Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik BLDC-Controller Modifizieren / Eigenbau?


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von Johannes Z. (jo_nny)


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Einen schönen Samstag Abend euch allen!

Jetzt geht es für mich ans eingemachte. Vorgestellt habe ich mich in 
diesem Thread, dort wird in den letzten Posts auch ein wenig von meinem 
Problem bekannt:
Beitrag "Pressverschweißen von Kabelenden"

Ich möchte nochmal dazusagen, dass ich eingefleischter 
Nicht-Elektroniker bin was das theoretische Verständnis angeht. Trotzdem 
bin ich willig zu lernen und so ein wenig Wissen hat sich doch schon 
angesammelt. Zum Thema:

Aktuell baue ich an einem in dem Thread vorgestellten Projekt eines 
Hochgeschwindigkeits-RC Rennboot. Im letzten Jahr konnte ich zwei 
Rekorde einfahren, welche ich dieses Jahr gerne steigern möchte. Die 
Geschwindigkeit zu steigern wird nur über Leistungssteigerung möglich, 
da alles andere bereits ausgereizt ist.

Grundsätzlich geht es hier um einige Fragen die ich habe, um ein ESC für 
die benötigten Leistungen entweder zu modifizieren oder längerfristig 
einen Leistungsteil bei bestehendem Steuerteil selber zu entwerfen.
Hier geht es also nicht unbedingt um Kostenersparnis durch Eigenbau, 
sondern um Erhöhung der Leistung und Spaß am selbst Entwickeln!
Angefangen habe ich mit der Modifizierung eines sehr einfach aufgebauten 
Leistungsteil eines 220A-ESC (sh. Bilder). Ich habe hier die Platine 
durch die direkte Verbindung der MOSFET´s etwas umgangen, um die Wärme- 
und Stromkapazität mehr auszunutzen. Bin aber nocht nicht ganz fertig.

Jetzt hat ein sehr freundliches Forumsmitglied im anderen Thread 
gemeint, dass die D2PAK-7P FET´s, die auf der Platine montiert sind, nur 
240A können, statt den von mir asu dem Datenblatt interpretierten 400A. 
Für meinen neuen Motor in dem Boot rechne ich jedoch mit etwa 350-400A 
Strombedarf für etwa 6-10 Sekunden Vollast.
Aktuell sind auf der Platine die IRFS3004-7P drauf, ich habe daraufhin 
sofort recherchiert und diesen FET gefunden:
https://www.digikey.de/product-detail/de/infineon-technologies/AUIRFSA8409-7P/AUIRFSA8409-7P-ND/6150200

Zu dem ganzen Thema habe ich nun einen großen Fragenkatalog:

- Kann man die FET´s einfach tauschen, solange es die gleiche Bauart 
ist?
  + Wenn ja, was muss man beachten? Treiber? Gate-Widerstände?
- Wie errechnen sich der Komponentenstrang aus FET, Treiber, 
Widerständen und Dioden? Welche Daten bei den Bauteilen muss man 
beachten?
- Was bringt es, mehrere FET-Paare auf den Leistungsteil zu löten?
- Welche Grenzen gibt es bei Anzahl und Belastbarkeit der Bauteile?
- Könnte man die Treiber auf einem Steuerteil "einfach" tauschen gegen 
stärkere?
  + Wenn ja, was hängt dahinter?

Laut meinen Beobachtungen läuft der Stromfluss im Leistungsteil im 
groben so ab:
Minus - Source (FET) Drain - Motorleitung - Source (FET) Drain - Plus
Oder liege ich falsch?

Eine PWM von 16kHz sollte ausreichen, ich weiß aber nicht, ob es 
wensentlich komplizierter werden würde wenn man 32kHz anstreben will und 
was der genaue Unterschied ist.

Leider gibt es für einen Noob wie mich kaum was verständliches zu lesen. 
Ich möchte nicht Elektronik studieren für so ein wie es mir scheint doch 
recht einfaches Teil, aber die meisten Info´s aus dem Netz sind halt 
sehr kompliziert (da meistens mit Steuerteil)und/oder für mich 
unverständlich.

Freue mich auf einige hilfreiche Antworten. Ich will es wirklich 
verstehen!

Viele Grüße,
Johannes

von zyxw (Gast)


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Ich sage mal so: Je mehr man weiß, kann und versteht, um so mehr fallen 
einem Möglichkeiten ein, das ganze zu optimieren. Dabei wird einem mehr 
und mehr bewußt, wie wenig man weiß.

In einem sooo speziellem Fall wie deinem muss man das ganze Boot als 
eine Einheit sehen, die aus mehreren Untergruppen besteht. Jede dieser 
Untergruppen kann man für sich wieder optimieren.

Wenn Du schon in Richtung Eigenentwicklung gehen willst, muss das jemand 
machen, der von Mechanik genau so viel Ahnung hat wie von 
Leistungs-Elektronik und µC-Programmierung von elektrischen Antrieben.
Menschen mit derart breitem Können sind extrem selten, weil jede dieser 
Disziplinen schon sehr komplex ist. Und wenig interdiziplinär geschult 
wird.

