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Thema: zwei Probleme mit Elektromotor und PWM

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    zwei Probleme mit Elektromotor und PWM

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    Hallo zusammen,

    ich habe hier ein Problem mit einem störenden Elektromotor:
    und zwar habe ich einem Aktor, den ich aus einem 24V Scheibenwischermotor gebaut habe, 2 Endschalter angebracht. Der Motor wird von dem Controller über einen MOSFET IRF540 angesteuert. und zieht im Durchschnitt etwa 2-2,5A im Anlauf entsprechend mehr)
    Leider kann ich nur eine Leitung von der Steuerung (Mega zu dem Motor verwenden. Dazu habe ich eine 7 Adrige geschirmte Leitung mit 0,25mm² Querschnitt verwendet (Was anderes hatte ich leider nicht). 2mal2 Adern für den Motor, 1 Ader +5V und je eine Ader für die beiden Endschalter. Den Schirm habe ich auf Masse gelegt.
    Nun habe ich das Problem, das die Signale der Endschalter nicht erkannt werden. Ich habe versuchsweise mal die Signale der Endschalter im Mikrocontroller direkt auf zwei Ausgänge weitergeleitet und daran Leuchtdioden gehängt.
    Jetzt habe ich folgendes Phänomen: Wenn ich den Motor mit PWM ansteuere, dann bekomme ich ein sehr unsauberes Signal auf den Enschalterleitungen. Mit dem Oszi nachgemessen hat das Signal ungefähr meine PWM-Frequenz.
    Wenn ich den Motor jedoch ohne PWM ansteuere (also der MOSFET dauernd durchgesteuert ist, habe ich ein sauberes Signal).
    Ich habe den Motor schon mit den üblichen drei Kondensatoren und einer Diode entstört und die Pull Down Widerstände an den Endschaltern auf 1KOhm reduziert und an den Endschaltern selbst noch mal Pull Down Widerstände von 1,8KOhm angebracht, also insgesamt ~640 Ohm, was einem Strom von etwa 8mA im offnenen geschlossenen Zustand entspricht. Ausserdem hab ich von den Schalterleitungen noch Kondensatoren mit je 33nF jeweils nach Mase und nach +5V geschaltet.
    Aber das Problem tritt immer noch auf und ich bekomme keine saubere Erkennung der Endschalter hin. Wenn ich sie mit einer entsprechend langen Zeitkonstante (aktuell 20mS) entprelle, dann funktioniert zwar die Erkennung der Endschalter, aber die Reaktionszeit auf einen geschalteten Endschalter ist so lang, das mein Aktor schon längst den Bereich des Schalters wieder verlassen hat, wenn die Software endlich mal erkannt hat, das die Position erreicht ist.

    Gibt es eine Möglichkeit, trotzdem beides (Motor und Endschalter) über eine Leitung zu führen?


    Mein zweites Problem betrifft den MOSFET selbst. Der sollte laut Datenblatt einen Strom von 22A schalten können und einen on-widerstand von 0,077Ohm aufweisen. Allerdings wird er im PWM-Betrieb mit 8 KhZ trotz Kühlkörper ziemlich heiss.
    Ich steuere den MOSFET direkt aus dem Controller über einen 300Ohm Widerstand an und habe einen 1KOhm Widerstand als Entladewiderstand für das Gate angeschlossen.

    Würde es vielleicht helfen, den Widerstand am PortPin zu vergrössern, so das weniger Strom ins Gate fliesst, oder sollte ich ihn noch verkleinern, um ihn schneller zum Durschschalten zu bringen? Da der Mega8 maximal 40mA treiben kann, könnte ich den Widerstand auf minimal 125Ohm verkleinern.
    Bisher hatte ich solche Probleme noch nicht, da ich mit dem IRF540 nur kleinere Ströme bis maximal 500mA geschaltet habe.
    (ich weiss, das der dazu maßlos überdimensioniert ist, aber ich hatte noch eine grössere Anzahl davon im Regal liegen )
    Ich habe aber auch keine Lust, eine Treiberschaltung mit einem Transistor
    aufzubauen, da ich dann noch eine zusätzliche Spannung für den MOSFET brauchen würde. Mein Motor läuft mit 24Volt und mein Controller mit 5Volt. Der IRF540 hat aber eine maximale Vgs von 20+/-Volt.

    Florian

  2. #2
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    Hallo alter Mann,
    möglicherweise hilft dir auch ein LC-Glied um die Störfrequenzen zu filtern. Bin auch gerade dran -> http://www.roboternetz.de/phpBB2/zei...r=asc&start=22
    Vielleicht (hoffentlich) hilft es.
    Gruß tobias

  3. #3
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    Bei dem Endschaltern sollte ein Filter helfen. Das kann auch ein RC filter sein. Sonst würde eher eine kleinerer Widerstand helfen um weniger störungen zu kriegen.

