Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schrittmotor Leistung per PWM reduzieren


von Nils (Gast)


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Hi Forum.

Wie der Titel schon sagt möchte ich die Leistung eines Schrittmotors 
reduzieren. In meiner Anwendung bewegt sich der Motor nur relativ 
selten. So zwei mal pro Minute für etwa 1 Sekunde.

Wenn er steht brauche ich ein bischen Haltemoment, aber viel weniger wie 
das, was ich für die eigentliche Drehbewegung brauche. Um die Wärme 
niedrig zu halten möchte ich jetzt während der Haltephase die Leistung 
reduzieren.

Jetzt dachte ich mir: Mach einfach PWM und schalte damit die H-Brücke 
aus (Ich nutze einen DRV8835, da kann ich die H-Brücke nicht nur in der 
Polarität schalten sondern auch komplett deaktivieren).

Was nimmt man da typischerweise als PWM Frequenz?

Mir ist klar, das ich nicht zu langsam schalten kann, weil sonst das 
Magnetfeld kollabiert und die Energie als induzierte Spannung am Ausgang 
anfällt.

Schalte ich zu schnell, dann habe ich Schaltverluste in der H-Brücke.

Gibt es da irgendwelche Faustregeln? Ist Leistungsreduzierung über PWM, 
so wie ich mir das vorstelle möglicherweise eine dumme Idee?

Ich hab im Netz nichts brauchbares dazu gefunden.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Was regelt denn den Spulenstrom? Nur die Betriebsspannung?

Üblicherweise können Schrittmotor-Treiber-ICs eine Strombegrenzung 
übernehmen, indem die Induktivität der Spule genutzt wird. Einige können 
das sogar auf zwei Ebenen, also genau diese Absenkung im Stillstand, die 
Du möchtest.

Die Pulsfrequenz liegt dabei so bis maximal 300Hz oder wenn möglich über 
18..20kHz. Alles dazwischen ergibt ein hässliches Pfeifen oder Piepsen 
vom Motor, sollte man vermeiden.

von Wolfgang (Gast)


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Ben B. schrieb:
> Üblicherweise können Schrittmotor-Treiber-ICs eine Strombegrenzung
> übernehmen, indem die Induktivität der Spule genutzt wird. Einige können
> das sogar auf zwei Ebenen, also genau diese Absenkung im Stillstand, die
> Du möchtest.

Alle, die eine externe Referenzspannung für die Stromregelung bekommen, 
können das, wenn man die Spannung so steuert, wie man es gerne hätte.
Selbst ein A4988 für 90ct aus der Bucht kann das.
Ohne den Motor zu kennen, ist das natürlich alles blinde Orakelei.

von Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)


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Das was du suchst ist eine gescheiter Schrittmotortreiber mit 
Ruhestromabsenkung. Der kann das alles von Haus aus und du musst dir 
nicht irgendwas über zehn Ecken zusammenfriemeln wie bei deiner 
Steinzeit H-Brücke.

Du hast ja leider keine Motordaten geliefert. Aber schau dir z.B. mal 
sowas an:
https://www.pololu.com/product/3098

von Johannes S. (Gast)


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Oder TMC2130, einstellbar per SPI und mit Stromreduzierung.

von Mike J. (linuxmint_user)


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Wolfgang schrieb:
> Alle, die eine externe Referenzspannung für die Stromregelung bekommen,
> können das, wenn man die Spannung so steuert, wie man es gerne hätte.
> Selbst ein A4988 für 90ct aus der Bucht kann das.

Wenn er bei seinem Motortreiber den Maximalstrom nicht einstellen kann, 
dann kann er doch vielleicht einfach die Versorgungsspannung (VM) des 
Motors reduzieren um den Strom zu senken.

Das ist natürlich nicht so komfortabel und aufwändiger als beim A4988, 
bei dem man einfach die Referenzspannung reduzieren könnte, aber an sich 
würde es eine Möglichkeit darstellen.

von Nils (Gast)


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Klar gibt es bessere Treiber, aber der A4988 macht intern seine 
Stromabsenkung auch nur per PWM.

Aber danke für den Hinweis mit der Frequenz. Ich werd einfach mal mit 
20kHz anfangen und schauen wie es performt. Kaputtgehen kann dabei ja 
nicht viel.

von Wolfgang (Gast)


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Nils schrieb:
> Klar gibt es bessere Treiber, aber der A4988 macht intern seine
> Stromabsenkung auch nur per PWM.

Und was ist daran schlecht?

Immerhin hat der A4988 überhaupt eine Stromregelung und das auch schon 
auf dem Chip integriert. Dieser steinzeitliche DRV8835 kann den Strom ja 
nichtmal regeln.

von Nils (Gast)


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An PWM ist nichts schlechtes dran.