Mein Vorschlag zum mechanischen Aufbau: den Motor, den Regler und den 
Akku als eine Einheit konstruieren, d.h. das Layout so planen, dass die 
wegen der drei Zellen weit auseinanderliegenden Anschlüsse vom Akku 
direkt auf den Regler passen. So kann man die im anderen Thread von mir 
ins Spiel gebrachte Induktivität der Leitungen minimieren.
Auch die angesprochene PWM für den Teillastbereich kann man 
modifizieren, in dem man nicht den einen FET eingeschalten lässt und den 
anderen choppt, sondern abwechselnd schaltet.
Gerade mit der Totzeit kann man viel erreichen. Ich habe das mal mit 
einem DSP gemacht, der die Totzeit für jeden FET für jeden Zyklus 
individuell berechnet. Mit dem Ziel, dass die Bodydioden möglichst nie 
in Aktion treten. Denn beide Zustände sind übel: "Leiten" wegen des 
großen Spannungsabfalls und "sperrend werden" wegen der recovery time 
(die Diode leitet dann in Sperrrichtung).
Zu deiner Frage: kann man die FETs einfach so tauschen? Man kann, ob es 
besser oder schlechter wird,  wird nur ein Versuch zeigen. Aber das ist 
nur an einer Schraube gedreht, sicher muss man noch an einer anderen 
drehen, um das Ergebnis zu optimieren. Alles beeinflusst sich 
gegenseitig.

Zur PWM-Frequenz: je höher sie ist, umso höher sind die Schaltverluste 
der FETs und die Eisen- und Kupferverluste im Motor. Also lieber so 
niedrig wie möglich halten. Allerdings steigt dann der Ripple, was 
andere Probleme bringt.
Du siehst, man kann an vielen Schrauben drehen, was viele Auswirkungen 
auf die verschiedenen Baugruppen hat.
Viele davon kann man sich nur mit großer Erfahrung erklären.
Deshalb ist das auch mit viel Testen verbunden, da man das Meiste nicht 
genau berechnen oder simulieren kann. Dafür braucht man ein gut 
ausgestattetes Mess-Labor.

Kühlung ist ja nochmal ein eigenes Thema. Wenn man nicht mit Wasser 
kühlen will, braucht man eine große Wärmekapazität, welche wieder viel 
Masse ins Spiel bringt (Wasser ist ein guter Wärmeleiter, aber auch ein 
guter Wärmespeicher!).
Deshalb überlegen, ob man z.B. den Fahrtwind oder das den Bootsrumpf 
umgebende Wasser zum Kühlen verwenden kann.
Dass aus der Antriebstechnik alles herausgeholt ist, wie du geschrieben 
hast, glaube ich auch nicht. Wie wirkt sich z.B. die Eintauchtiefe 
(Länge der Antriebswelle) aus? Dazu kann ich nichts Fundiertes 
beitragen. Auch hast Du geschrieben, dass die Steigung noch größer sein 
könnte, es aber keine am Markt erhältich sind. Weiter forschen. Entweder 
selbst entwickeln, die Hersteller darauf ansprechen und die Marktlage 
analysieren.

Dann kommt die Optimierung der Fahrstrecke. Wann gebe ich wie viel Gas?
Auch da geht noch viel. Die Messungen der Eintritts- und 
Austritts-Geschwindigkeit wird noch einiges ans Licht bringen.
Auch eine Messung der Geschwindikeit in der Mitte wäre interessant.
Wie ruhig ist das Wasser?
Wie plane ich die Route, damit bei der Rückrunde das Wasser möglichst 
ruhig ist.

Dann zur Akkus: wieviele Zyklen soll der Akku für das Rennen auf dem 
Buckel haben?
Akkus haben ein Gedächtnis.
Wie viel bringt selektieren? Häufiger selektieren?
Welche Temperatur haben die Akkus beim Einbau?
Lohnt es sich, die Akkus im Boot fest zu installieren und dort zu laden?
In einem anderen Video sah ich Akkus mit 100C, deren Kontakte an den 
breiten Seiten liegen.

Bei dieser extremen Aufgabe / Belastung spielt das alles eine Rolle.
Im Video RC boat world record class Hydro L8 SAW Munich 2017
youtube.de/watch?v=cRXafcIwvkY (Jörg) sieht man einiges:
custom Propellerschraube (3D-Druck), 8x 100C-Akkus  --> 315 km/h

von zyxw (Gast)


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Zu Stephans Frage mit den 15°:
Ist das selbe wie die Zündwinkelverstellung beim PKW-Motor.
Die FETs schalten die Spannung. Der Strom hinkt wegen der 
Motorinduktivität und der GegenEMK hinterher. Das soll die 
Frühkommutierung ausgleichen. Der Strom ist das entscheidende (Kraft 
erzeugende), nicht die Spannung.

Auch die Temperatur der anderen Komponenten bei Rennbeginn hat Einfluss.
Evtl. ein bisschen Trockeneis (-80°C) mitbringen :-)

> Was bringt es, mehrere FET-Paare auf den Leistungsteil zu löten?
 - Verringerung des Widerstandes RdsOn.
 - Lokale Verteilung der Verlustleistung auf eine größere Fläche
Aber auch Nachteile:
 - Layout wird komplizierter.
 - FETs schalten langsamer, evtl. mehr Treiberleistung erforderlich.

von Johannes Z. (jo_nny)


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> Bei dieser extremen Aufgabe / Belastung spielt das alles eine Rolle.
> Im Video RC boat world record class Hydro L8 SAW Munich 2017
> youtube.de/watch?v=cRXafcIwvkY (Jörg) sieht man einiges:
> custom Propellerschraube (3D-Druck), 8x 100C-Akkus  --> 315 km/h

Kenne ich, ich stand daneben :D
Der Jörg ist auch derjenige, der mir einen Regler bauen wollte. Er 
schafft es aber Zeitlich wahrscheinlich nicht. Er meinte übrigends auch, 
das mein Rigger (so heißt die Rumpfform) deutlich effizienter ist als 
seiner, auch wenn ich in einer anderen Klasse starte. Das Wissen darüber 
habe ich mir ebenfalls Jahrelang erarbeitet und jetzt fehlt es mir an 
Wissen für einen ESC der nächsten Generation.
Die Verbinder und Ableiter für Akku und Motor werden bei mir ähnlich 
sein, nur etwas verkleinert.

