Hi zusammen. Ich möchte einen Gleichstrommotor per H-Brücke betreiben, Größenordnung 20-30A. Auf dem Markt gibt es ja diverse Brückentreiber fertig als Modul, bspw das Zeug von Pololu https://www.pololu.com/product/1457 Ich war immer der Meinung, dass die Body-Diode der FETs grottig ist und man deswegen parallel externe Dioden verbauen muss, weil man sonst einmal einschaltet, einmal ausschaltet, und nie wieder einschaltet. Jetzt ists aber so, dass das verlinkte Modul und auch zig andere die man bei Google so findet, keine extra Dioden drauf haben. Ich hab ein bisschen gesucht, Dioden für 30A haben auch teilweise Vorwärtsspannungen > 1V. Das Zeug wird doch abartig heiß, wenn ich da eine PWM mit machen möchte? Wieso verkaufen die erstens die Module ohne extra Dioden, und wieso brennt ihnen das Zeug nicht direkt weg wenn 30A in der Diode einen Abfall von 1V erzeugen?
Bei ner MOSFET H-Brücke sind die Dioden doch eh nur so lange aktiv, bis der MOSFET sie überbrückt ...
Bin mir nicht sicher was du damit sagen willst. FET ist an, 30A fließen durch den Motor. PWM schaltet FET aus, 30A fließen durch die Diode. Dann das Spiel wieder von vorn?
Stefan M. schrieb: > Hi zusammen. > > Ich möchte einen Gleichstrommotor per H-Brücke betreiben, Größenordnung > 20-30A. Auf dem Markt gibt es ja diverse Brückentreiber fertig als > Modul, bspw das Zeug von Pololu https://www.pololu.com/product/1457 Den Treiberchip-type hab ich leider nicht gefunden und das läßt ein paar Befürchtungen wach werden... > Ich war immer der Meinung, dass die Body-Diode der FETs grottig ist und > man deswegen parallel externe Dioden verbauen muss, weil man sonst > einmal einschaltet, einmal ausschaltet, und nie wieder einschaltet. Manchmal sollte die Meinung auch einen Hintergrund haben und in dem Fall würde es helfen das zur Verfügung gestellte Datenblatt einfach mal zu lesen.. .und dann über das Grottenschlecht nochmals nachzudenken. > Wieso verkaufen die erstens die Module ohne extra Dioden, und wieso > brennt ihnen das Zeug nicht direkt weg wenn 30A in der Diode einen > Abfall von 1V erzeugen? die verkaufen die Module weil sie annehmen das die Kunden verstehen wie man sowas ansteuert. Wieso sollten die FETs abfackeln es wenn die 30A durch die Diode nur kurz anstehen weil dann sinnvollerweise der entsprechende Fet wieder eingeschaltet wird damit die Diode nix zu tun hat?
Stefan M. schrieb: > Bin mir nicht sicher was du damit sagen willst. FET ist an, 30A fließen > durch den Motor. PWM schaltet FET aus, 30A fließen durch die Diode. Nur, wenn der parallel zur Diode liegende FET nicht einschaltet. Bei eingeschaltetem FET wird der Strom einen Teufel tun, aber bestimmt nicht durch die Diode fließen.
Stefan M. schrieb: > Ich war immer der Meinung, dass die Body-Diode der FETs grottig ist und > man deswegen parallel externe Dioden verbauen muss Tja...das kommt - wie immer - darauf an. Es durchaus öfter so, daß die parasitäre Diode als Freilaufdiode wenig zu gebrauchen ist. Selbst wenn die Diode gut ist kann man die Diode lieber draußen haben wollen, weil die Schalt- und Leitverluste des FETs in Summe mit der Diode größer sind als es der Halbleiter dauerhaft überleben würde. Und dann wieder gibt es sicherlich auch Bauteile, da integriert man gerne viel. Ich hab das Datenblatt nicht gelesen, möglicherweise hat der Hersteller neben der parasitären Diode noch eine vernünftig optimierte Diode auf den Chip geritzt.
Wühlhase schrieb: > Und dann wieder gibt es sicherlich auch Bauteile, da integriert man > gerne viel. Ich hab das Datenblatt nicht gelesen, möglicherweise hat der > Hersteller neben der parasitären Diode noch eine vernünftig optimierte > Diode auf den Chip geritzt. Der Hersteller hat parallel zur Diode sogar einen kompletten FET integriert. Wenn man den durchschaltet, ist sie völlig entlastet.
