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Thema: Motorsteuerung fr grere Strme

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
    Registriert seit
    22.11.2003
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    991

    Motorsteuerung fr grere Strme

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    Hi,

    ich mchte mir eine Motorsteuerung fr etwas grere Motoren bauen. Die Steuerung soll dabei mit Strmen von 10 bis 20 Ampere fertig werden.
    Da es keine fertigen H-Brcken ICs gibt die solche Stromstrken aushalten werde ich mir das aus einzelnen MosFETs aufbauen mssen.

    Wie sieht das mit der Ansteuerung der Mosfets aus ? Ich habe gelesen, das das das umladen dabei mglichst schnell gehen sollte, damit die Verlustleistung mglichst klein bleibt, bedeutet, das ich eine Treiberstufe fr die Ansteuerung brauchte ... wie msste die dann aussehen und dimensioniert sein ?
    Wie ist das mit den PWM Frequenzen ? In welchen Bereich drfen die dann bei einer Mosfet H-Brcke liegen ?

    Und ganz wichtig : welche Mosfets kann man fr sowas berhaupt benutzten ? Bzw. worauf muss man achten ?

    So, ne ganze Menge Fragen ... ich hoffe jemand kann mir die beantworten

    MfG Kjion

    PS: Gibts eigentlich irgendwo 0,01 ( 4 Watt ) oder 0,001 Ohm ( 2 Watt ) Widerstnde ?

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    569
    1. man kann das auch mit relais aufbauen
    2. dicke kabel verhinden ein feuerchen im roboter
    3. kuelkoerper helfen sehr beim geld-sparen

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    22.11.2003
    Beitrge
    991
    1. Nein, kann man nicht wenn man das per PWM steuern will.
    2. ist klar
    3. genauso...

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Berlin
    Alter
    62
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    436
    Fr groe Mosfets gibt es extra Treiberbausteine. Sie sind meistens im DIL-8 Gehuse und haben ein oder zwei Treiber drin. Die Bausteine knnen bei hohen Frequenzen ( >100kHz) ein paar Ampere schalten und dadurch die hohen Gateladungen von dicken Mosfets steuern. Ein L293D als Treiber wrde wahrscheinlich auch gehen. Falls hhere Spannungen als ca. 15V geschaltet werden sollen, nimmt man zustzlich Impulsbertrager fr die Highside-Mosfets oder eine Ansteuerung ber eine Totempfahlschaltung.
    Zu den Mosfets: je niederohmiger desto verlustleitungsrmer. Man kann auch mehrere Mosfets parallelschalten. Beispiele findest du bei Modellbau- Fahrreglern.
    und zum Schlu: wenn es nicht so genau sein mu, kann man Spannungsabflle von Anschluleitungen auch zur Strommessung nutzen.

  5. #5
    Gast
    Guten Tag!
    Ich hab damals so etwas mit einem TC4469 (4fach AND-Gatter invertiert) und mit einer H-Bridge aus 2 x BUZ11 und 2 x IRF9540N und vier Optokoplern CNY17-4 umgesetzt. Als INPUT hab ich ein PWM-Signal und eine Signal fr die Richtung vorgesehen. Ich konnte damit grere E-Motoren exakt steuern. 24 V, mit 11.5 A, 200 W. Wobei die Mosfets mit Khlrippen versehen werden muten.
    Um einen kleinen Einblick darber zubekommen ist in der Doku zum TC4469 eine kleine Beispielschaltung
    ->http://www.portlandrobotics.org/down...les/21425a.pdf. Die hab ich allerdings an meine Bedrfnisse angepat, sprich Motoren mit mehr als 18 V, denn der TC4469 kann nur maximal 18V ab, das hab ich auch leider selber in Erfahrung gebracht!