> den Motor, den Regler und den Akku als eine Einheit konstruieren...

Das versuche ich grade, was mir aber offensichtlich fehlt, ist der 
Regler ;)

> Deshalb überlegen, ob man z.B. den Fahrtwind oder das den Bootsrumpf
> umgebende Wasser zum Kühlen verwenden kann.

In der Theorie ganz tolle Überlegungen, aber in der Praxis einfach nicht 
machbar, da
1. der Rumpf komplett in der Luft liegt und das Wasser nur mit den 
Tatzen und dem Propeller berührt
2. die Fahrt etwa 2x3 Sekunden andauert
3. eine "Luftkühlung" aerodynamisch unsinnvoll ist
4. die Gewichtszunahme zu groß wird

> Dass aus der Antriebstechnik alles herausgeholt ist, wie du geschrieben
> hast, glaube ich auch nicht. Wie wirkt sich z.B. die Eintauchtiefe
> (Länge der Antriebswelle) aus? Dazu kann ich nichts Fundiertes
> beitragen.

Ist es. Eine ins Wasser ragende Antriebswelle währe der absolute Horror, 
daher ist der Strut als Lauffläche konstruiert und die Kugellager 
ausgewaschen, um so wenig Reibung wie möglich zu haben. Ich schätze, an 
meinem Antrieb gehen etwa 5W verloren ^^

> Dann kommt die Optimierung der Fahrstrecke. Wann gebe ich wie viel Gas?
> Auch da geht noch viel. Die Messungen der Eintritts- und
> Austritts-Geschwindigkeit wird noch einiges ans Licht bringen.
> Auch eine Messung der Geschwindikeit in der Mitte wäre interessant.
> Wie ruhig ist das Wasser?
> Wie plane ich die Route, damit bei der Rückrunde das Wasser möglichst
> ruhig ist.

Du solltest dir mal die Videos wirklich genauer ansehen, das ist nicht 
böse gemeint. zwischen den Passes wird eine knappe Minute gewartet, 
sonst hat man sofort Wellen. Und der kleinste Abflug bei Ü200km/h 
überlebt meistens kein noch so stabiles Schiff.
Das hat aber nicht nur mit erreichen des Optimums zu tun, sondern mit 
dem Schutz seines Eigentums ;)

> Dann zur Akkus: wieviele Zyklen soll der Akku für das Rennen auf dem
> Buckel haben?
2-3, damit er eingefahren ist. Dann hat er den besten Punch für beste 
Beschleunigung. Mit einem guten Ladegerät und Stromsenke kann man aber 
ein paar Fahrten auf den Akku simulieren und hat beim ersten Lauf 
einsatzbereite Akkus.  Vorher wird der Akku aber formatiert, um 
Zellengleichheit zu gewährleisten

> Akkus haben ein Gedächtnis.
Ich weiß

> Wie viel bringt selektieren? Häufiger selektieren?
Die Akkus die wir fahren sind von Haus aus selektiert.

> Welche Temperatur haben die Akkus beim Einbau?
40-45°. In dem Bereich haben die Akkus den geringsten Ri und überleben 
das noch so halbwegs.

> In einem anderen Video sah ich Akkus mit 100C, deren Kontakte an den
> breiten Seiten liegen
Das war dasselbe Video von 2018. Die 2018er "Super-Zellen" passen nicht 
in mein kleines Schiffchen. Ich muss mich mit den 70C "zufrieden" geben. 
Allerdings sind die Dinger für meine Ströme auch schon viel zu Over. Die 
können fast 600A Dauer, das braucht ausser der Jörg (noch) niemand. 
Dieses Jahr werden die Zellen wohl von vielen in den größeren Klassen 
gefahren werden, allerdings verlötet, weil man sich die Arbeit mit den 
ganzen Verbindern und Klemmen nicht antut :)

Danke dir allerdings für die Erklärung mit den FET´s. Das heißt man kann 
nicht sagen was geht und was nicht, weil niemand die Werte vergleichen 
kann?
Das finde ich reichlich fahrlässig von den Entwicklern der ESC´s, grade 
von denen im ostasiatischen Raum.
Ich glaube schon, das es geht. Warum stehen sonst so viele Werte auf den 
Datenblättern der Mosfet´s?

Ich weiß das immer und überall Optimierungspotenzial da ist, ein 
derartiges Projekt ist nie fertig. Aber darum geht es hier nicht. Ich 
brauche erstmal die Basiskomponenten, damit ich überhaupt aufs Wasser 
kann. Wenn ich keinen Regler habe, kann ich nicht starten. Wenn ich 
nicht starten kann, kann ich nicht testen. Und wenn ich nicht testen 
kann, kann ich nicht optimieren.

