DIY Brushless Regler für Modellbaumotoren (max. 20A)

Hi,

mein Regler ist auch für einen Kopter gedacht, selbst da können mal niedrige Drehzahlen vorkommen, z.b. wenn man im starken Sinkflug ist oder wenn man einen Kamerakopter mal ohne Kamera / Zuladung fliegt.
Niedrige Drehzahlen per se sind auf Koptern übrigens auch gut, deswegen gibts auch viele Große / Starke Motoren mit wenig Drehzahl (< 700kV), dadurch lassen sich größere Props verwenden und der Flug wird insgesamt ruhiger.
Nun, gefunden hab ich nichts im DB, nur einige nicht ganz voll aussagekräftige Diagramme, aber ich werds morgen einfach mal probieren.

Gruß
Chris

Hi,

also die neue Schaltung läuft jetzt, allerdings möchte ich den Spannungsbereich noch etwas erweitern (lief momentan nur an 3S). Dazu muss aber die BEMF-Schaltung anders dimensioniert werden, damit der AVR keine zu großen Spannungen abbekommt.
Hier die Schaltung: http://www.mikrocontroller.net/artic..._schaltung.png
Der Spannungsteiler incl. TiefpassKondensator sind schnell verändert, ich werde einfach 1k, 6k8 und 220nF verwenden, aber ich weiß nicht, wie ich die Widerstände zur Mittelspannungserzeugung dimensionieren soll? Habt ihr eine Idee?

Vielen Dank & Gruß
Chris

Die sind ziemlich unkritisch. Hauptsache es sind drei gleiche. Nimm einfach 10k, die liegen ja meistens irgendwo rum.

Aber die anderen Widerstände musst du eig nicht großartig verändern. An der gemessenen Phase liegt etwa VCC/2 an. also 15,8V/2= 7,9V. Diese 7,9V teilst du ja mit einem Spannungsteiler nochmal. In deinem Link sind es zwei gleiche Widerstände, also wird die Spannung nochmal halbiert. Bist du bei 3,95V. Ich glaube noch zu wissen(grad keine Lust zum suchen :) ) dass du einen Atxmega nutzt. Also mit 3,3V Versorgungsspannung. Ich würde also die 4K7 auf der einen Seite lassen, auf der zu-messenden-Phase-Seite die 6K8 nehmen und die 100nF einfach lassen. So kritisch ist das jetzt nicht, mein Regler läuft ohne diese Kondis fast rund, nicht ganz sauber, aber er dreht. Und wenn du den Widerstand vor dem Kondi erhöhst, senkst du damit ja eh nur die Grenzfrequenz des Tiefpass. Da jetzt noch einen größeren Kondi zu nutzen könnte evtl Probleme bereiten, wenn der Nulldurchgang zu spät erkannt wird, weil erst der Kondi fertig geladen werden muss. ABer müsste man probieren.


Dennis

Hi,

das Problem ist aber nicht die zu messende Phase, sondern die Phase, die momentan bestromt wird, Bsp:
Pwm = 90% (Vollgas), Vcc = 21V (5S voll) --> 90%*21V = 18.9V (natürlich nur grob überschlagen)
Ja, ich nutze einen XMega, der mit 3V3 läuft.
Die Platine ist jetzt übrigens fertig, alles funktioniert BIS auf eine komische Sache: Bei einem Zustand der Bestromungsphase (PhaseC = Pwm, PhaseB = GND, PhaseA = floating) haut der AC unzählige Interrupts raus (alle 30µs einen, also in phase mit der PWM, die mit 32kHz läuft), ich weiß aber nicht wieso. Mit dem Oszi sehen alle Phasen mehr oder weniger gleich aus, am Layout kanns eigentlich auch nicht liegen...
Werde später aber noch ein paar Bilder reinstellen, evtl. fällt jemanden (dir) was auf.

Gruß
Chris

Hi,

also ich hab jetzt mal ein paar Bilder gemacht, sieht eigentlich ganz in Ordnung aus:
Anhang 28712
Gelb ist die Mittelpunktspannung, Blau ist die Spannung an PhaseA (nach dem Spannungsteiler)

Anhang 28713
Gelb ist der Trigger Impulse (AC ISR), Blau ist die Spannung an PhaseA (nach dem Spannungsteiler)

Leider habe ich nur ein 2 Kanal-Oszi, sodass ich nicht die drei Signale gleichzeitig darstellen kann, aber ich denke, man kanns so auch ganz gut erkennen.
Aber jetzt die Frage:
Warum haut der da immer Interrupts raus, obwohl sich die Spannungen nicht überkreuzen?

Vielen Dank & Gruß
Chris

Hallo!

