Getriebemotor mit konstanter Drehzahl an Batterie betreiben

[Thoralf E. (teb)]

Hallo,

ich möchte einen Getriebemotor (nominell 3V, 20/40mA 
unbelastet/belastet, 1A Blockierstrom) über PWM (10%?) an 3*AA-Batterien 
betreiben.

Die PWM will ich mit 2xTLC555 in Standardbeschaltung erzeugen (IC1: 
Multivibrator 16kHz, IC2: PWM)

Es gibt keinen Ausschalter. Über den Reset-Pin von IC1 wird der Motor 
de-/aktiviert. Das Ganze darf also nur einen geringen Ruhestrom haben.

Folgende Fragen hätte ich dazu:
1. Gibt es eine simple Möglichkeit, die PWM etwas an die sinkende 
Batteriespannung anzupassen (z. B. über Pin5 von IC2)? Sehr genau muss 
es nicht sein.
2. Der Motor wird nur gering belastet und hat eine Rutschkupplung. IC2 
sollte den doch direkt treiben können, oder brauche ich zwingend noch 
einen Transistor (Freilaufdiode ist klar)?
3. Zwischen Motor und Batterie/Elektronik sind etwa 50cm Zuleitung. 
Brauche ich irgendwelche Entstörmaßnahmen?

Vielen Dank für Eure Hilfe!

[H. H. (Gast)]

Thoralf E. schrieb:
> Das Ganze darf also nur einen geringen Ruhestrom haben.

Dann nimm doch nicht den TLC555, der frisst dir 0,5mA, pro Stück.

[Michael B. (laberkopp)]

Thoralf E. schrieb:
> Brauche ich irgendwelche Entstörmaßnahmen?

Es ist immer klug, direkt am Motor zu entstören

                 +--47uH--+---+---+
                 |        |   |   |
                 |        | 47nF  |
 ----------------+        |   |   |
verdrillte Zuleitung    47nF  +--(M)
 ----------------+        |   |   |
                 |        | 47nF  |
                 |        |   |   |
                 +--47uH--+---+---+

Man kann die Motordrehzahl regeln, dafür muss man sie aber mit einem 
Sensor messen.
Man kann einfach die 2.7 bis 4.5V deiner Batterien zu konstant 2.7V 
machen, dann dreht der Motor unabhängig vom Batterieladezustand gleich 
schnell, wird aber unter Belastung langsamwr.
Man kann diesen Geschwindigkeitseinvruch kompensieren, in dem man die 
Stromaufnahme misst und damit die Spannung gegensteuert
https://www.precisionmicrodrives.com/ab-026
Aber wie man sieht: jede Elektronik kostet etwas Spannung und wenn deine 
Batteriespannung unter 3V sinkt,,wird der 3V Motor nicht mehr mit vollem 
Tempo laufen können.

Abschalten kann man immer in dem ein Transistor die Spannungsversorgung 
unterbricht

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Thoralf E. schrieb:
> Die PWM will ich mit 2xTLC555 in Standardbeschaltung erzeugen.

Es genügt auch nur 1xTLC555. Mit dieser Schaltung hast du die Erzeugung 
des Rechtecksignals und PWM in einem Atemzug fertig. Es fehlt nur noch 
der Ausgangsleistungstransistor.

[Thoralf E. (teb)]

Michael B. schrieb:
> Man kann die Motordrehzahl regeln, dafür muss man sie aber mit einem
> Sensor messen.
Regeln wäre völlig übertrieben.

> Man kann einfach die 2.7 bis 4.5V deiner Batterien zu konstant 2.7V
> machen, dann dreht der Motor unabhängig vom Batterieladezustand gleich
> schnell, wird aber unter Belastung langsamwr.
Wie? Einfacher low drop Spannungsregler? Einen Schaltregler traue ich 
mir nicht wirklich zu.
PWM muss aber trotzdem sein.

