Projekt: Große Motorensteuerung mit über 10A

[BlackBox]

Servus Blackbox,

nun, von PICs hab ich leider null Ahnung, ich bin mehr der Vertreter der anderen Seite...

Ich wollte dich auch nicht bekehren . Hat Atmel da nichts vergleichbares? Mit so einem Hardware-Modul lässt es sich recht gut arbeiten. Ich muss vor allem den Anlaufstrom begrenzen. Das funktioniert alles automatisch, ohne Softwareaufwand.

Mal eine andere Frage zum Thema, mit welchen Frequenzen arbeitet Ihr?
Wenn Ihr mehrere Fets parallel verwendet schaltet Ihr die mit einem Treiber über separate Gatewiderstände oder setzt Ihr pro Fet einen eigenen Treiber ein?

Mit einem IRF1405 hatte meine Anwendung zwar recht gut funktioniert aber die Wärmeentwicklung bei 16kHz war mir noch zu hoch. Problem war unter anderem, dass mir die Spannung des Fet-Treibers zusammengebrochen war und mir die Zuleitungen Probleme bereitet haben. Eine ordentliche geblockte Versorgung für den Treiber und ein Low-ESR Elko, wie du schon angesprochen hast, an die Spannungsversorgung und die Probleme waren größtenteils weg.

Jetzt will ich mal versuchen mittels Halbbrückentreiber und einem (bzw. mehreren) Fet(s) als Freilaufelement das ganze so weit zu bekommen, dass ich keinen Kühlkörper mehr benötige. Mal sehen, ob 2 parallelgeschaltete IRF1405 bei 20A durchhalten. Als Treiber habe ich den LM2100 vorgesehen.

[Seth]

Ich wollte dich auch nicht bekehren Angel . Hat Atmel da nichts vergleichbares? Mit so einem Hardware-Modul lässt es sich recht gut arbeiten. Ich muss vor allem den Anlaufstrom begrenzen. Das funktioniert alles automatisch, ohne Softwareaufwand.

Bekehren lass ich mich so schnell auch nicht... Wie gesagt, die Atmels haben einen Onboard Komperator der einen INT auslösen kann. D.h. Ein kleines Stückchen Software zumindest in der ISR ist nötig um die PWM abzuwürgen...

Mal eine andere Frage zum Thema, mit welchen Frequenzen arbeitet Ihr?
Wenn Ihr mehrere Fets parallel verwendet schaltet Ihr die mit einem Treiber über separate Gatewiderstände oder setzt Ihr pro Fet einen eigenen Treiber ein?

Mit rund 4 kHz bei 4 parallelen IRF1405, bzw. 2 kHz bei 8 IRF1405 und dann den Treiber Chip mit selbstklebenden DIL Kühlkörper. Wenn man höher geht als 4 kHz kommt man ganz schnell das Problem dass für ein knackiges Ein/Ausschalten der Gates der Treiberstrom nicht mehr reicht...

dass mir die Spannung des Fet-Treibers zusammengebrochen war und mir die Zuleitungen Probleme bereitet haben. Eine ordentliche geblockte Versorgung für den Treiber und ein Low-ESR Elko, wie du schon angesprochen hast, an die Spannungsversorgung und die Probleme waren größtenteils weg.

Grundsätzlich gibt es zwei Konzepte: Empfänger + Steuer Elektronik + Treiber an einen extra Akku oder eben alles aus dem Hauptakku versorgen. Wir haben bisher immer Variante 2 verfolgt. Der FET Treiber bekommt eine eigene Stromversorgung abgeleitet aus der verseuchten Hauptspannung. Am Anfang waren das billige 7815er, die sind jedoch gestorben wie die Fliegen. Später waren das LM2576 3A Schaltregler und pro Treiber IC direkt nochmal ein 220uF Energiereservoir ganz nah am IC. Dies sollte unter anderem bei gekappter oder zu niedriger Spannung am Akku zumindest ein sicheres Abschalten der Maschine ermöglichen indem alle Gates der FETs noch ausgeräumt werden können...

Jetzt will ich mal versuchen mittels Halbbrückentreiber und einem (bzw. mehreren) Fet(s) als Freilaufelement das ganze so weit zu bekommen, dass ich keinen Kühlkörper mehr benötige. Mal sehen, ob 2 parallelgeschaltete IRF1405 bei 20A durchhalten. Als Treiber habe ich den LM2100 vorgesehen.

