Der Thread bezieht sich auf eine Steuerung aus diesem Thread: Beitrag "Drehzahlsteller für DC-Motor" Dabei geht es um einen Drehzahlsteller für einen DC-Motor (24V,160A). Nachdem die erste Steuerung noch ein wenig umgebaut habe war sie so weit brauchbar, dass man den Motor damit betreiben konnte. Allerdings nur bei relativ geringer Belastung, sonst ging wieder einiges kaputt. Deshalb habe ich eine neue Steuerung gebaut. Schaltung und Bilder sind im Anhang. Das ganze wurde so "eng" wie möglich gebaut um die Leitungsiduktivitäten gering zu halten. Die Bauteile wurden alle auf Kupferblech gelötet und mit Kupferschienen verschraubt. Von oben sieht man 8 IRF1404 im TO-220 Gehäuse. Auf dem unteren Aluprofil befinden sich 4 parallelgeschaltete Doppeldioden (MBR3045) im TO247-Gehäuse. Das man Dioden eigentlich nicht parallelschalten sollte weiß ich, allerdings wurde mir gesagt, dass es bei guter thermischer Kopplung funkioniert, zudem sind sie für 160A reichlich überdimensioniert. Die PWM wird von einem NE555 erzeugt, als Treiber kommt ein TC4422 zum einsatz. Bei 8 Fets und maximal 9A Treiberstrom komme ich auf eine Schaltzeit von 174ns. Die PWM-Frequenz liegt bei ca. 1.2KHz. Diese Steuerung funktioniert bis jetzt eigentlich ganz gut. Der Motor wird momentan über eine Kette mit einem Generator (Nennleistung 2kW) belastet, die Wärme wird an einer Heizspirale in unserem Boiler verheizt. Das einzige was mich stört ist, dass die Bauteile recht warm werden. Leider habe ich kein Thermometer um die Temperatur zu messen. Den Kühlkörper anfassen kann man nach einer viertel Stunde bei 125A Motorstrom allerdings nicht mehr. Auch die Elkos werden so heiß, dass man sie nicht mehr anfassen möchte. Zudem habe ich mit dem Oszilloskop die Spannung an den MOSFETs angeschaut. Die Spannung schwingt für ca. 2µs bis sie sich auf die Nennspannung einpendelt, der einschaltvorgang dauert deutlich länger als 200ns. Zudem schwankt auch die Batteriespannung (siehe Biler). Hat die Steuerung grundsätzliche Fehler die ich ändern sollte oder ist es normal, dass die Bauteile so warm werden? Wie könnte ich das ändern?
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Drehzahlsteller.png
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Batteriespannung.png
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Einschaltvorgang.gif
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Steuerplatine_1.gif
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ich schrieb: > Die Spannung schwingt für ca. 2µs bis sie sich auf die > Nennspannung einpendelt, der einschaltvorgang dauert deutlich länger als > 200ns. Ist das die Spannung über den FET? >Zudem schwankt auch die Batteriespannung (siehe Biler) Das ist OK bei 160A Mach mal ein Bild der Gatespannung Welche Kondensatoren werden warm? Mach mal Bezeichnungen in den Schaltplan z.B. C1, C2................
Was ist IC3 und warum wird an den OUT 24V angelegt? Sortiere den ganzen Schaltplan mal so, dass man ihn von links nach rechts lesen kann und die Ansteuerung sich unter dem Leistungsteil befindet.
Ok ich werde morgen einen neuen Plan machen, mit Eagle komme ich noch nicht wirklich klar... Die Spannung ist die Spannung über die FETs. IC3 ist ein 7815 Regler und IN und OUT sind leider vertauscht. Außerdem zeigt eagle einige Werte nicht an: die Widerstände in den Gates haben 10 Ohm. Die 4 Elkos parallel zur Batterie haben zusammen 6400µF, die Keramik-Cs haben 100nF. Der Motor wird durch L2 dargestellt.