Hoffe, du verstehst es :-)

Viele Grüße,
Johannes

: Bearbeitet durch User
von Alex B. (tecnologic) Benutzerseite


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Moin Johannes,

ich stimme zyxw voll zu, aber warum fahrt ihr bei den Leistungen mit 
Spielzeug-Spannungen? Wenn ich mir die Fotos von dir ansehe und an einem 
augenscheinlich guten Regler Design (bis auf die Phase auf der anderen 
Seite, aber egal) 35V Elkos sehe, dann frage ich mich warum fahrt ihr 
nicht erstmal mit 12S bzw. 48V und nicht 24V das packt die Brücke dann 
wieder und du musst nur die FETs und die Caps tauschen. Ein Motor mit 
der Entsprechenden Wicklung sollte wohl kein Problem sein für euch oder?

Gruß

Alex

von zyxw (Gast)


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Wie kommst du auf 24V? Er fährt mit 3S1P, also 10-12V.
Das scheint ja gerade der Reiz der Klasse L3 zu sein. Auch wenn es 
einige (inkl. mir) kaum nachvollziehen können.
Vorteil: es gibt wenig Konkurrenz
Das oben genannte L8 von Jörg fährt mit 8 Zellen.

von john (Gast)


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Hallo Johannes,

ein sehr interessantes Projekt hast du dir da vorgenommen.


Ich bin selber aus dem RC Rennbootbereich -> Naviga F1E +1kg
Vor ein paar Jahren habe ich angefangen einen eigenen Regler zu 
entwickeln der unsere Ströme verträgt (>200A @ max 10S) (10S wegen 
Regelwerk).

Insgesamt ist viel Zeit vergangen und etwa 1000@ Entwicklungskosten in 
das Projekt geflossen. Dafür habe ich jetzt einen Prototypen!
Dieser hat bisher aber noch keine 200A gesehen. Diese Tests folgen jetzt 
bald.

Den Swordfisch den du oben auf dem Bild zeigst ist schon sehr gut 
entwickelt, auch wenn er aus China kommt.
Aber der Swordfisch ist eben nur gut weil er WK hat. Die Meisten Fets 
sterben nicht wegen zu viel Strom sondern wegen zu hoher Temperatur.

Alles was zyxw schon gesagt hat ist richtig und sollte unbedingt 
beachtet werden.

Noch ein paar grobe Tipps von mir:
- Die Swordfish Logikplatine (Schaltung Design) ist gut, aber nicht 
perfekt. Auch hier sollte was selber gebaut werden.
- Wenn du ohne WK fährst ist eine Mosfetplatine mit Alukern Pflicht! Du 
musst mit der Wärme irgendwohin!
- Ist es möglich eine WK einzubauen und nach einer HighSpeed fahrt etwas 
langsamer zu fahren damit wasser duch die Leitungen strömt, den Regler 
kühlt um dann wieder Vollgass zu geben?
- Die Mosfets tauschen kann durchaus was bringen! Aber du musst das 
Gesamtsystem beachten:
Dead Time (Vorgegeben durch Swordfisch Firmware)
Gate Treiber (Sehr gut beim Swordfisch)
Gate Widerstände (ausprobieren) so niedrig wie möglich
Mosfets:
Niederiger RDSon, niedrige Gate Charge, schnelle Ein/Auschaltdauer. EMV 
dürfte dir ja egal sein.
und Du kannst die Spannung der SwordfishMosfets (30V) reduzieren. 
dadurch bekommst du eventuell weniger Gate charge und weniger RDSon.

Ich habe mir mal das Datenblatt der  IRFS3004-7P angeguckt. Sind auf den 
ersten Blick verbesserungswürdig. Warscheinlich war hier der Preis 
entscheident.

du kannst mich auch gerne mal direkt kontaktieren. Deine 300-400A finde 
ich sehr interessant!
brushlesspower@protonmail.com

von john (Gast)


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Ich habe auch mal kurz den anderen Thread überflogen

- die Stromschienen am Akku finde ich klasse. Aber du solltest diese 
auch an den ESC bringen, und die ganzen Chinaregler sind alle gelötet. 
Dafür mal an anregeung "Würth Red Cube Connector"

- eventuell solltest du den ESC nicht vor dem Akku platzieren sondern 
oben drauf. Minus links (direkt am akku) und Plus rechts (direkt am 
Akku). Dann sparst du die den weg des Pluspols nach vorne. Die Mosfest 
liegen dann zwischen Plus und Minus des akkus. Einziger Nachteil: Platz 
und Temperatur für den akku

von TestX (Gast)


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@TO

das Problem bei den hohen Strömen sind die ganzen 
Übergangswiderstände...die begrenzen letztendlich auch die maximal 
Verfügbare Leistung.

Ist das Problem gelöst (schwierig) kommen andere Probleme auf dich zu 
wie das Bonding der Fets...letztendlich ist Leistungselektronik ein 
hochkomplexes Theme bei dem ein E-Technik Studium NICHT ausreicht...man 
braucht zusätzlich jahrelange Erfahrung mit dem Bau solcher Module.

Bei Infineon oder IXYS gibt es hochintegrierte H-Brücken als 1x oder 3x 
Package. Teilweise mit Schraubanschluss (Löten sollte man unbedingt 
vermeiden). Ggf. ist das eine brauchbare Grundlage für den eigentlichen 
Leistungsteil.

