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Thema: Probleme mit ULN2003AN

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Probleme mit ULN2003AN

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    Hallo Leute,

    ich habe folgendes Problem:
    untenstehende Schlatung benutze ich um einen Schrittmotor anzusteuern. Dieser sollte laut Datenblatt nicht mehr als 400mA bekommen. Betriebsspannung 6 Volt.

    Untenstehende Schaltung soll die Ansteuerung realisieren. Um die Leistung im Zaum zu halten wird die Masse über die der ULN gespeist wird mit PWM mit einer hohen Frequenz zugeschaltet. Dadurch soll der Durchschnittliche Strom durch die Spule die 400mA nicht überschreiten. Der strom kann also über den AVR per PWM geregelt werden. Bei schnellerer Fahrt wird dann die Masse entsprechend länger durchgeschaltet.
    Damit die nicht genutzten Eingänge des ULN nicht wild rumflackern habe ich sie auf Masse gelegt. Soweit die Theorie. In der Praxis passiert folgendes:

    Egal wie ich die Pulsweite einstelle, der Motor läuft immer auf voller Power (ungesund). Nachdem ich den Punkt 1 in der Schaltung auftrenne, tritt dieser Effekt nicht mehr auf.

    Der ULN scheint sich also irgendwie die Masse von den Eingängen zu saugen!?

    Nun läuft das ganze eigentlich ganz gut, außer das der ULN trotz niedriger belastung unheimlich heiß wird, wo er doch laut Datenblatt 500mA abkönnen sollte.

    Ich vermute, dass das mit der hohen Schaltfrequenz zusammenhängt.


    Was kann ich also tun? Der ULN scheint nicht geeignet für diesen Zweck zu sein, sollte man vielleicht einzellne Fets oder Transistoren benutzen? Der Tip122, über den ich die Masse regel wird nämlich nicht mal warm.


    Wer gerade das Datenblatt des ULNs sucht:
    http://www.datasheetcatalog.net/de/d...LN2003AN.shtml
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken ulnprob.jpg  

  2. #2
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    Hallo,
    Ich behaupte mal, dass der ULN für Schrittmotor-Ansteuerung völlig ungeeignet ist.
    Das IC ist eigentlich für Leds o.ä. gedacht, und für mehr kann man den auch nicht wirklich benutzen.
    Für Unipolare Motoren sind einzelne Transistoren/FETs sicher besser.
    Ein L298 (oder vielleicht auch L293) ist auch gut, aber vielleicht etwas zu teuer für einen einfachen Unipolaren Motor.
    Wenn du noch mit dem ULN rumprobieren willst, könntest du mal die PWM-Frequenz runterschrauben, dann könnten sie etwas kühler werden (aber nur wenn es vorher zu schnell war...).

    MfG Alex

  3. #3
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    Hallo,

    der ULN hat einen ganz ordentlichen Spannungsabfall von 1,2 - 1,6V bei 350mA, hinzu kommt noch die Verlustleistung der Diode, wenn sie aktiv ist. Alle Komponenten sind nicht gerade schnell, daher werden sie beim Chopperbetrieb zu heiß.

    Du könntest evtl. den ULN nur zum Umschalten der Motorphasen verwenden (das ist langsam) und den Sternpunkt des Motors mit Hilfe eines MOSFETS oder Leistungstransisitors choppern.

    Sigo

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Und ich behaupte mal, daß der GND des ULN2803 am GND bleiben muß und nicht 'geöffnet' werden darf.
    Da sitzen vom GND-Pin Dioden zu den Eingängen und Ausgängen (siehe Innenleben des ULN) und drei der Eingänge hast Du an GND gelegt !!!
    Warum glaubst Du, läuft der Motor weiter und das 'Ding' wird heiß ?
    Die 3 Schutzdioden werden etwas überbelastet !
    MfG Karl-Heinz
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  5. #5
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    Hallo,

    Der ULN scheint sich also irgendwie die Masse von den Eingängen zu saugen!?
    Datenblatt Seite 3: Die Eingänge sind mit Schutzdioden (Katode an Eingang, Anode an Masse) versehen, wenn die Eingänge auf Masse liegen, der IS- Massepin aber geschaltet wird -> Bingo!
    Meine Erfahrung: selbst bei Led-Ansteuerung (8x20mA) wird das Teil deutlich! warm.
    MfG Lutz
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  6. #6
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    Hallo kalledom, da war ich wohl etwas zu langsam...
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  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo FriLu,
    aber nur ganz unerheblich minimal; ich habe etwas schneller umgeblättert
    MfG Karl-Heinz
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  8. #8
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Danke für die Tips, die Platine ist schon etwas älter und ich habe mir damals nicht alzuviele gedanken darüber gemacht.