Wühlhase schrieb: > möglicherweise hat der > Hersteller neben der parasitären Diode noch eine vernünftig optimierte > Diode auf den Chip geritzt. Möglicherweise entsteht trotzdem Wärme, die ziemlich auf einen Punkt konzentriert ist, falls die interne Diode wirken muß. Andererseits könnte die Ansteuerung so optimiert sein, daß die Induktivität keine Zeit hat, die Gegenspannung aufzubauen? Das scheint mir jedoch etwas auf Kante genäht, sobald sich bei der Hardware Änderungen ergeben sollten.
von Wolfgang schrieb: >Nur, wenn der parallel zur Diode liegende FET nicht einschaltet. Bei >eingeschaltetem FET wird der Strom einen Teufel tun, aber bestimmt nicht >durch die Diode fließen. Doch, bei eingeschaltetem FET und induktiver Last und ohne ohmscher Last fließt der Strom erstmal durch die Diode, weil die Polarität für den FET falschrum ist. Die gespeicherte Energie in der Induktivität muß ja irgendwo hin. https://www.iue.tuwien.ac.at/phd/stiftinger/node40.html
von Stefan M. schrieb: >und wieso >brennt ihnen das Zeug nicht direkt weg wenn 30A in der Diode einen >Abfall von 1V erzeugen? Der Blindstrom belastet die Dioden, der Wirkstrom nicht.
Günter Lenz schrieb: > Der Blindstrom belastet die Dioden, der Wirkstrom nicht. Jeder Strom belastet die Dioden, weil eine Diode keine Phasenverschiebung erzeugt und deshalb jeder Strom eine Leistung und damit Wärme erzeugt. Günter Lenz schrieb: > Doch, bei eingeschaltetem FET und induktiver Last und > ohne ohmscher Last fließt der Strom erstmal durch die Diode, weil die > Polarität für den FET falschrum ist. In einem eingeschalteten FET ist es schnurzegal, wie herum der Strom fließt. Wie schon Wolfgang schrieb: >>> Der Hersteller hat parallel zur Diode sogar einen kompletten FET >>> integriert. Wenn man den durchschaltet, ist sie völlig entlastet. Denn sonst würde die "übliche" Verpolschutzschaltung nicht funktionieren: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz Da ist es auch so, dass "erstmal" die Diode leitet und dann der FET "übernimmt".
Danke für eure Antworten. Ich hab mir jetzt das Datenblatt vom VNH9013 angesehen, die geben eine recovery time von 40ns und 1,1V(@6A) Vorwärtsspannung an. Eine dicke Diode wie bspw die DPG60 ist mit 35ns ein bisschen schneller und mit 1,4V (bei 60A) nicht weit entfernt. Wenn ich jetzt ne PWM mit 50% auf einen Motor gebe, dann leitet ja zu 50% der FET und mein Verlust ist Rdson * Strom², während der FET aktiv ist. Während der anderen 50% leitet die die Diode und erzeugt Vf * Strom² an Verlusten, wobei in der Zeit der Strom ja nicht konstant ist sondern fällt. Wie kann ich abschätzen, wie weit der Strom während der An-Zeit der Diode absinkt? Das muss doch von der Induktivität abhängen, und dem Wicklungswiderstand?
Wie weit der Strom abfällt hängt von der Induktivität, den Widerständen (ggf. nicht so wichtig) und der im Motor induzierten Spannung (wegen der Rotation) ab. Eine reverse recovery Zeit von 60 ns ist schon gut. Da braucht man nicht unbedingt eine Externe Diode. Die alten MOSFETs waren da deutlich langsamer und problematisch. Wenn die Steuerung gut ist, für eine, Großteil der Zeit, wo die Freilaufdiode aktiv ist der parallele FET eingeschaltet. Damit fließt der größte Teil des Stroms nicht mehr über die Diode. Nur in den Umschaltphasen wird die Diode ggf. noch mal kurz aktiv.