Hast du ein Oszilloskop zur Verfügung ? Wenn nicht dann kauf dir eins! 
Zum Entwickeln musst du dir unbedingt die Phasenströme angucken. 
Wahrscheinlich liegen die atm bei dir deutlich unter 200A ...

von Johannes Z. (jo_nny)


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Es scheint wohl zu dem nicht ganz einfachen Thema keine feste Meinung zu 
geben.
Die einen sagen es geht, die anderen wiederum nicht/nur mit zu hohem 
Aufwand.

Ich habe in den letzten Tagen mit Jörg etwas gefachsimpelt. Wir sind uns 
da ziemlich einig, dass es geht. Grade wegen der ,wie von John bereits 
erwähnten, sehr guten Treiberbelegung des HiFei kann der Steuerteil wohl 
sehr gut verwendet werden, um aufzurüsten.
Ausserdem hat es bei mir am Wochenende klick gemacht. So langsam 
verstehe ich das große Gebilde "Leistungsplatine". Zumindest weiß ich 
jetzt auch was die "Hi-Side" und die "Lo-Side" ist. Ja für euch einfach, 
ich hatte es nicht kapiert :D

Ich habe probeweise am Wochenende schon die ersten SMD-Lötversuche an 
den Gate-Widerständen einer alten Platine gemacht. Hat geklappt, genauso 
wie das entlöten der FET´s.

Der Plan sieht vor, dass ich zwei Leistungsplatinen parallel schalten 
werde . Die Transistoren werden bei beiden gegen deutlich schnellere und 
Niederohmigere getauscht werden mit weniger Gate-Capacity. Zeitgleich 
werden bei beiden Leistungsteilen die 24Ohm Gate-Widerstände gegen 
47Ohm-Kollegen gewechselt, damit die Spannungsspitzen geringer werden. 
So hat mir der Jörg das zumindest erkärt und mir leuchtet das ein.

@John
Schön hier einen Kollegen anzutreffen. Bei F1E sind die Ströme und 
Drehzahlen auch ziemlich übel. Dir müsste der A. Behnke dann auch was 
sagen. Der hatte mal mit mir zusammen die MGM getestet, die er wohl 
jetzt fährt. Sehr spannende Dinger die F1, aber ich halte mich aus den 
Eco´s lieber raus, dann lieber Oval ^^

> Den Swordfisch den du oben auf dem Bild zeigst ist schon sehr gut
> entwickelt, auch wenn er aus China kommt.
> Aber der Swordfisch ist eben nur gut weil er WK hat. Die Meisten Fets
> sterben nicht wegen zu viel Strom sondern wegen zu hoher Temperatur.

Sehe ich auch so. Die Verwunderung war schon groß als ich das einfache 
Layout der Leistungsplatine und die guten Treiber gesehen habe. 
Allerdings finde ich die WK-Lösung beim Swordfish echt dürftig. Die 
Akkuleitungen werden da über die Messingröhrchen der WK geführt... 
Okaaay?!
Das wollte ich so nicht, daher werden alle Leitungen aus Kupfer neu 
gemacht und, so wie du bereits empfohlen hast, dicke Aluplatten as 
Kühlkörper auf jede FET-Gruppe gebracht. Das wird zwar später als 
Platinendoppel gefühlt ein 400g-Regler, aber die Wärmekapazität ist wohl 
ausreichend ;)

> - Die Swordfish Logikplatine (Schaltung Design) ist gut, aber nicht
> perfekt. Auch hier sollte was selber gebaut werden.

Was meinst du mit "nicht perfekt"? Was kann man da besser machen? Selber 
bauen kommt wohl für einen Anfänger in Elektronik wie mich wohl kaum 
infrage.

> - die Stromschienen am Akku finde ich klasse. Aber du solltest diese
> auch an den ESC bringen, und die ganzen Chinaregler sind alle gelötet.
> Dafür mal an anregeung "Würth Red Cube Connector"

Bei Regler werden selbstverständlich die Lötkontakte ebenfalls gegen 
schraubbare Kupferleiter getauscht. Sonst hätte ich dort ja das nächste 
Nadelöhr und das ganze System wäre unsinnig.


> - eventuell solltest du den ESC nicht vor dem Akku platzieren sondern
> oben drauf. Minus links (direkt am akku) und Plus rechts (direkt am
> Akku). Dann sparst du die den weg des Pluspols nach vorne. Die Mosfest
> liegen dann zwischen Plus und Minus des akkus. Einziger Nachteil: Platz
> und Temperatur für den akku

Genau diese Überlegung hatte ich auch, das wäre sogar beim Swordfish 
durch die aussen liegenden Akkuleitungen sehr einfach zu realisieren. 
Dann habe ich aber das Problem mit den Motorleitungen, die alle 3 So 
lang sein müssen wie der halbe Akku... Da glaube ich wird die Pest durch 
Cholera getauscht :)
Ausserdem passt dann da der Schwerpukt nicht mehr, da viel Gewicht nach 
vorne wandert.

Warum meinst du aber, die Gate-Widerstände so niedrig wie möglich? Das 
beißt sich irgendwie mit der Aussage von Jörg.

@TestX
Ich hab ja verstanden das "einfach nur" FET´s tauschen wohl ziemlich 
unsinnig ist, sh. oben. Es ist aber auch nicht absolut unmöglich wenn 
man gewisse Grenzen einhält und die richtigen Bauteile beachtet.