Nich böse sein, aber einen FET ohne Kühlmaßnahme zu betreiben halte ich für ungesund. Selbst bei kleinen Schaltern um die 5A rum sehe ich zumindest einen kleinen Kühler vor... Schon zuviel zerstörtes in der Richtung gesehen

Achja, Geräte vom Nessel, egal in welcher Form, davon würde ich abraten. Sein bester und stärkster Regler, der Togro, hatten Kollegen von mir binnen Minuten gegrillt... Nach dem Schock was einem seiner Regler alles passieren kann hat er eine verstärkte Variante davon herausgebracht, extra für uns...

[BlackBox]

Hi Seth,

das Foto sieht ja gut aus.
Eine ganze Platine hab ich noch nicht zum Schmoren gebracht aber Fets musste ich leider schon einige begraben.

Zum Kühlkörper, die Fets werden im Endeffekt zur Sicherheit auch immer mit Kühlkörper verbaut. Allerdings sollte dieser eben nur als Sicherheit da sein. Unter Umständen sind die Einbaubedingungen so schlecht, das auch ein großer Kühlkörper nicht genug abführt. Also will ich so wenig wie möglich Verlustleistung erzeugen.

Bei der Version mit den Spannungsproblemen war ein ICL7667 ohne Gatewiderstand an einem IRF1405 im Einsatz. Ein 10µ Tantal direkt am Treiber hat da zum Glück gereicht. Damit steuere ich aber auch "nur" einen 250W Motor. Evtl. werden dämnächst bis zu 1kW aktuell. Da werde ich deine Hinweise berücksichtigen. Betrieben wird auch alles an einem Hauptakku.

Der Strom wird sich dann im Bereich von 50..60A maximal (Anlauf- und Betriebsstromstrombegrenzung) bewegen. Mit 4 Fets (IRF1405) sollte sich das doch bewerkstelligen lassen oder? An die 16kHz bin ich leider gebunden. Da wird ein Treiber pro Fet wohl die beste Variante sein oder wie würdest Du das sehen? Damit habe ich auf jeden Fall genug Reserven zum schnellen Durchschalten und vermeide die Schwingungsproblematik bei direkt parallel geschalteten Fets.

Auf jeden Fall schon mal danke für die Infos. Leute, die mit großen Strömen arbeiten sind aber entweder wirklich so rahr gesät oder sie behalten ihr Know How lieber für sich. So konkrete Aussagen habe ich bisher jedenfalls noch nicht bekommen.

[Seth]

Der Strom wird sich dann im Bereich von 50..60A maximal (Anlauf- und Betriebsstromstrombegrenzung) bewegen. Mit 4 Fets (IRF1405) sollte sich das doch bewerkstelligen lassen oder?

Mit 4 Stück parallel im Zweig? Jo, sicher sehr gut machbar. Wenn es bloß einer im Zweig ist und du 4 für die ganze Endstufe meinst, dann wirds happig. Der Drainstrom des IRF1405 ist zwar mit 169A angegeben, aber das ist das was der die kann. Meistens steht unten was kleingedrucktes wie : limited to 75A by package. Das vergessen die meisten. Wir gehen von einer Belastbarkeit der IRF1405 von maximal 40-50A aus. Alles darüber wird schon fast grob fahrlässig...

An die 16kHz bin ich leider gebunden. Da wird ein Treiber pro Fet wohl die beste Variante sein oder wie würdest Du das sehen?

Bei 50-60A würde ich zu 2 FETs parallel im Zweig raten. Damit dürfte das mit den 16 kHz auch noch gehen bei Verwendung eines einzigen IR2110 (oder ähnlichen starken Treibern) pro Halbbrücke...

Auf jeden Fall schon mal danke für die Infos. Leute, die mit großen Strömen arbeiten sind aber entweder wirklich so rahr gesät oder sie behalten ihr Know How lieber für sich. So konkrete Aussagen habe ich bisher jedenfalls noch nicht bekommen.