Stefan M. schrieb: > Wenn ich jetzt ne PWM mit 50% auf einen Motor gebe, dann leitet ja zu > 50% der FET und mein Verlust ist Rdson * Strom², während der FET aktiv > ist. Während der anderen 50% leitet die die Diode und erzeugt Vf * > Strom² an Verlusten, Nö, nur Vf * I > Wie kann ich abschätzen, wie weit der Strom während der An-Zeit der > Diode absinkt? Das muss doch von der Induktivität abhängen, und dem > Wicklungswiderstand? dI/dt = U / L U ist dabei die Klemmenspannung im Freilauf = Spannungsabfall über allen ohmschen Anteilen (Spule, MOSFET, LAST).
> Wenn ich jetzt ne PWM mit 50% auf einen Motor gebe, dann leitet ja zu > 50% der FET und mein Verlust ist Rdson * Strom², während der FET aktiv > ist. Genau. Plus noch Schaltverluste. Insg mal 2 (ein MOSFET nach Plus, einer nach Minus). > Während der anderen 50% leitet die die Diode und erzeugt Vf * > Strom² an Verlusten, Nein. Zum einen leitet nicht die Diode des Transistors, den du gerade abgeschaltet hast sondern die des anderen Transistors an dem Pin des Motors. Und dann: Während der anderen 50% schaltest du die beiden unteren[1] MOSFETs ein - beide Enden des Motors hängen an Minus. Nur während der kurzen Umschaltperiode (Plus-Pin trennen, Totzeit abwarten, auf Minus legen) wird die Diode benutzt - sobald das "auf Minus legen" stattfinden, wird die Diode überbrückt. [1] zur Vereinfachung. Geht genauso auch mit beiden auf Plus - evtl schwieriger statisch anzusteuern wg boost.
Moin, Ich bin nicht sicher, in wieweit das genau hier zum Thema passt, aber ich habe kürzlich folgende Erfahrungen mit dem Pololu "High-Power Simple Motor Controller G2 24v19" in Verbindung mit einem eher kleinen Getriebemotor (12V/ 1A) gemacht: Bei schnellem Stop/Richtungswechsel steigt die Versorgungsspannung kurzzeitig soweit an, dass sogar der interne Überspannungsschutz auslöst (zumindest, wenn er z.B. bei Vcc 12V auf 18V eingestellt ist). Dies lässt sich vermeiden, in dem man die maximale Verzögerung begrenzt, was bei dem Teil auch möglich ist. Ich überlege, hier später eine Diode in Reihe mit der Versorgung zu legen, damit mir der Motorcontroller nicht andere Geräte an der 12V Versorgung zerstört. Was würdet ihr da empfehlen? Grüße, Hauke
Hauke schrieb: > Ich bin nicht sicher, in wieweit das genau hier zum Thema passt, aber > ich habe kürzlich folgende Erfahrungen mit dem Pololu "High-Power Simple > Motor Controller G2 24v19" in Verbindung mit einem eher kleinen > Getriebemotor (12V/ 1A) gemacht: > > Bei schnellem Stop/Richtungswechsel steigt die Versorgungsspannung > kurzzeitig soweit an, dass sogar der interne Überspannungsschutz auslöst > (zumindest, wenn er z.B. bei Vcc 12V auf 18V eingestellt ist). Logisch, dein Motor läuft als Generator und schiebt seine mechanische Energie in die Versorgungsspannung. Das kann man vermeiden, indem man zuerst hart abbremst, im Extremfall durch dauerhaften Kurzschluß des Motors. Wenn dann der Strom auf Null gefallen ist, kann man rückwärts drehen. > Dies lässt sich vermeiden, in dem man die maximale Verzögerung begrenzt, > was bei dem Teil auch möglich ist. Oder so. > Ich überlege, hier später eine Diode in Reihe mit der Versorgung zu > legen, damit mir der Motorcontroller nicht andere Geräte an der 12V > Versorgung zerstört. Dann zerreißt es dir nur die Versorgung am Treiber-IC. Nö, man muss entweder definiert die Rückspeisung begrenzen oder die Spannung der Versorgung mittels Power-Z-Diode oder aktivem Bremschopper. > Was würdet ihr da empfehlen? Keine Diode in Reihe in die Versorgung.