> Hast du ein Oszilloskop zur Verfügung ? Wenn nicht dann kauf dir eins!

Ausrüstung wird wohl nach und nach kommen. Bin kein Vielverdiener und 
muss von meinem Geld auch leben. Ein Oszi steht erstmal nicht prioritär 
auf meinem Einkaufszettel.

Danke euch für den vielen Input. Bitte mehr davon :)

VG,
Johannes

von John P. (brushlesspower)


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Johannes Z. schrieb:
> Was meinst du mit "nicht perfekt"? Was kann man da besser machen? Selber
> bauen kommt wohl für einen Anfänger in Elektronik wie mich wohl kaum
> infrage.

Naja, swordfisch (und auch andere Hersteller) nehmen einen großen 
Stecker als Verbindung zur Leitungsplatine. Beim Swordfisch sind es 2*5 
Pins.

Das führt automatisch dazu das die Gate Leitungen etwas länger werden.
Bei meinem Regler sind die Gate Pins einzeln und auf direktem weg zur 
Logik Platine wo dann der Treiber sitzt.

Aber, das ist beim Swordfsch ok, nur eben nicht perfekt. Wenn du da 
anfängst was selber zubauen bekommst du noch viel mehr Probleme.

Johannes Z. schrieb:
> Warum meinst du aber, die Gate-Widerstände so niedrig wie möglich? Das
> beißt sich irgendwie mit der Aussage von Jörg.

Jörg seine Aussage wundert mich jetzt auch.

Die Gatekapazität muss schnell umgeladen werden damit der Mosfet zu 100% 
durchschaltet (RDSon sehr klein). Wenn der Mosfet noch nicht 
durchgeschaltet ist hast du sehr große Verluste = viel Wärme

Mit einem Hohen Gatestrom lädst du die Gatekapazitäten schneller um und 
hast weniger Verluste.

Jetzt das große Aber worauf sich Jörg warscheinlisch bezieht. Wenn du 
schnell schaltest hast du hohe Spannungsspitzen. Und die können dir auch 
schnell die Treiber oder Mosfets killen.

24 Ohm Gatewiderstand am Swordfish? Wow ich habe bei meinem Regler grad 
3 oder 4 Ohm.

Das müsstest du definitiv ausprobieren. Aus dem Bauch herraus würde ich 
sagen die 24 Ohm erstmal beibehalten.

Johannes Z. schrieb:
> Allerdings finde ich die WK-Lösung beim Swordfish echt dürftig. Die
> Akkuleitungen werden da über die Messingröhrchen der WK geführt...
> Okaaay?!

Naja Ok man hätte ruhig Kupfer Rohre nehmen können ;)
Aber warum nicht die WK als elektrischen Leiter verwenden, wenn er 
sowieso da ist.

Habe ich in meinem Regler auch so gemacht.

Johannes Z. schrieb:
> Schön hier einen Kollegen anzutreffen. Bei F1E sind die Ströme und
> Drehzahlen auch ziemlich übel. Dir müsste der A. Behnke dann auch was
> sagen. Der hatte mal mit mir zusammen die MGM getestet, die er wohl
> jetzt fährt.

Jup, den Andreas kenne ich. Gar nicht so leicht seine Zeiten zu 
schlagen.

Aber die MGM Regler kann ich echt nicht empfehlen. Hatte 2 defekte 
regler bekommen. Habe die komplett zerlegt und war überhaupt nicht 
begeistert. Würde ich nie im Leben kaufen.
Die Treiber waren sehr klein dimeinsioniert, wärmekopplung war grottig, 
und der Service/Verarbeitung auch eher dürftig.




Ich bin auf jedenfall sehr gespannt wie dein test mit den 2 
Leistungsplatinen verläuft.
Willst du original Swordfish platinen nehmen?
Oder selber welche Layouten mit anderen Mosfets? Anderer Anordnung?

von Äxl (geloescht) (Gast)


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Bedenkt bitte bei er Diskussion um die Zuleitungsinduktivitäten, das wir 
hier keine PWM mit 0<->400A fahren (wie früher), sondern es sich um 
einen Brushless-Design im Sternbetrieb handelt.. nur mal so angemerkt. 
Da entschärft sich das und relativiert sich enorm, da immer eine Spule 
sich überlappend "der anderen die Hand gibt". Na - ihr wisst schon, was 
ich meine... Der Ripplestrom am Eingang wird bei bestimmeten 
Konstellationen sehr gering. (Interleaved Buck ist nicht viel anders: 
dort mal nach suchen)

von Johannes Z. (jo_nny)


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Hallo John,

coole Idee mit der Verteilung der Pins. Ist es denn zwingend 
erforderlich dass die Pins so nah wie möglich an den Gates sitzen?
Ich könnte mir vorstellen, dass das Steuerlayout dadurch ziemlich 
kompliziert ist. Der Weg von Pin zu Gate ist dann schön kurz, aber den 
Weg von Treiber zu Pin doch dann nicht?

> Die Gatekapazität muss schnell umgeladen werden damit der Mosfet zu 100%
> durchschaltet (RDSon sehr klein). Wenn der Mosfet noch nicht
> durchgeschaltet ist hast du sehr große Verluste = viel Wärme
> Mit einem Hohen Gatestrom lädst du die Gatekapazitäten schneller um und
> hast weniger Verluste.
> Jetzt das große Aber worauf sich Jörg warscheinlisch bezieht. Wenn du
> schnell schaltest hast du hohe Spannungsspitzen. Und die können dir auch
> schnell die Treiber oder Mosfets killen.
> 24 Ohm Gatewiderstand am Swordfish? Wow ich habe bei meinem Regler grad
> 3 oder 4 Ohm.