> Aber wie man sieht: jede Elektronik kostet etwas Spannung und wenn deine
> Batteriespannung unter 3V sinkt,,wird der 3V Motor nicht mehr mit vollem
> Tempo laufen können.
Muss er nicht. Das Tastverhältnis wird bei voller Batterie sehr niedrig 
sein und könnte dann steigen.

> Abschalten kann man immer in dem ein Transistor die Spannungsversorgung
> unterbricht
Das ist wohl die beste Lösung.

Enrico E. schrieb:
> Es genügt auch nur 1xTLC555. Mit dieser Schaltung hast du die Erzeugung
> des Rechtecksignals und PWM in einem Atemzug fertig. Es fehlt nur noch
> der Ausgangsleistungstransistor.
Ja, aber dann kann ich das Tastverhältnis nicht über den Steuereingang 
anpassen. War halt eine Idee.

[Mi N. (msx)]

Thoralf E. schrieb:
>> Man kann die Motordrehzahl regeln, dafür muss man sie aber mit einem
>> Sensor messen.
> Regeln wäre völlig übertrieben.

Das mußt Du entscheiden.
Die Drehzahl zu regeln wäre jedoch die perfekte Lösung. Da sowieso PWM 
notwendig ist, könnte man die EMK des Motors auswerten und per kleinem 
µC auf einen konstanten Wert nachregeln. Gut, wir sind hier im 
Analogforum.

Thoralf E. schrieb:
> Einen Schaltregler traue ich mir nicht wirklich zu.

Eigentlich recht einfach und hätte auch als analoge Lösung den Vorteil, 
die Ausgangsspannung mit geringen Verlusten anzupassen - wenn es 
notwendig werden sollte.

[Michael B. (laberkopp)]

Mi N. schrieb:
> Die Drehzahl zu regeln wäre jedoch die perfekte Lösung. Da sowieso PWM
> notwendig ist, könnte man die EMK des Motors auswerten und per kleinem
> µC auf einen konstanten Wert nachregeln

Er würde ich bestimmt freuen, wenn du ihm Schaltung und Programm zeigen 
könntest.

Die hier Beitrag "Drehzahlregler für DC-Motor, ATmega48-328" wurde ja nie ganz 
ausgearbeitet.

[Thoralf E. (teb)]

Michael B. schrieb:
> Er würde ich bestimmt freuen, wenn du ihm Schaltung und Programm zeigen
> könntest.

Da muss ich mich jetzt mal outen. Klar weiß ich, dass ein attiny die 
beste Lösung wäre und eine passende Schaltung würde ich auch hinkriegen. 
Ich habe allerdings schon immer Apple-Computer und die 
Programmierumgebung dort noch nie zum laufen bekommen. Die ganzen 
Beschreibungen für Linux-Profis sind für mich böhmische Dörfer.

Ich habe das Ganze schonmal für Netzbetrieb gebaut, das war kein 
Problem. Wenn das jetzt hier auf die Wahl zwischen Controller oder einem 
Projekt mit Schaltregler und sechs OPV rausläuft, dann lasse ich das mit 
dem Batteriebetrieb. Wäre einfach bequemer gewesen.

Trotzdem vielen Dank für Eure Unterstützung.

[Mi N. (msx)]

Thoralf E. schrieb:
> Ich habe allerdings schon immer Apple-Computer und die
> Programmierumgebung dort noch nie zum laufen bekommen. Die ganzen
> Beschreibungen für Linux-Profis sind für mich böhmische Dörfer.

Wenn ich auf Maloche mit Apfel und Pinguin basteln müßte, würde ich 
kündigen. Für einfache Sachen reicht ein günstiger WIN-XP oder 
WIN7-Rechner und AVR Studio 4. Da findet man viele Beispiele und die IDE 
ist nicht so überladen. Selber läuft bei mir noch ein W98 Notebook im 
DOS-Modus ;-)
Das nur nebenbei.

