Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Tiefpass für H-Brücke


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von Michael (Gast)


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Hallo Leute,

ich möchte einen Motor mit Hilfe einer H-Brücke (IC DRV8432DKDR) 
ansteuern. Die ganze Regelung für den Motor funktioniert schon mal so 
wie gewünscht. Der Motor hat einen Innenwiderstand von 3,9Ohm und eine 
Induktivität von 90uH. Jetzt habe ich das Ausgangssignal mit einem 
Oscilloscope untersucht. Dabei habe ich festgestellt das die ansteigende 
Flanke nicht besonders sauber ist und eine Störrung vorhanden ist. Dies 
würde ich aus EMV-Gründen gerne elemenieren. Da ich die PID Regelung so 
wenig mie möglich beeinflussen möchte habe ich an einen LC Filter 
(Bessel) gedacht. Die Bauteilwerte sind dann 560nH und 820pF. Ich würde 
gerne die MAPI Serien von Würth verwenden und habe auch eine 
Induktivität von 560nH gefunden. Die Resonazfrequenz der Induktivität 
liegt bei 85MHz. Die Grenzfrequenz des Filters liegt bei ca. 8.2MHz 
somit habe ich ab 30MHz eine Dämpfung von ca. 19dB. (ab 30MHz wird in 
der EMV Kammer gemessen).

Das Problem ist nur wenn ich den Filter einlöte dann erhalte ich kein 
sauberes 100kHz PWM Signal sondern ich verstärke sehr stark die Störrung 
genau dies möchte ich nicht. Durch die Induktivität fließt ca. 1A RMS 
bei 12V. Daher denke ich nicht das ich hier einen RC Tiefpass nehmen 
kann.

Den Schaltplan habe ich beigefügt. Wie kann ich den Filter optimieren. 
Ich bin bei dem Filterdesign von 50 OHm ausgegangen. Ich denke das war 
mein Fehler da die Motor ja nur einen Innenwiderstand von 3.9Ohm 
besitzt.

von Kevin M. (arduinolover)


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Kommen die Störungen vielleicht von der Versorgung wegen mangelhafter 
Abblock Kondensatoren?

Filter in den Motor Phasen sind ja eher untypisch, auch wenn ich sowas 
schonmal bei großen Umrichtern gesehen habe. Sinusfilter heißen die wenn 
ich mich recht entsinne.

von Hannes (Gast)


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Michael schrieb:
> Dabei habe ich festgestellt das die ansteigende Flanke nicht besonders
> sauber ist und eine Störrung vorhanden ist.

Zeig doch mal. Eine zusätzliche Induktivität von 560nH wird nicht viel 
ausrichten bei einer sowieso vorhandenen 150x größeren 
Motorinduktivität.

von H. B. (communicator9)


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Wenn du das Filter berechnen willst, dann bei der Impedanz vom Motor.
Kannst ja den LC-Filter Designer von Ti nutzen.
https://www.ti.com/tool/LCFILTER-CALC-TOOL
Wie schon erwähnt sind gute Abblockkondensatoren Pflicht, evtl. auch ein 
Snubber.
Und natürlich auch ein optimiertes PCB-Layout.

Aus eigenem Interesse, wie machst du das mechanisch mit dem Kühlkörper, 
welche Wärmeleitpaste benutzt du?

von Falk B. (falk)


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Michael schrieb:

> Induktivität von 90uH. Jetzt habe ich das Ausgangssignal mit einem
> Oscilloscope untersucht. Dabei habe ich festgestellt das die ansteigende
> Flanke nicht besonders sauber ist und eine Störrung vorhanden ist.

Zeige einen Screenshot. Zeige uns ein Bild deines Meßaufbaus.
Wahrscheinlich ist deine Störung unkritisch oder ein Meßfehler.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Tastk.C3.B6pfe_richtig_benutzen


> Dies
> würde ich aus EMV-Gründen gerne elemenieren.

Nö, denn du weiß ja noch gar nicht, ob und wie sich diese "Störung" auf 
die EMV auswirkt.