    Naja, ich denke, ich werde dann doch einzellne Fets oder Transistoren nehmen.

    Könnt ihr mir da einen Tip geben?
    Ich möchte das ganze gerne direkt an den AVR schließen, also keinen Treiber dazwischen bei Fets kann es ja bei hohen Frequenzen schonmal zu größeren Strömen durch das umladen der Ladungen kommen. Dafür haben die aber meist den geringeren Innenwiderstand.

    Als vergleich hätte ich jetzt z.B. den BUZ11 und den Tip112. Beide haben ja schon Dioden drin, könnte ich mir dan externe sparen?

    Wie entscheidend ist bei sowas die PWM-Frequenz? Sie liegt jetzt bei ca 60kHz, der Stepper macht maximal 1500 Schritte pro Sekunde. Das hieße 40 x 12 V pro Sekunde.

    Außerdem habe ich noch eine weitere Frage: Da die Karte einigermaßen universell sein soll müsste ich den Strom durch den Motor messen. Wie macht man sowas im PWM- und Step-Betrieb? Ich hatte da an sowas gedacht (siehe unten). Allerdings ist mir nicht klar, wie ich C und R wählen soll.
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken strom_479.jpg  

  9. #9
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    Guten Abend,

    erst mal eine Frage: Wieso musst Du dem Motor choppern? Welche Nennspannung hat der denn? Könntest Du dem Motor nicht einfach einen eigenen Spannungsregler spendieren? Dann bräuchtest Du die PWM nicht.

    Weshalb der ULN heiss wird, haben Kalledom und FriLu schon erklärt. Ich würde einfach den Motor mit 4 Mosfets treiben. z.B. dem IRF540. OK, der ist etwas überdimensioniert, aber ein anderer ist mir grade nicht eingefallen.

    Wenn es sich nicht vermeiden lässt, die Spannung über PWM zu senken, schalt doch einfach einen Integrator dazwischen. Einen Widerstand von etwa 1 bis 10Ohm an den Drain des FET's und dahinter einen dicken Elko nach Masse. Dann kommt die Chopperfrequenz nicht an deinem Treiber an und du bekommst eine mehr oder weniger saubere Gleichspannung an deinem Treiber. Und wenn Du für die PWM einen FET nimmst, der einen etwas höheren Ri hat, kannst Du evtl auch den Widerstand sparen.

    Florian

  10. #10
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    Vielen Dank für die Antwort.

    Wieso musst Du dem Motor choppern? Welche Nennspannung hat der denn? Könntest Du dem Motor nicht einfach einen eigenen Spannungsregler spendieren?
    Er hat eine Nennspannung von 6 Volt, soll aber variabel an 12 oder 24 Volt betrieben werden können. Ein Spannungsregler würde die ganze Leistung ja nur verheizen. Außerdem steigt meines Wissens nach der Widerstand des Motors bei höheren Drehzahlen. Um das zu kompensieren will ich den Strom anpassen, indem ich die Spannung erhöhe. Jetzt könnte ich natürlich einfach eine Konstantstromversorgung aufbauen. Aber einerseits möchte ich selber damit noch etwas experimentieren können, andererseits würde eine Strombegrenzung auch zuviel Leistung verheizen.

    Und wenn Du für die PWM einen FET nimmst, der einen etwas höheren Ri hat, kannst Du evtl auch den Widerstand sparen.
    Das habe ich auch schon mal überlegt, allerdings müsste man dann auf ein sehr genaues Timing beim messen achten. Und falls man choppert erhält man keinen Durchschnittswert, sondern eben nur den Maximal oder Minimalfall. Deshalb wollte ich versuchen mit Hilfe der oben gezeigten Schaltung über dem Kondensator eine einigermaßen konstante Spannung zur Messung aufzubauen.

    Wenn es sich nicht vermeiden lässt, die Spannung über PWM zu senken, schalt doch einfach einen Integrator dazwischen. Einen Widerstand von etwa 1 bis 10Ohm an den Drain des FET's und dahinter einen dicken Elko nach Masse.
    Wie meinst du? Würde ich dann nicht wieder ziemlich viel Energie über dem Widerstand verschwenden. Kannst du das ein wenig ausführen, mir ist das noch nicht ganz klar.

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