    Alternativ kann man sich auch den MD03 kaufen, der allerdings auch nicht sehr billig ist. Er ist eine 50Volt 20Amp H-Bridge Motor Drive Unit
    mit einigem Schnickschnack. Hier ist der Link:

    http://roboter-teile.de/Shop/pd1555692544.htm?defaultVariants={EOL}&categoryId= 3

    Gru skontox

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
    Registriert seit
    22.11.2003
    Beitrge
    991
    Hi,

    hrt sich gut an deine Schaltung. Ich werd mich mal genauer mit dem TC4469 beschftigen.
    Die hab ich allerdings an meine Bedrfnisse angepat, sprich Motoren mit mehr als 18 V
    Wie hast du das genau gemacht ? Httest du vielleicht den Schaltplan zu deiner Schaltung *scheinheiligfrag*

    Ja, der md03 ist ganz net, allerdings hren sich 170 fr eine Motorsteuerung erstmal nicht so gut an

    MfG Kjion

  7. #7
    Gast
    Ja, die hab ich!
    Ich mu sie nur nochmal suchen, dann poste ich Sie Dir.

    Gru skontox

  8. #8
    Neuer Benutzer fters hier
    Registriert seit
    31.03.2004
    Beitrge
    7
    So ich habs jetzt wieder gefunden.
    In motorsteuerungs.gif ist die komplette Schaltung zusehen.

    Allerdings mssen dort noch Freilaufdioden hinein.
    Die hatte ich damals vergessen, diesen Tip hat mir jemand, der sich auch fr meine Schaltung interessierte gegeben, er schien sehr visiert zusein.
    Er schrieb folgendes:

    "Erst mal vielen Dank fr Deine Bemhungen.
    Nun zu Deiner Schaltung:
    Vom Prinzip her ist Deine Schaltung recht pfiffig.
    Ich meine damit die Lsung die Feldeffekttronsistoren ber eine Kombination von Optokopplern wie auch C-Mos-Gattern anzusteuern.
    Aber etwas wichtiges fehlt noch.
    In Deiner Schaltung fehlen entsprechende Freilaufdioden.
    Merke: wenn man induktive Lasten schaltet so entstehen Spannungsspitzen. Diese Spannungsspitzen sind sehr oft der Tod der entsprechenden Halbleiter deren Spannungsfestigkeit sehr schnell berschritten werden. Zur weiteren Erluterung habe ich Dir eine kleine Modifikation als Anlage beigefgt."
    So diese Anlage ist
    in Abbildung motorsteuerung2.gif zusehen.


    Ich hoffe ich konnte Dir weiterhelfen. Die Leistungsstrke die diese Schaltung verarbeiten kann hngt nun alleine von den C-Mos-Gattern ab. Du kannst Dir auch grere dort einbauen. Allerdings hab ich n-Kanal und p-Kanal Gatter verwendet. So wie es auch in der original Schaltung vom TC4469 angegeben wurde. Der MD03 hingegen benutzt fr alle vier Gatter den gleichen Kanal. ber Roboter-Teile.de bei dem sehr netten Herrn Jrg Pohl kannst Du auch solche starken CMOS-Gatter bestellen, zumindest die die auch fr den MD03 verwendet werden.

    Naja ich hoffe ich konnte Dir weiterhelfen, denn ich hatte das gleiche Problem frher. Ich wollte nicht nur kleine Motoren steuern sondern auch richtig dicke, und da hab ich auch wochenlang im Netz gesucht und nicht viel gefunden.
    Allerdings gibt es da auch noch eine Alternative, das wurde oben schon angesprochen, man knnte das Ganze auch mit einem zweifach um Schaltrelais und zwei C-MOS-Gatter aufbauen. Das funktionierte auch, aber ich wollte kein geklackere haben, und deshalb hab ich mich fr diese Mglichkeit entschieden.

    Wenn hier allerdings jemand ist und noch eine andere oder bessere Mglichkeit gefunden hat, bitte hier posten, das wrde mich auf jeden Fall auch sehr interessieren.