Hauke schrieb: > hier später eine Diode in Reihe Keinesfalls! 1. Es fehlt das niederohmige "Gegengewicht" des Netzteils. Die überhöhte Spannung knallt voll auf das IC hinter der Diode. 2. Spannungsabfall heizt Deine Diode
Falk B. schrieb: > Hauke schrieb: >> Bei schnellem Stop/Richtungswechsel steigt die Versorgungsspannung >> kurzzeitig soweit an, dass sogar der interne Überspannungsschutz auslöst >> (zumindest, wenn er z.B. bei Vcc 12V auf 18V eingestellt ist). > > Logisch, dein Motor läuft als Generator und schiebt seine mechanische > Energie in die Versorgungsspannung. Nein, logisch ist das nicht, denn die Generatorspannung beim Auslaufen ist immer niedriger als die zuvor angelegte Versorgungsspannung. Nicht der Generatoreffekt, sondern die Wicklungsinduktivität ist die Ursache für den Anstieg der Versorgungsspannung. Wird im laufneden Betrieb der Motor abrupt umgepolt (Änderung von DIR, während PWMH = PWML = H) oder die H-Brücke komplett abgeschaltet (Wechsel von PWMH und PWML gleichzeitig von H nach L), fließt wegen der Selbstinduktion kurzzeitig ein Strom rückwärts zur Versorgung hin. Gibt es keine weiteren Verbraucher, die diesen Strom aufnehmen, kommt es zum Spannungsanstieg. Abhilfe schafft ein ausreichend dimensionierter Kondensator an den Versorgungsspannungsanschlüssen der H-Brücke oder die Vermeidung der o.g. Zustandsübergänge, indem man kurzzeitig den Brake-Modus (PWMH = ¬PWML) aktiviert, bis der Spulenstrom abgeklungen ist.
Yalu X. schrieb: > ein ausreichend dimensionierter Kondensator Z.B. für Dauerbetrieb mit ständigen Zustandswechseln wohl die bessere Lösung (Vermeidung unnötig harter Bremsung / Senkung des Verbrauchs). (Gezielte Hilfe) Ist immer eine Frage der (Kenntnis der) Anwendung.
foobar schrieb: > Genau. (Ja. Unter Beachtung dessen, was Falk kurz zuvor gesagt hatte, Du aber offenbar übersehen hast. Andernfalls müßte diesem "genau" widersprochen werden - oder man müßte es relativieren, was ich hiermit tat.)
>> Logisch, dein Motor läuft als Generator und schiebt seine mechanische >> Energie in die Versorgungsspannung. > Nein, logisch ist das nicht, denn die Generatorspannung beim Auslaufen > ist immer niedriger als die zuvor angelegte Versorgungsspannung. Nur wird die beim (Nutz-)Bremsen diese Generatorspannung durch die (Halb-)Brücke beim Bremsen "hochtransformiert". Sonst ginge Rekuperations-Bremsen ja gar nicht! 'Logik' entspricht nicht zwingend der physikalischen Realität ...
curiou-city schrieb: >> Genau. > > (Ja. Uff. Jetzt habe ich selbst die Absätze durcheinandergewürfelt. Das "Genau" (bezogen auf den R_on) stimmt, auch der Rest. Man darf nur nicht den Fehler machen, das "genau" als Widerspruch zu Falks vorheriger Aussage zu interpretieren. (Was ich doch tatsächlich gerade - wenn auch über einen von mir zuvor gar nicht bedachten Umweg - ebenfalls irgendwie hingekriegt habe.) Sorry, foobar. Leichtsinn meinerseits hatte Dir doch glatt gar nicht vorhandenen Leichtsinn unterstellen wollen? Bitte sei so nett und ignoriere diesen -ehm- "unberechtigten Angriff".