Die einfachste Möglichkeit wird vermutlich ein Schaltregler sein. Hier 
habe ich z.B. den MCP16301 
(https://www.reichelt.de/dc-dc-einstellbar-4--30-v-2--15-v-sot-23-6-mcp-16301t-i-chy-p143723.html?CCOUNTRY=445&LANGUAGE=de&trstct=pos_0&nbc=1&&r=1) 
der reichen könnte, wenn der Wirkungsgrad passt.
Es gibt viele, viele, viele andere Regler, von denen ich den billigsten 
einmal ausgesucht habe: 
https://www.lcsc.com/product-detail/DC-DC-Converters_Zetta-ZD8028IB5TR_C2928932.html
Wirkungsgrad, Strom und Spannungen sollten passen. Einziger Nachteil, 
man muß mindestens 10 Stück kaufen, was dann insgesamt 0,5 Euro kostet.

[Thoralf E. (teb)]

Mi N. schrieb:
> ... MCP16301 ... ZD8028 ... Wirkungsgrad, Strom und Spannungen sollten passen.
...

Das sieht ja wirklich einfach aus. Allerdings überfordert das Gehäuse
mit 0,9mm-pitch meine motorischen Fähigkeiten. Was hälst Du vom
LM78S40CN? Mindestspannung passt und der Eigenstromverbrauch ist auch
vergleichsweise niedrig. Der Wirkungsgrad ist allerdings schlechter.

Muss ich beim Ausgangskondensator irgendwas beachten oder kann das ein
Standard-Elko sein?

Edit:
Gerade erst gesehen: der hat keinen Enable-Eingang. Das ist dann eher 
ungünstig.

[Mi N. (msx)]

Thoralf E. schrieb:
> Das sieht ja wirklich einfach aus. Allerdings überfordert das Gehäuse
> mit 0,9mm-pitch meine motorischen Fähigkeiten.

Es gibt sicherlich fertige Platinen von einem CN-Anbieter. Da kenne ich 
mich allerdings nicht aus.

> Was hälst Du vom LM78S40CN?

Den benutzt man heute nicht mehr freiwillig. Ein linearer LDO hätte 
wahrscheinlich den gleichen Wirkungsgrad.

[Michael B. (laberkopp)]

Thoralf E. schrieb:
> Was hälst Du vom
> LM78S40CN?

Nichts, der Vorläufer vom MC34063 und selbst der ist 40 Kahre alt, als 
es noch keine MOSGETs gab.

Frisst 2.5V für sich selbst bevor er überhaupt mit schaltreglern 
anfängt, und das dann mit beschissenem Wirkungsgrad dank 
Darlingtonschalttransistor.

> Gerade erst gesehen: der hat keinen Enable-Eingang. Das ist dann eher
> ungünstig.

Das kann man immer leicht durch Anheben der feedback-Spannung erreichen. 
Ein Tri-State-Ausgang, oder eine Diode, vielleicht noch ein Widerstand, 
fertig.

[Thoralf E. (teb)]

Also der ZD8028 klingt wirklich gut. Es gibt für SOT23-5 kleine 
Adapterplatinen bei Ali, allerdings ohne Ground-Plane. Das passt ja 
nicht zum empfohlenen Layout.
Könnte ich es damit trotzdem probieren oder ist das von vornherein zum 
Scheitern verurteilt?

Noch eine Frage zur Induktivität: Muss ich bei der Bauform noch was 
beachten? Ich hätte da lieber was handlicheres (z. B. 4x4mm statt 0603).
Die sind dann aber für 3A oder mehr und der Widerstand entsprechend 
kleiner. Ist das ein Problem?

[Mi N. (msx)]

Du brauchst keine 'ground plane'. Möglichst enger Aufbau mit kurzen 
Verbindungen werden funktionieren. Das IC kopfüber auf eine CU-Platine 
geklebt und die CU-Fläche als Masse genommen, würde auch gehen.
Du kannst auch 6 x 6 mm² Typen als Speicherdrossel mit 10 - 22 µH 
nehmen. Es gehen auch 10 µF Elkos, wenn man 100 nF parallel schaltet. 10 
µF keramik-Cs sind natürlich schon gut.