    Ich hoffe zumindest das ich dir weiterhelfen konnte

    Gru skontox
    Miniaturansichten angehngter Grafiken Miniaturansichten angehngter Grafiken motorsteuerung2.gif   motorsteuerung.gif  

  9. #9
    Gast
    Hallo zusammen,


    eine kleine Kritik zum Schaltplan "motorsteuerung.gif"

    Im Bild motorsteuerung.gif fehlen Zenerdioden an den Gates der Mosfets; sonst bekommt das Gate mehr als die zugelassenen 18V.
    Die externen Freilaufdioden sind nicht so wichtig, denn Mosfets haben integrierte Freilaufdioden. Fr hhere Leistungen
    ist aber eine RCD- Schutzbeschaltung vorteilhaft.

    hier eine kleine Berechnung zu motorsteuerung.gif

    Untersuchung der Schaltzeiten der MOSFETS bei vorliegender Schaltung:

    Voraussetzungen:

    Die Gateladung vom Mosfet ist ca. 200nC; Gatespannung max. 10V;das entspricht einer Gatekapazitt von
    ca. 2nF (geschtzt) incl der Rckwirkungskapazitt Cdg.

    Sehr grobes berschlagen der Umschaltzeiten der Mosfets:

    Einschalten ber den 10K- Widerstand:
    Ton=R*c = 10k * 2nF = 20us

    Ausschalten ber den CNY17-4 mit 20mA bei einem K=200:
    Toff= C*u/I = 2nF *10V / 0,02A = 1us

    Fr eine ordentliche PWM-Steuerung von 10% bis 90% sollten die Ein- und Ausschaltzeiten
    klein sein gegenber diesen Zeiten;also bei ca. 1% der PWM- Frequenz.
    PWM-Frequenz = 100*( Ton + Toff) = 100*21us =2,1ms = maximal 500Hz !!!

    Die Vorteile des TC4469 werden dabei garnicht genutzt, weil der CNY17 die Mosfets schaltet.
    Er knnte auch durch einen SN7400 ersetzt werden, der kann auch 10mA Ausgangsstrom fr die Optokoppler liefern.

    wrde der TC4469 direkt ber 10 Ohm - Widerstnde an die Mosfets geschaltet,
    sieht es folgendermaen aus:

    Ri = 15ohm
    Rgate = 10ohm; Ri aus Datenblatt 15ohm

    Ton = Toff= C*u/I = 2nF * 10V / 1,2A = 16ns
    Ton = Toff= R*c = (15ohm + 10ohm) * 2nF = 50ns // die hhere Zeit gilt!

    Kontrolle im Datenblatt TC4469 Seite 6 oben: Ton = Toff = 70ns gegenber berechneten 50ns
    fr eine so grobe Abschtzung garnicht so schlecht oder?

    Daraus folgt:
    PWM-Frequenz = 100*( Ton + Toff) = 100*(70ns+70ns) =14us = maximal 70 kHz !!!


    Ergebnis: der Plan "Motorsteuerunmg.gif" kann bei PWM wenn berhaupt, dann nur mit einer Maximalfrequenz von 500Hz arbeiten.
    Es lohnt sich, sich im Internet nach weiteren Schaltungen zu erkundigen.

    gre an alle, Stupsi

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Ort
    Dresden
    Alter
    52
    Beitrge
    409
    Hallo Kijon,

    schau dir mal unter http://us.st.com/stonline/books/pdf/docs/5651.pdf die Halbbrckentreiber L6384 an. Diese werden auch in den Devantech Modulen MD03 und MD22 genutzt.

    Ja, der md03 ist ganz net, allerdings hren sich 170 fr eine Motorsteuerung erstmal nicht so gut an
    Naja, der MD22 bietet fr weniger als die Hlfte 2 Kanle und wenn man da noch Khlkrper draufmontiert, kommt man sogar in die Regionen vom MD03 (MD22 und MD03 haben die gleiche Endstufen).

    @skontox
    ber Roboter-Teile.de bei dem sehr netten Herrn Jrg Pohl kannst Du auch solche starken CMOS-Gatter bestellen, zumindest die die auch fr den MD03 verwendet werden.
    Danke fr das Lob, allerdings habe ich leider keine Gatter oder Leistungs-Fets in meinem Sortiment.

    Viele Gre
    Jrg

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