Ich finde 3-4 Ohm dafür ziemlich mutig. Dann brauchst du, ausgehend von 
2 Fet-Paaren jeweils für Lo-Side und Hi-Side:

(12V / 4Ohm) für 2 Fet´s = 6A Treiberleistung

Du kannst natürlich auch weniger nehmen, so wie die Chinesen das machen: 
1A Treiber für 6 FET-Paare á 10 Ohm. Mit der Grund warum die Dinger 
ständig qualmen ;)

Jörg erzählte mir, dass Schulze damals sogar 100Ohm Gate-Widerstände 
verbaut hat, was sehr gut funktionierte. Lieber etwas langsamer aber 
dafür schonender schalten.
Es scheint zu funktionieren. Bei seinem 720A Regler ist alles kalt 
geblieben, aber da hatte jede Motorphase nunmal eine eigene 
Leistungsendstufe :)

> Ich bin auf jedenfall sehr gespannt wie dein test mit den 2
> Leistungsplatinen verläuft.
> Willst du original Swordfish platinen nehmen?
> Oder selber welche Layouten mit anderen Mosfets? Anderer Anordnung?

Geht mir genauso. Ich werde vorerst die originalen Platinen nehmen und 
wie beschrieben neu bestücken.
Wenn ich über den Winter genug Erfahrung gemacht habe, wage ich mich 
vielleicht an eigene Leistungsplatinen mit eigenem Layout. Mal gucken ^^

Zum Thema MGM:
Mittlerweile würde ich die auch nicht nehmen. Zusätzlich zu den von dir 
beschriebenen Hardwareproblemen kommt die aufwendige (und sich selbst im 
Weg stehende) Software dazu. Die integrierte Telemetrie und die im 
Zusammenhang stehenden, ständigen Messungen und Abregelungen bei 
Überschreitung von irgendwelchen Max.Werten ergeben das blanke Chaos in 
den Logs. Aufmachen tun die Regler auch nicht komplett, es läuft alles 
die ganze Zeit im Teillastbetrieb. Schade eigentlich, aber für 
sportliche Höchstleistungen nicht zu gebrauchen.

@Äxl
Was genau meinst du mit Sternbetrieb? Die Motorverschaltung?
Die Ströme müssen doch trotzdem geschaltet werden, oder nicht?

VG,
Johannes

von John P. (brushlesspower)


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Johannes Z. schrieb:
> Ich finde 3-4 Ohm dafür ziemlich mutig. Dann brauchst du, ausgehend von
> 2 Fet-Paaren jeweils für Lo-Side und Hi-Side:
>
> (12V / 4Ohm) für 2 Fet´s = 6A Treiberleistung
>
> Du kannst natürlich auch weniger nehmen, so wie die Chinesen das machen:
> 1A Treiber für 6 FET-Paare á 10 Ohm. Mit der Grund warum die Dinger
> ständig qualmen ;)

Ah... du hast natürlich vollkommen recht.

Swordfish hat 24 Ohm für jedes Gate (so wie es ja auch richtig ist)

Ich habe 3 Ohm für alle Gates. Alle 6 Gates sind paralell an einem Gate 
widerstand.

Und damit hat Jörg auch recht mit seinen 48 Ohm. War ein Denkfehler von 
mir.

von master (Gast)


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>Mit der Grund warum die Dinger
>ständig qualmen ;)

Unsaubere Flanken bzw Transienten auf de Gate-Source Leitung...

von Klaus (Gast)


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Johannes Z. schrieb:
> Ich finde 3-4 Ohm dafür ziemlich mutig. Dann brauchst du, ausgehend von
> 2 Fet-Paaren jeweils für Lo-Side und Hi-Side:

In der Rechnung fehlt der Innenwiderstand der Mosfettreiber. Das sind ja 
auch nur FETs, die einen Rdson haben. Die begrenzen schon den Strom auf 
den zulässigen Wert.

Die Gatewiderstände sind nicht dazu da, den Strom zu begrenzen. Sie 
sollen unerwünschte Schwingungen im Umschaltmoment verhindern, die einem 
sonst die EMV versauen. Manche verwenden sie auch zusammen mit der 
Gatekapazität als Verzögerungsglied, um Shoot-Through zu vermeiden. Wenn 
das keine Rolle spielt, ist 0Ω ein passender Wert.

John P. schrieb:
> Ich habe 3 Ohm für alle Gates. Alle 6 Gates sind paralell an einem Gate
> widerstand.

Das ist natürlich ganz schlecht, wenn man Schwingungen verhindern will 
und muß. Den Widerstand ganz dicht ans Gate um die Induktivität der 
Zuleitung von der Gatekapazität und zu trennen und die Kopplung zum 
Sourceanschluß zu minimieren.

master schrieb:
>>Mit der Grund warum die Dinger ständig qualmen ;)
>
> Unsaubere Flanken bzw Transienten auf de Gate-Source Leitung...

Richtig, Spannung tötet, Strom lötet aus.