Niederinduktiv ist etwas anderes. Zeichne in den Bildern die Strompfade ein. Mit den Axialen Kondensatoren spannst du eine riesengroße Fläche auf. Nur weil es Schienen sind ist das ganze auch nicht induktiver. Jeder Fet ist mit einer anderen Induktivität mit den Kondensatoren verbunden. Üblicherweise verwendet man Kupferbleche welche übereinander wie bei einem Zweilagigen PCB plaziert sind. Durch diese Bleche stoßen die Anschlussbeide der Mosfets und der Dioden. Rundherum die Kondensatoren zum Abfangen des Stromrippels. Die Elkos eignen sich dafür überhaupt nicht. Einer kann vl 2A-4A Stromrippel. Nimm Folienkondensatoren, ab besten welche für hohe Pulsströme. Gatesignal auch beachten, bzw wie lange der Fet im Miller Plateu hängt. Gefährlich kann eine zu große induktivität am Source werden. Denn diese verlangsamt die Schaltflanke am Gate, auch wenn der Treiber ein scheibar schönes Signal ausgibt. MFG Fralla
Die Elkos sind nicht geeignet, hol die 105 GradC low esr Elkos und schau in deren Datenblatt nach der Strombelastung. Die notwendige Strombelastung ist zwar nicht bestimmbar, denn bei einem idealen Akku hätten die Elkos nichts zu tun, aber je nach Zuleitungslänge kann schon einiges an Ripple zusammenkommen. Letztlich kannst du die Elkos (bis auf die am 7812/TC4422) aber auch weglassen, sie erfüllen keine Funktion, es ist egal ob die Spannung an der Zuleitung im Takt der PWM mitwackelt, und bei 1.2kHz ist EMV nicht dein primäres Problem. Niederinduktiv ist dein Aufbau übrigens überhaupt nicht, es geht um die Signal und Masseleitung vom TC4422 zu den MOSFETs, die ist verdammt lang so wie ich das sehe. Daß in der Summe 120A Dioden bei 160A durch den Motor warm werden, vor allem wenn sie nur auf ein Kühlblech statt einen Kühlkörper geschraubt wurden, verwundert nicht wirklich, sie verheizen anteilig 128 Watt, vor allem bei Pulsverhältnissen unter 50%. Dagegen sind die 8 4mOhm MOSFETs mit zusammen 12 Watt Kleinkram. Ich persönlich würde die Gate-Widerstände weglassen (mach ich ja immer, so lange keine EMV schreit), den TC4422 näher an die MOSFETs bauen (bei 1.2kHz ist er eigentlich überflüssig, aber falls man mal höher takten will), die Freilaufdiode direkt an jedem MOSFET löten, dafür in die Zuleitung zu jedem MOSFET/Diodenpaar eine kleine Induktivität bauen die sich manchmal schon durch die Kabellänge ergibt, also pro MOSFET eine Leitung zum Motor, damit bei nicht ganz gleichzeitigem Einschalten der Strom so langsam ansteigt, daß nicht ein MOSFET den ungleichmässig viel höher verteilten Strom übernehmen muss, und der sowieso vorhandene Zuleitungswiderstand zum Motor als Stromverteilungswiderstand dient, und direkt am Motor noch einen Satz Freilaufdioden spendieren, vor allem um EMV bei längeren Zuleitungen zu begrenzen. Die (prozentual) 128 Watt an den Dioden sind dein Problem, das könnte man durch aktive Gleichrichtung verringern, 4 MOSFETs für PWM, 4 MOSFETs als gesteuerter Gleichrichter.
Hmm irgendwie widerspricht sich das alles mit dem was mir andere Leute geraten haben. Den TC4422 habe ich eingesetzt weil man mir geraten hat einen Treiber zu verwenden. Auch die Elkos wurden mir angeraten, da ich vorher sehr hohe Spannungspitzen auf der Versorgung hatte (>40V also zu viel für den IRF1404). Zudem habe ich die hohen Querschnitte darum verbaut weil man die Zuleitungsinduktitivät mit zunemdem Querschnitt ja abnimmt. Auch die Gate-Widerstände seien wichtig, da sonst ein FET schneller durchsteuert und kurzzeitig den ganzen Strom trage müsse. Bei den Dioden handelt es sich jedoch um MBR6045. bei 20A pro Diodenstrecke komme ich auf eine Verlustleistung von gesamt ca. 64W. Werde auf jeden Fall morgen einen brauchbaren Schaltplan posten und Bilde vom Spannungsverlauf an den Gates und Source-Pins der FETs.
> Auch die Elkos wurden mir angeraten, da ich > vorher sehr hohe Spannungspitzen auf der Versorgung hatte (>40V also zu > viel für den IRF1404). Elkos sollte man auch nehmen ! > Zudem habe ich die hohen Querschnitte darum > verbaut weil man die Zuleitungsinduktitivät mit zunemdem Querschnitt ja > abnimmt. Günstig sind flache Bänder. Entscheidend ist, dass beim Umschalten/Umkommutieren des Stroms möglichst wenig Flussänderung erzwungen wird, das bedeutet möglichst immer noch kleinere Flächen ! Leistungselektronik ist nun mal 90% Konstruktion und 10% Silizium ...