Zitat:

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das Problem ist aber nicht die zu messende Phase, sondern die Phase, die momentan bestromt wird

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Da ist dir warsch ein Detail entgangen, was ich selbst aber auch ohne deutliche externe hilfe nicht gefunden hätte. Ich bin jetzt mit Xmega nicht so firm, aber ich denke, die Pin-Beschaltung wird sehr ähnlich dem einfachen Megas sein. Du hast schließlich noch eine interne Schutzdiode. Solange durch diese nicht mehr als 1mA fließt, ist alles i.O.
Rechnen wir also einfach mal mit 3,3V als Vcc. Wenn die interne Schutzschaltung genauso wie beim Atmega ist, sollte die Schutzdiode die Spannung am Pin auf 3,9V begrenzen(0,6 bis 0,8 V Spannungsfall über einer SI Diode). Vom Pin zur Masse hast du ja einen Widerstand in deiner BEMF Schaltung. Ich hätte diesen auf 4k7 gelassen. Bei 3,9V fließen über diesen Widerstand 0,83mA. Jetzt dürfen max. 1mA über die Diode fließen, also 1,83mA über den Widerstand zwischen Phase und Pin. 6k8 und ein Strom von 1,83mA macht einen Spannungsfall von 12,44V. Dieser Spannungsfall plus 3,9V sind wir bei 16,34V. Okay, sind wir leicht unter 16,8V eines vollgeladenen 4S, sollte aber trotzdem noch funktionieren. Bei mir ist die Spannung noch deutlich höher, da ich einen Atmega88 mit 5V Vcc betreibe, damit wird der Strom durch den Wid zwischen Pin und Masse höher, somit steigt der Strom durch den Wid zwischen Phase und Pin und somit steigt ja auch der Spannungsfall über dem Wid zwischen Phase und Pin.

Soll heißen, beim messen hast du dann deutlich mehr Spannung zur Verfügung, die der AC vergleichen kann. Bei dir sind es jetzt im 300mV Bereich, nach deinen Oszi Bildern. Das ist schon arg wenig. Da weist du nicht, wo vielleicht irgend ein Spike doch durch kommt, widerrum wundert es mich, das es überhaupt soviele Spikes gibt, wo du doch einen Tiefpass dazwischen hast. Wie nahe hast du die Kondis des Tiefpasses an den Eingangspins des Atxmegas? Ich habe meine direkt an die Pins gesetzt, um evtl. einstreuende Störungen auch noch zu vermeiden immerhin fließen ein paar mm weiter mehrere Ampere. Evtl kannst du auch noch einmal 100nF an deinen viertuellen Sternpunkt machen, nur zum probieren.


Dennis

Hi,

jein, ich weiß, dass es Schutzdioden gibt, dachte aber, die seien eher für "Notfälle" und eben nicht für den normalen Dauerbetrieb. Da muss ich nochmal das DB studieren.
Momentan hab ich in der Schaltung noch (bzw. wieder) die 4k7 Variante, weils anfangs mit den veränderten Rs nicht funktioniert hat und ich dachte, es liegt daran.
Ja, es sind einige Spikes, ich hatte / habe auch die Vermutung, dass es wohl induktive Spikes von einer anderen Leiterbahn sind, alles andere kann ich mir nicht vorstellen (obwohl ich mir das auch nur schwer vorstellen kann...). Aufjedenfall werde ich das gleich mal ausprobieren mit ein paar zusätzlichen Kondensatoren nahe der Pins.
Was mich aber wundert, du hast geschrieben, in deiner Schaltung sind keine Tiefpässe verbaut und trotzdem funktionierts. Wie hast du den deinen Regler aufgebaut sprich: wie sind dein Logik- und Hochstromteil räumlich getrennt / aufgebaut?

Gruß
Chris

Ähm, nein, nicht ganz. Mein Regler hat natürlich auch einen tiefpass vorgesehen. Aber mein Motor wollte einfach nicht funktionieren. Und da habe ich viele durchprobiert. Unter anderem dachte ich, die Kondensatoren verzögern den Spannungsverlauf zu sehr. Deswegen habe ich ihn mal ohne Kondis laufen lassen. Es ging halbwegs, er drehte, irgendwie, aber auf jedenfall lief er nicht rund. Hatte ich aber in dem anderen Post auch schon geschrieben. Ich denke, das da genau solche Probleme, wie bei dir jetzt Fehler verursacht haben. Ich hatte das zu dem Zeitpunkt nicht näher untersucht, weil es eindeutig war, das mein Motor noch schlechter lief, also sowieso schon.