MfG Klaus

von John P. (brushlesspower)


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Klaus schrieb:
> John P. schrieb:
>> Ich habe 3 Ohm für alle Gates. Alle 6 Gates sind paralell an einem Gate
>> widerstand.
>
> Das ist natürlich ganz schlecht, wenn man Schwingungen verhindern will
> und muß. Den Widerstand ganz dicht ans Gate um die Induktivität der
> Zuleitung von der Gatekapazität und zu trennen und die Kopplung zum
> Sourceanschluß zu minimieren.

Ein (bekannter) fehler meinerseits im Layout bzw Schaltplan.
Bisher bei einem Strom von ca 100A bei 6S noch keine Probleme.

Ist in der Hardwarerevision aber schon geändert.

von Johannes Z. (jo_nny)


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Klaus schrieb:
> In der Rechnung fehlt der Innenwiderstand der Mosfettreiber. Das sind ja
> auch nur FETs, die einen Rdson haben. Die begrenzen schon den Strom auf
> den zulässigen Wert.

Okay, das leuchtet ein. Ich habe mal bei Infineon das Treiberdatenblatt 
durchforstet, aber keine Angaben zum RDson gefunden. Muss/kann man sich 
den ausrechnen?

> Manche verwenden sie auch zusammen mit der
> Gatekapazität als Verzögerungsglied, um Shoot-Through zu vermeiden. Wenn
> das keine Rolle spielt, ist 0Ω ein passender Wert.

Bei unseren Anwendungen spielt das schon eine Rolle. Durch die niedrigen 
Windungszahlen und den geringen Ri des Motors sind die Rippelströme 
schon ordentlich und die EMV dementsprechend stark im Source-Bereich. 
Ich könnte mir vorstellen, dass die Gate-Leitung dadurch in 
Mitleidenschaft gezogen wird und da ist ein glättender Widerstand schon 
ganz gut.

> Richtig, Spannung tötet, Strom lötet aus.

Schöne Eselsbrücke, die werde ich mir merken :)

Grüße,
Johannes

von Klaus (Gast)


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Johannes Z. schrieb:
> Bei unseren Anwendungen spielt das schon eine Rolle. Durch die niedrigen
> Windungszahlen und den geringen Ri des Motors sind die Rippelströme
> schon ordentlich und die EMV dementsprechend stark im Source-Bereich.
> Ich könnte mir vorstellen, dass die Gate-Leitung dadurch in
> Mitleidenschaft gezogen wird und da ist ein glättender Widerstand schon
> ganz gut.

Das hat für mich mit "EMV" nichts zu tun. Bei EMV gehts um 
Nebenwirkungen mit entfernten Geräten, nicht im Gerät selbst. Anyway

Wenn es hier um Rekorde geht, würd ich als erstes mal über andere 
FET-Gehäuse nachdenken. Da gibt es Bauformen, die nicht abgewandelte THT 
Gehäuse sind und flächige Anbindung von Drain und Source ermöglichen, 
bei TI z.B. SON5x6.

Und dann Platinen mit ALU-Kern. Verschiedene chinesische Anbieter 
liefern die inzwischen relativ preiswert. Sowas ist ja bei Power-LEDs 
inzwischen üblich.

Und zur Kühlung selbst.

Johannes Z. schrieb:
> Für meinen neuen Motor in dem Boot rechne ich jedoch mit etwa 350-400A
> Strombedarf für etwa 6-10 Sekunden Vollast.

Es geht also um nicht mal 30 Sekunden. In der Zeit ist es kaum möglich, 
die Wärme weit weg, z.B. ins Wasser zu bringen. Ein Kühlkörper mit 
großer Wärmekapazität, der da helfen würde, ist auch schwer und daher 
kontraproduktiv.

Eine Lösung, Trockeneis auf die Treiberplatine zu geben, wurde schon 
genannt. Nun ist Trockeneis ein fester Körper und der Kontakt mit den 
Transistoren ist eher punktuell. Flüssige Luft ist da sicher besser, und 
es ist auch kein großes Ding, aus einem Dewar, einer besseren 
Thermosflasche, vor dem Start flüssige Luft einzufüllen. Nur haben die 
wenigsten einen Luftverflüssiger zu Hause rumzustehen (manche 
Universitätsinstitute schon).

Ich würde auch mal über den Phasenübergang eines Kühlmediums nachdenken. 
Wenn man die Treiberplatine in ein Gefäß mit Wasser packt, erwärmt sie 
sich zwar bis 100°, wärmer wird sie aber erst, wenn das Wasser verdampft 
ist. Wieviel Wasser es sein muß um die rund 30 Sekunden durchzuhalten, 
kann man experimentell ermitteln. Man kann aber auch an Flüssigkeiten 
denken, die bei niedrigeren Temperaturen verdampfen. Waschalkohol wäre 
da ein Kandidat. Ist leicht zu bekommen und billig. Die Platine also in 
eine Wanne packen, einen Weg für das verdampfte Kühlmittel vorsehen und 
vor dem Start die Wanne füllen.

Mit flüssiger Luft würde das genauso gehen. Wobei noch dazu kommt, daß 
dabei auch der Widerstand aller Leiter, die in der flüssigen Luft sind, 
sinkt.

Aber auch Wachs kommt mir in den Sinn. Die Platine mit Wachs vergießen, 
daß z.B. bei 50° schmilzt. Dabei würde man den Phasenübergang von fest 
zu flüssig ausnutzen.

MfG Klaus

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