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Thema: DIY Brushless Regler 60 A mit Hall Sensor

  1. #11
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von erik_wolfram
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    Hallo,
    ich bin mir meines Vorhabens bewusst. Im Endeffekt denke ich, dass der Regler der vor mir liegt die gleichen Probleme hat. Zudem sind meines Wissens die 60 A für 15 s begrenzt. Weiterhin hatte ich noch nicht die Möglichkeit die volle Leistung auszukitzeln (ich denke das erlaubt der Regler nicht ohne weiteres).

    Ich habe zunächst eine Autobatterie mit einer 60 A ANL SIcherung verwendet. Den Strom habe ich jetzt mal mit dem Hall-Sensor (ACS709) und einem Oszilloskop betrachtet - ich erhalte einen Sägezahnähnlichen Verlauf mit ca. max. 20 A wenn ich versuche den Motor mit einem Bremsklotz vom Fahrad zu blockieren. Als nächstes werde ich mir den Strom parallel nochmal mit einem Shunt angucken um zu prüfen wie "Richtig" der Hall-Sensor misst.

    Die 60 A / 2 kW sind ein gesetztes Ziel - das steht aber noch in weiter Ferne! Wenn ich erstmal 10 - 20 Ampere umsetzen kann bin ich zufrieden. Generell mache ich das ja um mehr zu lernen.

    Als nächstes werde ich mich noch etwas tiefer mit der Materie beschäftigen und entsprechende Arbeiten durchforsten.
    @FOC: Interessantes Video - ich muss es mir aber nochmal in Ruhe anschauen!

    Jetzt werde ich nochmal nach analogen Hall-Sensoren für die Rotorlage suchen - hat hier ggf. jemand einen Tip für mich?
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  2. #12
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Ich bin gerade über diesen Post in einem anderen Forum gestolpert. Er beschreibt eine Halbbrücke für hohe Ströme. Weiter unten gibts noch paar Erläuterungen dazu. Da kann man bestimmt etwas abkucken.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  3. #13
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von erik_wolfram
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    Danke für den Hinweis,

    der Treiber IR2110 und die IRF3207 scheinen ja schonmal eine interessante Kombination zu sein! Schön wäre es natürlich, wenn der Rdson etwas kleiner als 4,5 mOhm wäre...
    Ich werde nochmal gucken, ob ich noch andere Alternativen finde. Momentan vergleiche ich noch den ACS709 mit einem 2 mOhm Shunt - bis jetzt sieht das eigentlich recht gut aus. Der ACS709 hat den Vorteil, dass er galvanisch getrennt ist und ein mehrfachabgriff so kein Problem ist.

    Bei Reichelt habe ich jetzt den Allegro 1324 LUA-T Hallsensor gefunden - leider mit 5 V Betriebsspannung. Momentan arbeite ich für VErsuchsmessungen nur mit einem Arduino, da geht das ohne Probleme. Für einen STM und 3,3 V Pegel wäre eine passende Spannung schöner...

    [EDIT] grade gefunden: IRFS7530 mit max 2 mOhm
    Geändert von erik_wolfram (03.02.2017 um 20:40 Uhr)
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  4. #14
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von erik_wolfram Beitrag anzeigen
    [EDIT] grade gefunden: IRFS7530 mit max 2 mOhm
    Bevor du über den Rdson der FETs spekulierst, denk an die 16mm² Stromschienen in dem Beispiel aus dem Link oder an die M8 Schrauben an dem Shunt in meinem geposteten Bild. Wenn du das nicht im Griff hast kommts auf ein paar Milliohm in den FETs nicht an.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  5. #15
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von erik_wolfram
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    Hallo,

    das mit dem Querschnitt ist mir bewusst. Ich werde vermutlich massive (gefräste) Kupfer-Schienen/Einlagen vorsehen. Nachdem ich mich fast für den IRFP3006 entschieden habe bin ich bei der Suche bei Infineon auf viele interessante application notes gestoßen. Neben einem 1 kW Brushless-Treiber wird detailiert ein 5 kW Treiber beschrieben:
    INFINEON
    Ich denke da bekommt man viele nützliche Anregungen, grade was die Querschnitte angeht. Außerdem scheinen mir die Bauformen sehr attraktiv (Rdson < 1 mOhm) - wie gut (und teuer) die erhältlich sind ist etwas anderes...

    Gruß Erik
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  6. #16
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    Hi Erik,

    Suche mal das:
    HB-UM-1BLDC0412_A3930.pdf

    VG
    Peter

    PS: SD Card läuft?

  7. #17
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von erik_wolfram
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    Danke für den Hinweis. Der A3930 scheint interessant, aber ich frage mich, wie gut dieser Regler anlaufen kann. Da er Digitale Hallsensoren verwendet fällt die Auflösung der Rotorlage recht gering aus.
    Andererseits ist der Baustein eine gute Alternative, wenn man eine eigene Ansteuerung umgehen will.
    Bis jetzt möchte ich mich aber erstmal selber versuchen um viel lernen zu können.

