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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Arduino für Motorsteuerung mittels Mosfet


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von Tobias M. (firehead90)


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Hallo liebe Community,

Ich habe ein kleines Projekt und bräuchte mal eine Fachmännische 
Einschätzung.

Es geht um ein kleines Plastik Kindermotorrad, welches Aufgrund des 
Alters und eines Wicklungsschluss am Motor nicht mehr funktionierte. 
(Technik aus der Vorwendezeit).

Das Motorrad soll nun als Herzstück einen Arduino Uno verpasst bekommen.

Als Antrieb soll ein Akkuschrauber- Motor incl. Getrieb arbeiten.

Energiequelle für das Motorad soll ein 12V 7,2Ah Blei-Gel Akku werden.

Der Motor nimmt mit Getriebe im Leerlauf etwa 6,5A unter starker Last 
kamen etwa 20A zustande. Das ganze getestet an einer Autobatterie (13V).

Anschließen möchte ich den Motor, wie im Bild zu sehen. Als MOSfeT habe 
ich mir den IRLB3034Pbf
(https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/FILES/irlb3034pbf.pdf)
ausgesucht. Aber so richtig sicher bin ich mir nicht, ob dieser geeignet 
ist.

Am Motor benötige ich noch eine Freilaufdiode. Gelesen hatte ich, dass 
man Shotky-Dioden nehmen soll (aber welche?).

Benötige ich zusätzlich noch einen Kondensator am Motor?

Ich hoffe ihr könnt mir etwas weiterhelfen.

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


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Tobias M. schrieb:
> unter starker Last
> kamen etwa 20A zustande

D.h., das du auf etwa 60-80A Anfahrstrom dimensionieren musst, sonst 
geht alle naselang was kaputt. Dein grösstes Problem ist also eine 
kräftige Verkabelung und niederohmige Leistungskreise.

Tobias M. schrieb:
> Am Motor benötige ich noch eine Freilaufdiode. Gelesen hatte ich, dass
> man Shotky-Dioden nehmen soll (aber welche?).

Die Freilaufdiode muss den Motorstrom gut vertragen können, es schadet 
also nicht, diese auch auf etwa 60A zu designen. Es gibt solche Dioden 
z.B. als Doppeldioden in PC Netzteilen. Auch hier muss alles sicher und 
kräftig verkabelt werden.
Der IRLB ist prinzipiell geeignet, aber die dünnen Drähtchen vertragen 
nicht viel (siehe Fussnote zum Gehäuse Limit), auch die angegebenen 195A 
sind sehr optimistisch. Ich schalte für solche Ströme mehrere MOSFet 
parallel, um die Belastung zu verteilen und den RdsOn zu minimieren.

Der Arduino ist nicht in der Lage, die Gates der MOSFet zügig zu laden 
und somit die Umschaltverluste klein zu halten. Du solltest also einen 
Gatetreiber addieren.

: Bearbeitet durch User
von Tobias M. (firehead90)


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Also die 20A waren bei schätzungsweise 1/4 Leerlaufdrehzahl.
Auf 0 Abbremsen habe ich nicht geschafft.

Wird der Motorstrom nicht durch die PWM mit begrenzt?

von MaWin (Gast)


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Tobias M. schrieb:
> Wird der Motorstrom nicht durch die PWM mit begrenzt?

Nein.

Motorstrom beim Anlauf: Betriebssoannung/Innenwiderstand, kannst du mit 
genauem Ohmmeter messen.

PWM besser langsam, und Leitungen kurz halten (Induktivität) und hin- 
und rücklaufende Leitungrn verdrillen. Gemeinsamem Massesternpunkt 
verwenden, wohl am Source des MOSFETs. Dorthin geht die Akkuleitung, 
dort wird GND des rPi angeschlossen

von Sven B. (scummos)


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Wenn du das PWMen willst und 20A durchschicken brauchst du mE einen 
Gate-Treiber. Der Transistor hat 10 nF Gate-Kapazität, der wird dir 
durch die Schaltflanken zu heiß wenn du immer 20A schaltest.

von Tobias M. (firehead90)


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Sooo... ich habe mir das ganze nochmal durch den Kopf gehen lassen. 
Außerdem habe ich noch ein paar andere Bauteile aufgetrieben, unter 
anderem etwas größere Mosfets.

Wenn ich nun zwei IRFP260N 
(https://www.infineon.com/dgdl/irfp260n.pdf?fileId=5546d462533600a4015356289dcf1fe2) 
Parallel schalte müsste das mit dem Strom hinkommen.

Als Freilaufdiode habe ich die RHR15120 
(http://www.farnell.com/datasheets/1727521.pdf). Da könnten aber die 30A 
max bei 20kHz etwas wenig sein. Was meint ihr?