Denke daran, daß Du nur ganz kleinen Strom brauchst und ob die 
Ausgangsspannung um 10 mV oder 50 mV wackelt wird Deinen Motor überhaupt 
nicht stören. Es empfiehlt sich aber ein Ausgangsfilter (Tiefpass) mit 
einer 2. Drossel und einem weiteren Keramik-Kondensator, wenn die 
Zuleitung zum Motor länger werden muß. Ein Kurzwellenradio sagt Dir dann 
warum ;-)

[Thoralf E. (teb)]

Ok, dann bestelle ich mir mal 10 von den Teilen und probiere, ob ich das 
gelötet bekomme.

Vielen Dank für die Tipps.

[Mi N. (msx)]

Wenn Du bei LCSC bestellen solltest: da bekommst Du auch alle anderen 
Bauteile in guter Qualität zu einem super günstigen Preis. Es braucht 
aber ein wenig Zeit, um sich die richtigen Teile zusammen zu suchen. 
Auch gibt es immer Mindestmengen.

Wie oben erwähnt, könntest Du auch nach fertigen Modulen suchen. Aber 
das ist sicherlich nicht einfach.

[Thoralf E. (teb)]

Du hast ja so recht. Damit kann man leicht einen Abend verbringen. :-)
Module habe ich gesucht, aber nicht gefunden.

Bei der Gelegenheit habe ich etwas gefunden das noch besser aussieht:
BD6211F = ein Motortreiber explizit für Batteriebetrieb mit eingebauter 
PWM-Erzeugung und Batteriespannungsanpassung.
Was sagst du zu dem? Klingt für mich perfekt. Wenn das Ding bloß nicht 
so winzig wäre...

Kopfüber frei verdrahten habe ich auch schon gemacht. Ist nur blöd mit 
der Kühlfläche. Vielleicht reicht hier ja ein Kupferdraht als 
Wärmebrücke.

[Thoralf E. (teb)]

Oder auch DRV8832. Der ist vom Spannungsbereich her noch besser.

[Mi N. (msx)]

Thoralf E. schrieb:
> Bei der Gelegenheit habe ich etwas gefunden das noch besser aussieht:
> BD6211F = ein Motortreiber explizit für Batteriebetrieb mit eingebauter
> PWM-Erzeugung und Batteriespannungsanpassung.

Und wie wird da die Spannungsschwankung ausgeglichen?

Thoralf E. schrieb:
> Ist nur blöd mit der Kühlfläche.

Welche Kühlfläche für 20 - 30 mW möchtest Du denn einplanen?

[Thoralf E. (teb)]

Mi N. schrieb:
> Thoralf E. schrieb:
>> BD6211F ...
> Und wie wird da die Spannungsschwankung ausgeglichen?

Wenn ich das richtig verstehe, vergleicht der die Betriebsspannung mit 
einer eingespeisten Referenzspannung und passt die PWM an.
Der DRV8832 liefert die Referenzspannung gleich selber und braucht nur 
noch einen Spannungsteiler.

> Welche Kühlfläche für 20 - 30 mW möchtest Du denn einplanen?

Dabei dachte ich nur an den Anlaufstrom. Das Ding hat ja praktisch keine 
Masse. OK, ich bin manchmal übervorsichtig.

[Uwe B. (uwebre)]

Mi N. schrieb:
> Wenn ich auf Maloche mit Apfel und Pinguin basteln müßte, würde ich
> kündigen. Für einfache Sachen reicht ein günstiger WIN-XP oder
> WIN7-Rechner und AVR Studio 4. Da findet man viele Beispiele und die IDE
> ist nicht so überladen. Selber läuft bei mir noch ein W98 Notebook im
> DOS-Modus ;-)

Wenn ich auf Maloche einen so unflexiblen und lernunwilligen Mitarbeiter 
hätte würde ich kündigen. Dem Mitarbeiter.

Uwe