Null problemo Man kann mich allerdings nur als kleinen Fisch bezeichnen der von nix ne Ahnung hat, ich bin zwar ein ziemlich gestörtes Exemplar, aber wenn andere einen alten Passat vom Benziner zum Elektroantrieb umrüsten, dann geht das ja gerade noch so mit meiner Gestörtheit...


Achja, was mir gerade einfällt: Wie löst du deine Probleme mit der Hochstromleitung? Bei 50-60A ist das ja schon ein Thema. Wir versuchten in der letzen Release alles von der Platine wegzubekommen, ging aber nicht weil man ja zumindest ein Beinchen der FETs im Hochstrompfad hat. Also wir haben das großzügig mit Blödzinn gelöst. Das ist aber nicht so wirklich ideal, deshalb muss ein neuer Ansatz mit Kupferschienen her. Aber das sind dann schon die Details in der Hochstromtechnik...

[BlackBox]

Ich meinte natürlich 4 Fets parallel in einem Zweig. Also insgesammt 8 Stück für die Halbbrücke. Die woche baue ich mal ein Testmuster mit je zwei Fets auf. Mal sehen, was die Messungen ergeben.

Das mit der Trennung von Hochstrompfad und dem Rest ist so ein Problem. Platz habe ich nicht evig, also muss alles auf eine Platine. Wenn eine Trennung möglich wäre, dann würde ich die Trennung vor dem Fet-Treiber vornehmen. am besten per Optokoppler.

So sehe ich zu, dass ich möglichst kurze Verbindungen von den Zuleitungen bis zu den Fets habe. Das Kabbel zum Motor z.B direkt neben dem Fet-Anschluss. Masse für Logig und Leistungsteil natürlich schön getrennt und die hochstromführenden Verbindungen ebenfalls weg vom Digitalteil. Werdet ihr aber auch nicht anders gelöst haben. Um eine großzügige Verzinnung kommt man bei extremen Strömen selbst bei doppelseitigen 70µ-Platinen nicht drum rum. Ich denke mal wichtig ist auch noch den Rest der Leiterbahnen (also bis auf den schmalen Kontaktsteg zum Fet) so großflächig wie möglich zu machen, damit man die Wärme durch die Verlustleistung, die in schmaleren Bereichen zwangsläufig abfällt, abzuführen. Eine speziell gefertigte Kupferschiene, die im Prinzip auf das Layout passt wäre da wohl die einfachste Lösung.

Die Idee ist aber nicht schlecht. Bei meiner Anwendung würde ein gefräster Streifen aus 0,8mm Kupfer ausreichen. Muss ich mal ausprobieren.

Mich quält momentan aber noch ein anderes Problem. Die optimale Anordnung der Fets auf der Leiterplatte wäre hintereinander, damit alle Verbindungen möglichst kurz bleiben. Nur wie diese thermisch, möglichst ohne große Überganswiderstände, koppeln und auf den Kühlkörper führen? Was Fertiges habe ich noch nicht dafür gefunden. Ich bin am Überlegen mir dafür extra Aluteile fräsen lasse.

Die Fets abzusetzen wird nichts. Hab ich mal probiert aber bei den steilen Schaltflanken ist jeder cm Leitung zu viel.

[Seth]

Die Idee ist aber nicht schlecht. Bei meiner Anwendung würde ein gefräster Streifen aus 0,8mm Kupfer ausreichen. Muss ich mal ausprobieren.

Wohl dem der die Möglichkeit zum Fräsen hat... Am besten noch die Kupferöberfläche so glatt wie möglich...

Mich quält momentan aber noch ein anderes Problem. Die optimale Anordnung der Fets auf der Leiterplatte wäre hintereinander, damit alle Verbindungen möglichst kurz bleiben. Nur wie diese thermisch, möglichst ohne große Überganswiderstände, koppeln und auf den Kühlkörper führen? Was Fertiges habe ich noch nicht dafür gefunden. Ich bin am Überlegen mir dafür extra Aluteile fräsen lasse.

Sehr richtig, optimale Anordnung vernichtet gute Kühlleistung und umgekehrt... Beides kann man scheinbar nicht haben...

Die Fets abzusetzen wird nichts. Hab ich mal probiert aber bei den steilen Schaltflanken ist jeder cm Leitung zu viel.

Wohl war... Sogar das "L" das sich als Leiterbahn ergab macht sich als Induktivität bemerkbar...