    Beim MOSFET müßte man eventuell mehr Spannung zum treiben haben. Das ist kein Logic Level Fet. Bei 5 V am Gate schaft der keine 20 A mehr sondern nur noch irgendwas zwischen 1-15 A je nach Exemplar. Um ihn direkt vom Controller mit PWM zu schalten ist die Gate Kapatzität auch etwas hoch. Wenn schon sollte man den Gate Widerstand kleiner machen. da man nur pulsweise Last hat kann er auch etwa kleiner als 125 Ohm werden (z.B. 100 Ohm). Helfen wird das aber vermutlich wenig. Eventuell würde es helfen den Mega8 mit 5,5 laufen zu lassen.

    Am besten wird man aber einen LogicLevel Fet nehmen: eher so was wie ein IRLZ24 oder IRLZ34.

  4. #4
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    die Widerstände an den Endschaltern hab ich schon reichlich auf die genannten 640 Ohm verkleinert. Meinst Du, ich sollte noch weiter runter gehen?
    Auf jeden Fall werd ich mal LC Filter einbauen und sehen, ob sich was bessert.

    Der IRF540 hat laut Datenblatt eine Vgsth von 3-4V. sollte also auch mit 5 Volt sauber durchschalten, oder seh ich da was falsch?
    Aber ich werd mal versuchen, nen Treiber zu basteln, dann muss halt noch ein 12V Spannungsregler für den FET mit drauf.
    Ansonsten werd ich mal wieder ne Bestellung bei Reichelt machen müssen

    Danke für die Antworten.

    Florian

  5. #5
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    Hallo alter Mann,
    schau im Datenblatt nach welcher Strom bei V_GS_th = 3-4V fließen kann.
    Es könnte mit einem logic level funktionieren, wenn du den Gatewiderstand verkleinerst auf z.B. 100Ω (oder vielleicht 10Ω?).

    Du wirst wohl eine Treiberschaltung brauchen

  6. #6
    moin alter Mann,
    ich würde die beiden Motorleitungen 2x durch einen Ferritring ziehen..das hatte mir geholfen

  7. #7
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    @Avion23
    Ich hab mir mal das Datenblatt genauer angesehen. Bei 5V können ungefähr 8A fliessen. Das sollte eigentlich für den Motor volkommen ausreichen, da der Motor (im Leerlauf, in dem er eigentlich überwiegend betrieben wird) etwa 3-4 A zieht. Aber ich habe den Verdacht, das der im PWM Betrieb einen höheren Strom zieht als im ungepulsten Betrieb. Da werd ich wohl auf einen anderen Typen ausweichen müssen.

    @scrolli
    das werd ich auch mal versuchen. nur leider bin ich die nächsten 2-3 Tage nicht da um es zu testen.
    Aber sowie ich alles ausprobiert habe, melde ich mich wieder.

    Florian

  8. #8
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    Die Fets haben immer einiges an variationen in der Schwellspannung. Im mittel könnten bei 5 V 8 A möglich sein, aber es ist möglich, dass einzelne exemplare auch nur 2-3 A können, dann sieht es schelcht aus. Im PWM Betrieb solle nicht mehr strom fließen als im normalen Daerbetrieb. Für den Anlaufstrom solle man den aber auslegen. Ein anderes Problem könnte eine fehlende oder zu langsamen (z.B. 1N540x) Freilaufdiode sein. Dann wird der FET auch warm. Sonst kann es auch helfen die PWM Frequenz kleiner zu wählen, testweise auch ruhig mal nur 1 kHz.

  9. #9
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    Also als Freilaufdiode hab ich eine ganz normale 4001 genommen. Was anderes hab ich leider nicht da.

    Das mit der Frequenz passt. wenn ich weit genug mit runter gehe, das sie im hörbaren bereich ist, dann wird der FET weniger warm.

    Florian

  10. #10
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    Hallo alter Mann,

    die 4001 kann man vergessen, da zu langsam und zu schwach,
    meistens braucht man bei FETs keine Freilaufdioden, da immer inverse
    Dioden bei MOSFETs zwischen DRAIN und SOURCE integriert sind,
    die recht schnell und an die Ströme des Fet angepasst sind .

    Zur Reduzierung der Störprobleme würde ich die Leitungen zwischen FET
    und Motor so kurz wie möglich machen (am besten kleine Platine mit FET und ELKO (über Versorgungsspannung) in direkter Nähe des Motors .

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