Yalu X. schrieb: > Falk B. schrieb: >> Hauke schrieb: >>> Bei schnellem Stop/Richtungswechsel steigt die Versorgungsspannung >>> kurzzeitig soweit an, dass sogar der interne Überspannungsschutz auslöst >>> (zumindest, wenn er z.B. bei Vcc 12V auf 18V eingestellt ist). >> >> Logisch, dein Motor läuft als Generator und schiebt seine mechanische >> Energie in die Versorgungsspannung. > > Nein, logisch ist das nicht, denn die Generatorspannung beim Auslaufen > ist immer niedriger als die zuvor angelegte Versorgungsspannung. Hast recht, das ist keine "Durchschnittslogik", eher schon was für Fortgeschittene. > Nicht der Generatoreffekt, sondern die Wicklungsinduktivität ist die > Ursache für den Anstieg der Versorgungsspannung. Das ist nur die halbe Wahrheit. > Wird im laufneden Betrieb der Motor abrupt umgepolt (Änderung von DIR, > während PWMH = PWML = H) oder die H-Brücke komplett abgeschaltet > (Wechsel von PWMH und PWML gleichzeitig von H nach L), fließt wegen der > Selbstinduktion kurzzeitig ein Strom rückwärts zur Versorgung hin. Gibt > es keine weiteren Verbraucher, die diesen Strom aufnehmen, kommt es zum > Spannungsanstieg. Nein, das stimmt so nicht. Ein Motor ist nicht einfach eine Spule oder Relais. Denn die Energie in den Wicklungen ist eher klein im Verhältnis zur mechanischen Energie (Trägheitsmoment). Wenn es nur darum ginge, die Energie der Wicklungen abzubauen und in die Versorgung fließen zu lassen, wäre das sehr einfach und mit einem eher kleinen Elko möglich. Das ist aber NICHT das Hauptproblem! Das ist der Generatorbetrieb des Motors. Und auch wenn dessen Generatorspannung etwas kleiner ist als die Speisespannung im noch kurz vorher aktiven Motorbetrieb, hat er viel mechanische Energie. Und da kommt die H-Brücke mit PWM in's Spiel. Im Motorbetrieb arbeitet die als Step Down Wandler mit 0-100% Tastverhältnis und transformiert damit die Spannung zum Motor hin runter. Im Generatorbetrieb ist es das GEGENTEIL! Die H-Brücke arbeitet als Step Up Wandler und kann damit auch bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten weit unter 100% Nenndrehzahl die Spannung des Generators auf die Versorgungsspannung hochtransformieren und damit rückspeisen. DAS ist es, was viele Anfänger nicht wissen und damit ihre Endstufen, erst recht die selbst gestrickten bzw. ultra billig von Arduino & CO. Dazu braucht es keine H-Brücke, ein Halbbrücke reicht (2 Quadranten Betrieb). Die H-Brücke kann es dann noch zusätzlich in beide Richtungen (vier Quadrantenbetrieb). Motoransteuerung mit PWM > Abhilfe schafft ein ausreichend dimensionierter Kondensator an den > Versorgungsspannungsanschlüssen der H-Brücke Nein, denn der wird, je nach mechanischer Speicherfähigkeit, verdammt groß. > oder die Vermeidung der > o.g. Zustandsübergänge, indem man kurzzeitig den Brake-Modus (PWMH = > ¬PWML) aktiviert, bis der Spulenstrom abgeklungen ist. Nö, das reicht nicht. Außerdem ist so eine harte Vollbremsung bei größeren Lasten und Getrieben mit hohen Übersetzungen ARG fragwürdig, denn da zerreißt es dir mal ganz fix die Mechanik. Wenn schon, dann langsam bremsen, sprich die PWM langsam herunterfahren. Oder halt den Bremschopper oder Power-Z-Diode, je nach max. Bremsleistung. Außerdem landet beim harten Kurzschluß des Motors die gesamte Bremsenergie in den Wicklungen. Dort gehört sie nicht unbedingt hin, vor allem wenn man oft und stark bremsen will. Beitrag "Re: Dioden in Diodenkaskade werden heiß" Unser Motorenspezi Thosten Ostermann (?) kann das sicher noch besser erklären.
> Nur wird die beim (Nutz-)Bremsen diese Generatorspannung durch die > (Halb-)Brücke beim Bremsen "hochtransformiert". > Sonst ginge Rekuperations-Bremsen ja gar nicht! Noch mal anders erklärt, Beispiel: Der DC-Motor (konstant erregt, bei einer Reihenschlussmaschine sieht das anders aus!) mit seiner mechanischen Last hängt an einer Voll-(oder Halbrücke) und läuft mit einer gewissen Drehzahl >0. Wenn nun die mittlere an ihm anliegende Spannung, bestimmt durch das PWM-Verhältnis, verringert wird, bremst der Motor. Er arbeitet dann im 2. (bzw. 4.) Quadranten der Drehzahl/Drehmoment- Kennlinie, und die Bremsenergie (abzüglich Verlusten) muss also irgendwo hin. Geht sie auch, und zwar in den speisenden Steller.
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