Einen Gatetreiber hab ich nicht da, und so richtig weiß ich auch nicht 
was da geeignet wäre. Ich hatte mir blos mal diesen hier rausgepickt: 
https://www.infineon.com/dgdl/ir2125.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c85ba31694

Können die 2 Gates der Mosfet dann einfach an einen Treiber 
angeschlossen werden, oder würden die sich zu stark beeinflussen? Bzw 
müssen 2 Treiber an einen Ausgang vom Arduino?

Da ich den Arduino an der selben Spannungsquelle betreiben will, habe 
ich mich auch noch gefragt, ob ich da noch was zur Sicherheit einbauen 
muss (zwecks Rückspannung vom Motor) oder ob die Diode das alles 
Vernichtet.

Vielen Dank schonmal für eure Hilfe !

von der schreckliche Sven (Gast)


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Tobias M. schrieb:
> Wenn ich nun zwei IRFP260N

Die sind schon mal deutlich größer.
Richtige Angeberteile.
Aber besser ist was anderes.

IRLB3034  1,4 mOhm
IRFP260    55 mOhm

von Andy H. (gastrelais)


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Was spricht gegen einen High-Side wie dem BTS442E2?

von Tobias M. (firehead90)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Aber besser ist was anderes.
>
> IRLB3034  1,4 mOhm
> IRFP260    55 mOhm

was spricht gegen den IRFP260N mit 40mOhm?

von der schreckliche Sven (Gast)


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Du hast Recht: 40 ist viel mehr als 1,4.
Macht rein optisch mehr her und wird auch viel heisser.
Ich geb mich geschlagen.

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


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Tobias M. schrieb:
> Wenn ich nun zwei IRFP260N
> 
(https://www.infineon.com/dgdl/irfp260n.pdf?fileId=5546d462533600a4015356289dcf1fe2)
> Parallel schalte müsste das mit dem Strom hinkommen.


Wieso den Rückschritt? Mit höherem Kanalwiderstand ist das keine gute 
Idee, der IRLB3034 war schon o.k. Schaltest zwei/drei Stück parallel und 
treibst sie mit Gatetreiber an.

Tobias M. schrieb:
> was spricht gegen den IRFP260N mit 40mOhm?

Eben die 40mOhm.

> Können die 2 Gates der Mosfet dann einfach an einen Treiber
> angeschlossen werden

Am besten über kleine Gatevorwiderstände autteilen, wg. Miller. 5-10 Ohm 
pro MOSFet sollten o.k. sein.

> Da könnten aber die 30A
> max bei 20kHz etwas wenig sein. Was meint ihr?
Ja. Also entweder wieder 2/3 Stück parallel oder eine dickere suchen.

20 kHz PWM ist sehr sportlich für Anfänger. Fang erstmal mit 200-500Hz 
an.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Tobias M. schrieb:
> Als Freilaufdiode habe ich die RHR15120

Das ist eine Diode für 1200 Volt und 15 Ampere maximal.
Total fehl am Platz.

von Tobias M. (firehead90)


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Von den IRPF260N und RHR15120 hab ich halt grad je 5 stück rumliegen und 
müsste nicht neu kaufen. Aus ner alten USV ausgebaut.

Wenn ich sowieso nen Gatetreiber kaufen muss, ists doch eigentlich Wurst 
ob ich einen für den IRPF260N oder  IRLB3034 geeigneten nehme?

Im Endeffekt bewirkt der höhere Wiederstand ja bloß mehr Erwärmung, da 
ich auch den großen Kühler aus der USV nehmen kann, würde das ja kein 
Problem darstellen.

Achja und die 20kHz hatte ich blos von der Diode aus dem Datenblatt 
genommen.
mein Plan war auch etwas um die 200Hz

: Bearbeitet durch User
von der schreckliche Sven (Gast)


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Tobias M. schrieb:
> Als Antrieb soll ein Akkuschrauber- Motor incl. Getrieb arbeiten.

Dann schau doch mal in einen Akkuschrauber rein, um zu sehen, wie da das 
PWM-Problem gelöst wurde. Wenn Du da die Schalttransistoren überhaupt 
als solche erkennst. Naja, ganz so fein kriegts ein Bastler kaum hin, 
aber ohne (großen) Kühlkörper allemal.

von Tobias M. (firehead90)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Naja, ganz so fein kriegts ein Bastler kaum hin,
> aber ohne (großen) Kühlkörper allemal

Mir gehts auch nicht darum den Akkuschrauber nachzubauen (den ich auch 
nicht mehr da habe, weil defekt) sondern wenn es geht mit den 
Materialien zu arbeiten, die ich da habe.

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