeugt das Problem und dort muss es
> erledigt werden.

Und du meinst, dass der Strom nicht beim FET aufgetrennt wird ...

Bei dem Strom, um den es hier vermutlich geht, dürfte das alles egal 
sein, aber bei ein bisschen Power kann selbst die Leitungsinduktivität 
noch genug Ärger beim Schalten machen.

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