> Das Problem ist nur wenn ich den Filter einlöte dann erhalte ich kein
> sauberes 100kHz PWM Signal sondern ich verstärke sehr stark die Störrung
> genau dies möchte ich nicht.

Klingt nach Meßfehler.

> Durch die Induktivität fließt ca. 1A RMS
> bei 12V. Daher denke ich nicht das ich hier einen RC Tiefpass nehmen
> kann.

Sicher nicht.

> Den Schaltplan habe ich beigefügt. Wie kann ich den Filter optimieren.

Muss man jetzt noch gar nicht. Man muss erstmal richtig messen und 
nachdenken.

> Ich bin bei dem Filterdesign von 50 OHm ausgegangen.

Was hier eher nicht sinnvoll ist, denn du hast kein 50 Ohm System.

> Ich denke das war
> mein Fehler da die Motor ja nur einen Innenwiderstand von 3.9Ohm
> besitzt.

Auch das ist nicht der richtige Ansatz, denn die 3,9R sind nur der 
ohmsche Wicklungswiderstand. Der ist NICHT der Wellenwiderstand und 
auch nicht der effektive Eingangswiderstand des Motors. Der liegt höher, 
eher Richtung Nennspannung / Nennstrom, hier ca. 12 Ohm.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Michael schrieb:
> Dabei habe ich festgestellt das die ansteigende Flanke nicht besonders
> sauber ist und eine Störrung vorhanden ist.
Ja, lass mal sehen! Und auch ein Foto vom Messaufbau dazu.

> eine Störrung vorhanden ist.
> Dies würde ich aus EMV-Gründen gerne elemenieren.
Warum? Führt diese "Störung" zu Problemen in deiner Schaltung oder bei 
der EMV-Konformität?

> Dies würde ich aus EMV-Gründen gerne elemenieren.
Ich finde bei den meisten derartigen "Problemen" entweder einen 
Messfehler oder einen Layoutfehler. Kannst du diese beiden Fehlerquellen 
sicher ausschließen?

EDIT: Oha, nur Zweiter... ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Michael (Gast)


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Ich habe die Schaltung mal in LT-Spice nachgebildet. Dort sehe ich den 
gleiche Effekt wie mit dem Oscilloskope. Dahe rist dies kein Messfehler 
wie hier einige behaupten.

von Klaus (Gast)


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Michael schrieb:
> Den Schaltplan habe ich beigefügt. Wie kann ich den Filter optimieren.
> Ich bin bei dem Filterdesign von 50 OHm ausgegangen. Ich denke das war
> mein Fehler da die Motor ja nur einen Innenwiderstand von 3.9Ohm
> besitzt.

Warum das Filter auf Masse beziehen? Ich würde es symmetrisch machen und 
eine stromkompensierte Drossel pro Motor einsetzen.

MfG Klaus

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Die Induktivitäten haben auch unsinnig kleine Werte.
Setze doch welche mit Eisenpulverringkern ein, der bei der 
Resonanzfrequenz bereits wirksam dämpft.

von Michael (Gast)


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Die Iduktivitäten haben so einen kleinen Wert da es einen PID Regelkreis 
gibt der so wenig wie möglich beeinflusst werden soll. Außerdem soll der 
Formfaktor sehr klein sein. Hier bieten sich die MAPI 4020 Serie 
besonders an. Auch eine deutlich größere Induktivität verringert das 
Schwingen nicht.

Ich habe auch einen Kondensator zwischen den beiden Ausgängen gehängt. 
Dies löst das Problem leider auch nicht außer das sehr viel Strom über 
diesen Kondensator fließt und ich die Leistung dort verbrate.

von Hannes (Gast)


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Michael schrieb:
> Ich habe die Schaltung mal in LT-Spice nachgebildet. Dort sehe ich den
> gleiche Effekt wie mit dem Oscilloskope.

Leider ist auch aus dem Screenshot nicht zu erkennen, was du da nun 
eigentlich misst.

