PWM-Steller und active freewheeling

[Randy B. (rbrecker)]

Eine Frage zu einem PWM-Steller mit active-freewheeling für 
DC-Bürstenmotoren:

Zugrunde liegt ein einfaches Motormodell: R, L und Um = Kv * omega
Versorgungsspannung: Ub
Annahme: konstante Drehzahl über die PWM-Zyklen

In der On-Phase verläuft der Strom gemäß der DGL: Ub - Um = R * i + L * 
di/dt
Lösung: i(t) = (Ub - Um)/R * (1 - e^(-R/L * t))

In der Off-Phase DGL: -Um = R * i + L * di/dt
Lösung: i(t) = -Um/R + (Um/R + i_0) * e^(-R/L * t)
Hier ist i_0 der Strom am Ende der On-Phase.

Hat man 50% duty-cycle ist am Ende der Off-Phase dann der Strom wieder 
0.
Hat man einen duty-cycle < 50%, so wird der Strom am Ende der Off-Phase 
damit negativ (bremst also aktiv den Motor).

Sollte man daher bei duty-cycle < 50% folgendes, verändertes PWM-Schema 
anwenden?

1) On-Phase: Dauer t_on
2) Off-Phase mit active-freewheeling: Dauer t_on
3) Off-Phase ohne active-freewheeling: Dauer: Rest des Zyklus

Ist das plausible?
Wenn ja: wird das gemacht?

[Michael B. (laberkopp)]

Randy B. schrieb:
> Ist das plausible?

Deine Gleichungen lassen die drehzahlabhängige Gegen-EMK Spannung des 
Motors vermissen.

Ob Freilaufdiode oder active Frewheeling ist nahezu (um eine 
Diodenflussspannung) egal für das Motorverhalten.

[Randy B. (rbrecker)]

Michael B. schrieb:
> Randy B. schrieb:
>> Ist das plausible?
>
> Deine Gleichungen lassen die drehzahlabhängige Gegen-EMK Spannung des
> Motors vermissen.

Nö.

> Ob Freilaufdiode oder active Frewheeling ist nahezu (um eine
> Diodenflussspannung) egal für das Motorverhalten.

Bei der Freilaufdiode entsteht kein Bremsstrom, die Umkehrung des Strom 
ist ja damit nicht möglich, es entsteht eine "Stromlücke".

[Benjamin K. (bentschie)]

Randy B. schrieb:

> Hat man 50% duty-cycle ist am Ende der Off-Phase dann der Strom wieder
> 0.
> Hat man einen duty-cycle < 50%, so wird der Strom am Ende der Off-Phase
> damit negativ (bremst also aktiv den Motor).

hmm mir fehlt jetzt eine grobes Schaltbild.
Was meinst du mit "active active-freewheeling"?
A: einen Motor und zwei Schalter, davon einer als aktive Diode
   Bild, linke Variante
B: einen Motor in der Mitte einer H-Brücke?
   Bild, rechte Variante

Bei A kann der Strom nie negativ werden, der hat keinen Weg wo er lang 
fließen kann.
Bei B hast du mit 50% duty-cycle als 0V RMS am Motor, der dreht nicht.

Deine Startbedingungen für den Strom in jedem fall stimmen nicht. Auch 
bei Variante A wird der Strom bei 50% nicht zu Null. Der hat einen 
Gleichanteil.

[Randy B. (rbrecker)]

Benjamin K. schrieb:
> Randy B. schrieb:
>
>> Hat man 50% duty-cycle ist am Ende der Off-Phase dann der Strom wieder
>> 0.
>> Hat man einen duty-cycle < 50%, so wird der Strom am Ende der Off-Phase
>> damit negativ (bremst also aktiv den Motor).
>
> hmm mir fehlt jetzt eine grobes Schaltbild.

Dachte, das wäre klar: H-Brücke

> Was meinst du mit "active active-freewheeling"?