    Ich habe mich jetzt noch weiter bei Infineon umgeguckt. Nun gefällt mir der IRFS7434 recht gut:

    Rds(on) < 1 mOhm
    Vds = 40 V
    Icont. = 240 A

    Das Package ist ein D²PAK-7 - damit ist Drain und Source mit einem relativ großen Querschnitt herausgeführt.
    Vds könnte ein bisschen größer ausfallen. Kosten tut der ca. 3,10 € / stk.

    Bei einem Milliohm Widerstand und einem Strom von 70 A beträgt die Verlustleistung lediglich 4,9 W - wenn ich 2 verwende nur 2,45 W pro Mosfet.
    Zunächst habe ich mal kurz ein Layout für die Halbbrücken skizziert um Querschnitte und Lage der Kontakte/Anschlüsse grob festzuhalten. Die Spannungsversorgung werde ich durch große Kupferbleche mit einem großzügigen Querschnitt versehen.
    Generell werde ich mit zwei Leiterplatten arbeiten: eine Isolationsgefräste Leiterplatte mit 70 µm (oder mehr wenn verfügbar) für die Leistung und eine geätzte mit 35 µm für die Ansteuerung/Logik.

    Ein Bild des Entwurfs ist im Anhang. Der Nutzen fällt mit 100 x 47 mm noch recht gering aus. Hinzu kommen noch Befestigungsschrauben und Temperatursensoren an den Flächen U, V und W für den Motoranschluss.
    Ob ich die Anordnung nochmal ändere wird sich später zeigen.

    Jetzt überlege ich wie ich die Kühlung gestalten könnte:
    Eventuell würde ich die Kupferschienen oberhalb der Leiterplatte vorsehen und Thermal-Vias nutzen um die Wärme der Mosfets auf die Unterseite der Leiterplatte zu führen und dort über eine Isolationsfolie einen Kühlkörper anbinden.
    Die Ansteuerungsplatine würde ich dann mit größerem Abstand oberhalb der Leistung anordnen - da habe ich aber noch bedenken wegen der großen Ströme und möglichen Einkoppelungen.

    @Peter: Ja die SD-Karte läuft - habe jetzt einen schicken Datenlogger mit Touchscreen


    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	Layout.jpg
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  8. #18
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    bei dem Rds(on) spielen eher die Umschaltverluste eine Rolle
    so ganz grob 0.5* (ton+toff)* I * U * fpwm
    was gibt es noch zu sagen

  9. #19
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    Hi Erik,

    der A3930 ist "nur" der Treiber, der Rest wird bei mir durch MC realisiert. Durch eine Lageregelung des BLDC gibt es beim Anlaufen kein Problem.
    ..und die Bierkiste soll bergauf doch genauso schnell wie bergab fahren .. oder?

    Ob man bei einem Sack voll Bauteilen mehr lernt, als bei einem fertigen IC glaube ich nicht.

    Analoge/digitale HallSensoren..eine Steuerung erkennt Schrittfehler, mehr ist nicht notwendig.

    VG
    Peter

  10. #20
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von erik_wolfram
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    Also bei durchgeschalteten zwei von vier FETs pro Halbbrücke komme ich auf max. 5 W Verluste (Ohmisch und Umschalten) pro FET Worst-Case.
    Unter der Annahme, den Motor nur 15 Sekunden bei Maximalleistung laufen zu lassen sollte sich das in Grenzen halten.

    Das Layout habe ich mitlerweile etwas abgeleitet - allerdings zunächst zu Gunsten der Ansteuerung. Der Querschnitt scheint mit 70 µm Leiterdicke akzeptabel für die 35 A pro FET (mit den 15 Sekunden).
    An die großen Schraublöcher möchte ich mit 10 - 15 mm² Kupferschienen die Abwärme ableiten und die entsprechenden Potentiale zuführen. Falls ich die Leiterplatte doch nicht fräsen sollte könnte ich einen zweiten Layer auf der Rückseite nutzten um mit Thermal-Vias und großflächigen Kontaktflächen eine bessere Wärmeabfuhr zu erzielen.

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	Layout4.jpg
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    Die Gate-Anschlüsse und deren Leiter werde ich mir nochmal genauer angucken - vor Allem um Induktionen zu unterbinden. Die Versorgungsspannung soll theoretisch horizontal zugeführt werden um vertikal Induktion zu vermeiden.
    Die Abstände muss ich sicher noch großzügiger gestalten.
    Thermisch werde ich mir die Schaltung ebenfalss nochmal vornehmen und gucken, wie ich die Abwärme besser in Griff bekomme.
    Nichtsdestotrotz nehme ich eine Leistungsdrosselung in kauf, wenn die Leiterplatte zu grenzwertig gestaltet ist.

    Den A3930 werde ich im Hinterkopf behalten. Zunächst kümmere ich mich erstmal um die Leistung und werde dort ein vorhandenes Evaluationboard zur Inbetriebnahme anbinden.
    Dann werde ich weiter sehen.
    Das mit der Schrittauflösung werde ich nochmal überdenken - hier reicht mein vorhandenes Wissen (noch) nicht aus um das beurteilen zu können.

    Gruß Erik

    [EDIT] Vielleicht möchte ich den Regler auch zum Rekuperieren nutzen - das steht aber noch in weiter ferne...
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