<OT> zur Info, bei mir war das Problem, die Kopplung zwischen AC Interrupt und Input Capture von Timer 1. Also es gibt da eine Option, die beiden Interrupts AC und ICP mit einander zu verbinden. Theoretisch eine prima Sache, nur scheints nicht richtig zu funktionieren, weil selbst Atmel in seinen App-Notes diese Funktion nicht nutzt. Ich habe ein ganzes halbes Jahr gebraucht, das rauszufinden, ich war kurz davor, es sein zu lassen. Bei niedrigen Drehzahlen lief er, sobald ich schneller drehen wollte, kam er aus dem Tritt.</ot>


Dennis

Also langsam hab ich schon an mir selbst gezweifelt, selbst die zusätzlichen Kondensatoren brachten keine Besserung DOCH DANN:
Durch das neue Layout haben sich auch einige Pin-Belegungen (speziell die der Timer-Pwm) geändert, das hatte ich aber bei der ISR-Vector vergabe vergessen, sodass der Timer-Interrupt nie zugeschlagen hat. Die Störungen der Phase kamen nur durch die Zwangskommutierung, aber es machte mich eben stutzig, dass es nur bei einer Phase auftrat.
Wie dem auch sei - Danke für deine Hilfe, jetzt läuft alles, falls ich noch Fragen habe, melde ich mich nochmal!

Gruß
Chris

Schön, wenn es jetzt läuft, freut mich :-)


Dennis

Hi,

leider hats mir vohin zwei der IR2104 zerschossen, weil die Bootstrap-Kondensatoren wohl zu gering dimensioniert waren. Bei den bisherigen 32kHz Pwm-Frequenz hats immer gut funktioniert, nur bin ich jetzt auf 16kHz runtergegangen --> weißer Rauch
Also hab ich die Kondensatoren mal auf 300% vergrößert, und schon funktionierts.
Dann hab ich aber zur Sicherheit mal im DB nachgekuckt, ob der Rest passt und das hat dann wieder Fragen aufgeworfen:
1. Passt meine 1N4148 als Bootstrap Diode?
2. Sind meine Gatewiderstände mit 4.7Ohm zu klein? Ich hab im DB nur eine Angabe gefunden, die evtl. dieses Thema behandelt, bin mir aber nicht sicher, ob sich das wirklich darauf bezieht. Da heißt es: "Output high short circuit pulsed current: min 130 , typ 210 mA" Was mich stutzig macht ist dieses "short circuit". Hab schon mehrere Schaltpläne mit 4.7Ohm gesehen, deswegen denke ich, es sollte passen (hat auch das letzte halbe Jahr ohne Ausfall funktioniert)

Vielen Dank & Gruß
Chris

Hallo!

Zur 1N4148:

Wenn du auf µC.net mit dieser Diode anfängst, geht das nörgeln los. Einen vernünftigen Grund, warum diese Diode nicht geht, konnte mir bisher keiner nennen, bisherige Argumente waren zu alt oder andere haben mit anderen Dioden gute ERfahrungen gemacht. Was für Argumente. Ich nutze auch diese Diode, weil sie einfach unschlagbar billig ist. Sie ist äußerst schnell und den Strom, der fließen müsste, kann sie auch vertragen. Also für mich persönlich spricht nix gegen diese Diode.

zu den Gatewiderständen:

Ich weiß grad gar nicht, ob überhaupt welche unbedingt nötig sind. Meine Info ist, dass diese Widerstände drin sind, um die Güte eines evtl. Schwingkreises zu senken. Also das Gate des Mosfets als Kapazität, die Leiterbahn dahin als Induktivität. Wenn du den ohmschen Widerstand erhöhst, sinkt die Schwingneigung erheblich. Natürlich ist es auch gut, wenn der Strom im Einschaltmoment etwas begrenzt wird. Ich nutze 10 Ohm, ich denke, mit 4,7 Ohm liegst du nicht falsch.

Welche Kapazität nutzt du denn bisher für deinen Bootstrap Kondi? Ich nutze bei mir 1µF als SMD. Ohne aktiven Freilauf hast du eben das Problem, das der Kondi ne ganze Weile nicht geladen wird. Zumindest ist das bei meinen IR2101 so. Dort muss ich die Lowside durchschalten, ansonsten läd der nicht. Ich denke, diese Kapazität sollte man nicht zu knapp wählen.