Auch das ist ein bekannter Begriff (Google?): beide LS (oder HS) MosFets 
leiten.

> Bei B hast du mit 50% duty-cycle als 0V RMS am Motor, der dreht nicht.

Da hast Du sicher was falsch verstanden

> Deine Startbedingungen für den Strom in jedem fall stimmen nicht. Auch
> bei Variante A wird der Strom bei 50% nicht zu Null. Der hat einen
> Gleichanteil.

Habe ich behauptet, er hätte keinen Gleichanteil? Bilde das Integral 
über eine Periode von i(t) und Du wirst sehen ;-)

[Falk B. (falk)]

Randy B. schrieb:
> Eine Frage zu einem PWM-Steller mit active-freewheeling für
> DC-Bürstenmotoren:

Nennt der Teutone aktiver Freilauf bzw. Synchrongleichrichter. Dazu 
braucht man keine H-Brücke, es reicht eine Halbbrücke.

> Hat man 50% duty-cycle ist am Ende der Off-Phase dann der Strom wieder
> 0.

Nein, nicht zwingend.

> Hat man einen duty-cycle < 50%, so wird der Strom am Ende der Off-Phase
> damit negativ (bremst also aktiv den Motor).

Stimmt nicht.

> Sollte man daher bei duty-cycle < 50% folgendes, verändertes PWM-Schema
> anwenden?
>
> 1) On-Phase: Dauer t_on
> 2) Off-Phase mit active-freewheeling: Dauer t_on
> 3) Off-Phase ohne active-freewheeling: Dauer: Rest des Zyklus
>
> Ist das plausible?

Nein.

> Wenn ja: wird das gemacht?

Nö.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM#Synchrongleichrichtung,_2-Quadrantensteller

Beitrag "Re: Frage zu H-Brücken Treiber"

Dort sieht man, wie der Strom aussieht. Vergiss die H-Brücke, die 
braucht es für die Betrachtung nicht. Es gibt auch komische 
Ansteuervarianten mit H-Brücke, die verwirren hier aber mehr als die 
helfen.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Randy B. schrieb:
> Bei der Freilaufdiode entsteht kein Bremsstrom, die Umkehrung des Strom
> ist ja damit nicht möglich
Der "aktive Freilauf" allein kann den Stom auch nicht umkehren.

Randy B. schrieb:
> Hat man 50% duty-cycle ist am Ende der Off-Phase dann der Strom wieder 0
... wenn nicht irgendwer Energie aus dem Antriebssystem entnommen oder 
in das System eingebracht hat.

Randy B. schrieb:
> Da hast Du sicher was falsch verstanden
Da hast du sicher vergessen, genauere Informationen zu deinem konkreten 
System anzugeben.

[Benjamin K. (bentschie)]

Randy B. schrieb:

> Da hast Du sicher was falsch verstanden

Jetzt hab ich hier einen langen Text getippert und dann erst deine 
Schaltung verstanden (hoffentlich). Vielleicht solltest du besser ein 
Schaltbild und ein Diagramm anhängen?

Du schaltest also nicht (ich hab es im Bild sogar eingezeichnet) 2x 
diagonal sondern diagonal und die beiden unteren Schalter?

Ok, zurück zum Anfang.

Am Ende der OFF-Phase ist der Strom nicht Null. Der Strom ist im 
eingeschwungenen Zustand ein Sägezahn mit einem Offset.
Und das bei jeder konstanten Drehzahl, auch bei 25%.
Es ändert sich ja auch deine Gegen-EMK, die wird mit geringerem 
Duty-Cycle kleiner (da langsamer), also ist der Stromanstieg steiler als 
der Stromabfall.

Das Bremsen findet nur statt, wenn die Gegen-EMK so groß ist das der 
negative Anteil größer ist als der positive. Aber ja, da willst du ja 
bremsen, du hast ja zu viel Drehzahl für die eingestellte PWM.

Ähh, mal dir ein Diagramm. Da wir vieles klarer.