Michael schrieb:
> Die Iduktivitäten haben so einen kleinen Wert da es einen PID Regelkreis
> gibt der so wenig wie möglich beeinflusst werden soll.

Von nix kommt nix.

Michael schrieb:
> Ich habe auch einen Kondensator zwischen den beiden Ausgängen gehängt.
> Dies löst das Problem leider auch nicht außer das sehr viel Strom über
> diesen Kondensator fließt und ich die Leistung dort verbrate.

Korrekt und logisch.

von Günni (Gast)


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Wenn man die Resonanzfrequenz für den gezeichneten Tiefpass ausrechnen 
will, kann man für die erste Näherung den Motor vernachlässigen, da 
dessen Widerstand und auch die Induktivität klein gegenüber den anderen 
Impedanzen ist. Dann kann man die Spulen und die Kondensatoren 
zusammenfassen und erhält eine Kapazität von 4 nF und eine Induktivität 
von 0,66 mH. Das ergibt eine Resonanzfrequenz von fast 100 kHz und 
"passt" somit zur PWM-Frequenz. Nun tritt bei einem Reihenkreis (und um 
einen solchen handelt es sich hier) am Kondensator eine 
Spannungsüberhöhung auf. Und die so erhöhte Spannung wird über die 
Zuleitungen des Motors optimal nach außen abgestrahlt. Also für mich ist 
die Verstärkung der Störung nicht sonderlich verwunderlich.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Michael schrieb:
> Auch eine deutlich größere Induktivität verringert das
> Schwingen nicht.

Gehe einmal davon aus, daß Du ein Phantom jagst.
Elektromotoren an H-Brücken gibt es noch und noch.
Nur Du hast ein Problem damit.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Michael schrieb:
> Jetzt habe ich das Ausgangssignal mit einem
> Oscilloscope untersucht. Dabei habe ich festgestellt das die ansteigende
> Flanke nicht besonders sauber ist und eine Störung vorhanden ist.

Zeige doch mal! Ohne diese Info können wir doch gar nicht wissen, ob 
dein Lösungsvorschlag sinnvoll sein kann.

Michael schrieb:
> Das Problem ist nur wenn ich den Filter einlöte dann erhalte ich kein
> sauberes 100kHz PWM Signal sondern ich verstärke sehr stark die Störrung
> genau dies möchte ich nicht.

Auch das solltest du zeigen. Foto vom Aufbau (Leitungsführung) und 
natürlich das Oszilloskop-Bild.

Aus dem Bauch heraus würde ich nicht ohne besondere Not einen Teil der 
Ausgangsleistung nach GND kurzschließen wollen. Damit verplempert man 
nur Energie und schafft sich neue EMV Probleme, wenn man das Layout 
falsch macht.

Ich denke, das für EMV die Ströme erheblich interessanter sind, als die 
Spannungen. Und das ist in diesem Fall ein gewaltiger Unterschied, weil 
die Last Induktiv ist. Spulen "wollen" den Strom konstant halten, was 
dir sehr gut entgegen kommt. Also versuche nicht, die "Störungen" von 
der Spule des Motors fern zu halten, damit bewirkst du genau das 
Gegenteil, als beabsichtigt, wie du siehst. Die bekommt damit zwar den 
Spannungsverlauf entschärft, machst du aber den Stromverlauf schlimmer.

: Bearbeitet durch User
von Günni (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Aus dem Bauch heraus würde ich nicht ohne besondere Not einen Teil der
> Ausgangsleistung nach GND kurzschließen wollen.

Hinzu kommt, dass ein Reihenkreis für seine Resonanzfrequenz einen 
Kurzschluss darstellt, bzw. die Quelle "sieht" nur noch die ohmschen 
Widerstände. Das kann die Quelle überlasten. Außerdem kann bei Resonanz 
die Spannung am Kondensator erheblich größer als die eingespeiste 
Spannung sein. So kann man auch mit recht kleinen Eingangsspannungen die 
Spannungsfestigkeit des Kondensators überschreiten.

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