Dennis

Hi,

ich hab den Widerstand vor allem deswegen drin, damit keine zu großen Strömen fließen, da ansonsten die Leiterbahnen des IR2104 sehr viel größer sein müssten (auch wenn die Ströme nur kurzzeitig fließen).
Anfangs hatte ich 470nF drinnen, nun bin ich eben auf 1.47µF raufgegangen, werde aber wohl noch ein paar "Reserven" einbauen. Der aktive Freilauf ist beim IR2104 übrigens Standart, also gibts in dieser Hinsicht keine Probleme.
Zum aktuellen Stand:
Das Motor-Timing (7,15,30°) lässt sich einstellen, genauso wie die Pwm-Frequenz. Was noch fehlt ist eine Drehrichtungsumkehr per Software, da ist mir noch kein eleganter Ansatz eingefallen...
Außerdem fehlt noch die Drehzahlregelung, bis jetzt hab ich das so gemacht, dass ich dem µC Informationen über den Motor gegeben hatte (kV & Polzahl). Das gefällt mir aber garnicht, es sollte automatisch für jeden Motor ohne jegliche Konfiguration funktionieren. Auch das aktive Bremsen fehlt noch, da weiß ich noch nicht genau, wie ich das mache. Evtl. "einfach" zwei Phasen auf GND (bzw. gleiches Potenzial) legen, aber da weiß ich nicht, wie lange und v.a. welche Pegel (also z.b. PhaseA auf 20% Pwm, PhaseB auf 50% Pwm).
Hast du dazu evtl. ein paar Infos?

Gruß
Chris

Zitat:

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Der aktive Freilauf ist beim IR2104 übrigens Standart,

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Ich dachte, den wolltest du ausschaltbar machen?

Zitat:

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Was noch fehlt ist eine Drehrichtungsumkehr per Software, da ist mir noch kein eleganter Ansatz eingefallen...

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Also du meinst, das du einen Motor in beide Richtungen drehen kannst, ohne zwischendurch neue Software aufzuspielen? Also ich würde das mit zwei Arrays erledigen, in denen eben die Port und Pin Adressen gespeichert sind. Je nachdem, welches Array du Stück für Stück lädst schaltet er eben andere Pins um. Wie gibst du deinem Regler bis jetzt die Information, was er machen soll? Oder dreht der Motor einfach los, sobald du Strom anlegst?

Zitat:

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Das gefällt mir aber garnicht, es sollte automatisch für jeden Motor ohne jegliche Konfiguration funktionieren.

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Also ich übergebe meinem Regler einfach einen PWM-Wert, den er einstellen soll, ohne Drehzahlvorgabe. Wenn du wirklich die Drehzahl fest vorgeben willst, brauchst du die Infos nach der Polpaarzahl, ohne wird das nix. Für deinen Regler gibts nur die el. Umdrehungen, die mechanischen bekommt er ja nicht mit. Dann brauchst du ja nur die Zeit zu messen, zwischen den Umschaltungen, dann weist du ja, dass er (1/6)/Polpaarzahl geschafft hat.

Zitat:

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Auch das aktive Bremsen fehlt noch, da weiß ich noch nicht genau, wie ich das mache.

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Also hast du einen PID mit im deinem Regler? Weil bei aktivem Freilauf ist die Rückspeisung der Energie ansich "kostenlos" mit dabei. Zumindest klappt das bei mir bestens.

Dennis

Das mit dem aktiven Freilauf ausschaltbar machen, hab ich erstmal hinten angestellt, sollte ja nur eine Art Studie sein ;)
Ja, ich hab mir schon folgendes vorgestellt:

Code:

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//declaration
int16_t PwmArray[2];
int16_t SdArray[2];
...
//left
PwmArray[0] = 1; SdArray[0] = 1;
PwmArray[1] = 0; SdArray[1] = 0;
//right
PwmArray[0] = 0; SdArray[0] = 0;
PwmArray[1] = 1; SdArray[1] = 1;
...
//StateMachine
PhaseAPwm = PwmIn * PwmArray[0];
PhaseBPwm = PwmIn * PwmArray[1];
PhaseASd = SdArray[0];
PhaseBSd = SdArray[1];

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Mal sehen, obs funktioniert wie ich mir das vorstelle und ob ich nicht noch eine einfachere Variante finde, v.a. weil ich noch keine Idee für die AC-Einstellungen habe.

Momentan hab ich anfangs eine 2sec Wartezeit, anschließend gibt er Töne aus, dreht langsam hoch, gibt kurzzeitig 1/2 Vollgas und stoppt wieder.

Dass die Drehzahlregelung auch ohne diese Infos an jedem beliebigen Motor funktioniert, zeigen verschiedene Regler, u.a. Mikrokopter BL3.0 oder auch "normale" Modellbauregler (z.b. Graupner), welche einen sog. Govenor-Modus haben.
Aber leider kann ich mir eben auch nicht vorstellen, wie das funktionieren soll ...
Ich hab mir mal die Drehzahl (bzw. die Kommutierungszeitpunkte) ausgeben lassen, da geht wohl noch was (hoffe ich zumindest).

Gruß
Chris