Und logisch gibt es bessere Treiber als den DRV8835. Der A4988 kostet 
allerdings gleich mal mehr als das doppelte für Features, die ich nicht 
brauche. Wie Eingangs schon erwähnt stehen die Motoren eh die meiste 
Zeit still und ab und zu drehe ich mal ein paar Schritte. Da tut es 
wirklich etwas ganz simples und billiges.

Zudem hängt der DRV8835 bei mir eh an PWM fähigen Pins, also kann ich 
die Leistung auch selbst reduzieren. Das brauche ich nicht im Treiber.

Die Frage war halt mit welcher Frequenz man da ran geht, und eine 
Antwort hab ich jetzt.

(Und Steinzeit ist der auch nicht. Der ist von 2012).

von Helmut L. (helmi1)


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Nils schrieb:
> Der A4988 kostet
> allerdings gleich mal mehr als das doppelte für Features, die ich nicht
> brauche. Wie Eingangs schon erwähnt stehen die Motoren eh die meiste
> Zeit still und ab und zu drehe ich mal ein paar Schritte. Da tut es
> wirklich etwas ganz simples und billiges.

Ist der wirklich so teuer?
https://de.aliexpress.com/wholesale?catId=0&initiative_id=AS_20191019235850&origin=y&SearchText=a4988+stepper+motor+driver&switch_new_app=y

von plo (Gast)


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Nils schrieb:
> Da tut es wirklich etwas ganz simples und billiges.

Die Einstellung paßt kaum (mehr) zum breiten Angebot.

Nils schrieb:
> Features, die ich nicht brauche

Ist heute häufig kein Nachteil (mehr), sozusagen eher
Normalfall. Nur unnötiger Stromverbrauch kann stören,
aber doch nicht allgemein, daß ein IC "zu viel kann".

von Forist (Gast)


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Nils schrieb:
> Der A4988 kostet allerdings gleich mal mehr als das doppelte ...

Den DRV8835 als Modul für 40ct möchte ich sehen ;-)
https://www.ebay.de/itm/221921771439

von Nils (Gast)


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Leute, ich mach mir doch wegen einem Euro kein Kopf um den Preis, wenn 
ich nur 5 Stück brauche.

Und Aliexpress bzw e-Bay ist jetzt nicht gerade das, was man einen 
zuverlässigen Distributor nennt.

von Mike J. (linuxmint_user)


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Nils schrieb:
> Leute, ich mach mir doch wegen einem Euro kein Kopf um den Preis, wenn
> ich nur 5 Stück brauche.

Die A4988 habe ich vor 3 Jahren für 1€ pro Stück gekauft und kostenlosem 
Versand.
Jetzt kosten 5 Stück 0,67€ pro Stück + 70 Cent Versand = 4,05€.

Heutzutage würde eher die Pin-kompatiblen Trinamic TMC2209 nehmen, 
einfach weil sie leiser sind und Strom sparen.

https://learn.watterott.com/de/silentstepstick/comparison/


4 Stück bekommt man für 20€. Ich gebe lieber 16€ mehr aus anstatt mir 
das nervige Surren anhören zu müssen oder extra irgend etwas 
kompliziertes entwickeln zu müssen damit ich mit einem alten 
Schrittmotortreiber die Fähigkeiten des neueren Treibers selbst irgend 
wie basteln muss.

von henning (Gast)


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Nils schrieb:
> Wenn er steht brauche ich ein bischen Haltemoment, aber viel weniger wie
> das, was ich für die eigentliche Drehbewegung brauche

Ich habe das mal so gelöst, dass ich in jede Leitung des Steppers (bis 
auf die Masseleitung, war übrigens ein unipolarer Stepper) einen 
Widerstand eingesetzt habe (ca. 10 Ohm). Jeder dieser Widerstände war 
mit einem Elko (ca. 100uF) überbrückt.

Wird die jeweilige Spule angesteuert, bildet der Elko kurz einen 
Kurzschluss über dem Widerstand. Kurze Zeit später leitet der Elko nicht 
mehr (weil er sich aufgeladen hat) und der jeweilige Widerstand kommt 
voll zum Tragen.
Das bewirkt: im ersten Moment bei Ansteuerung einer Spule den vollen 
Strom, danach eine Haltestrombegrenzung durch den Widerstand.
Wird die Spule nicht mehr angesteuert, entläd sich der Elko über den 
Widerstand und ist dann wieder für die nächste Ansteuerung bereit.

Die genauen Werte für die Widerstände und Elkos habe ich mittels Versuch 
und Irrtum ausgetüftelt, danach lief es super.
Heute würde ich statt Elkos eher Multilayer-Keramikkondensatoren 
verwenden.

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