> Hmm irgendwie widerspricht sich das alles mit dem was mir andere Leute > geraten haben. Nicht wirklich. Ein NE555 liefert 250mA. Dir IRF1404 mit ungefähr 50nF gesamt werden daher in ungefähr 2.4us umgeladen, also 0.4% der PWM Zeit. Das ist akzeptabel. > Den TC4422 habe ich eingesetzt weil man mir geraten hat > einen Treiber zu verwenden. Rechnet man aber mit höherer PWM Frequenz, sollte man schneller umladen, dann ist der Treiber sinnvoll, über 20kHz notwendig. Falsch war der Tip zum Treiber also nicht (vielleicht wussten die noch nichts von deiner Frequenz) aber er muß dichter an die MOSFETs (dafür darf er weiter vom NE555 weg sein). > Auch die Elkos wurden mir angeraten, da ich vorher sehr hohe > Spannungspitzen auf der Versorgung hatte (>40V also zu viel > für den IRF1404). Passiert wie gesagt nur bei schlechten Akkus/Verbindung zum Akku. Im Prinzip ist ein Akku sehr niederohmig und hat eine harte Spannung, es kann also kaum zu Spannungsspitzen an seinen Anschlüssen kommen, wenn jedoch die Leitung so lang ist, daß ihre Induktivität wesentlich wird... > Auch die Gate-Widerstände seien wichtig, da sonst ein FET > schneller durchsteuert und kurzzeitig den ganzen Strom trage müsse. Daher habe ich beschrieben, wie man auf andere Art dafür sorgt, daß die MOSFETs gleich belastet werden. > Bei den Dioden handelt es sich jedoch um MBR6045. bei 20A pro > Diodenstrecke komme ich auf eine Verlustleistung von gesamt ca. 64W. Deutlich besser, aber immer noch erheblich mehr als die MOSFETs beitragen. > Werde auf jeden Fall morgen einen brauchbaren Schaltplan posten Der ist bei solchen Schaltungen dann sinnvoll, wenn man auch Leitungslängen sieht und die Zusammenführung. > und Bilde vom Spannungsverlauf an den Gates und Source-Pins der FETs. Die meisten Probleme sind glaube ich schon bekannt. Die Verlustleistung von 80 Watt führt nun mal zu heissen Blechen. Ansonsten funktioniert deine Schaltung ja. Ist der TC4422 näher an den MOSFETs, vor allem GND direkt am gemeinsamen Source der MOSFETs und möglichst kurze Leitungen zu den Gates, und die Freilaufdioden je an einem MOSFET (bzw. die Doppeldiode gegenüber 2 MOSFETs und je ein Anschluss zu einem MOSFET) und noch ein Satz Freilaufdioden direkt am Motor und pro MOSFET ein Kabel zum Motor und erst dort alle zusammengeführt, dann wäre man näher am idealen Zustand, aber sie funktioniert ja auch so.
Die Batterie steht vermutlich am Boden, also sicher 1m Leistungslänge, da kommen paar wenige µH zusammen. Und diese schieben nach beim Aussschalten. Die alles andere als niederimpedante (nicht niederohmig) Verbindung zum Akku sorgt dafür das die Kondensatoren ordenlichen Rippelstrom sehen (ist so den sonst würden sie nicht so heiß). Daher Folienkondensatoren/Keramik niederohmig zwischen Source und Kathode. Müssen ja nicht tausende µF sein. wenige 100µF... Etwas mehr kHz helfen da auch. Nur weil Blech oder Folie verwendet wird muss das ganze nicht niederinduktiv sein. Erst wenn die Bleche immer möglichst parallel geführt werden und niemals (möglichst kleine) eine Schleife aufmachen ist es niederinduktiv. Die integrierten Powermodule für Gabelstabler haben so einen Aufbau mit viellen übereinanderliegenden parallel Blechen (Wovon eines gleich die Base zum kühlen ist). Und zu beachten, dies Module haben Folienkondensatoren, sind aber mit im Kunststoff verschweißt, also sieht man nicht. MFG
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Drehzahlsteller_2.png
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So hier ist der neue Schaltplan. >Niederinduktiv ist etwas anderes. Zeichne in den Bildern die Strompfade >ein. Mit den Axialen Kondensatoren spannst du eine riesengroße Fläche >auf. Nur weil es Schienen sind ist das ganze auch nicht induktiver. >Jeder Fet ist mit einer anderen Induktivität mit den Kondensatoren >verbunden. Du meinst also die Induktivität zwischen der untersten (+) und der obersten (-) Schiene? Die könnte ich wohl nur verringern, wenn ich mit den beiden Schienen näher zusammen rücke, also die Fläche kleiner mache und die Kondensatoren in der Mitte plaziere? Den Abstand zwischen Drain der FETs und der Anode der Dioden kann ich wohl kaum noch kürzer machen, die sitzen ja schon auf der selben Kupferschiene. >Daher Folienkondensatoren/Keramik niederohmig zwischen Source und Kathode. Das Folienkondensatoren besser geeignet sind wusste ich nicht das werde ich in dem Fall ändern. Die Elkos hängen eigentlich direkt an den Anschlüssen von Source und Kathode das müsste doch niederohmig genug sein? Was für Schaltzeiten lassen sich mit einem solchen Aufbau eigentlich erreichen? Mir gefällt diese Schwingung auf der Drain-Spannung (Bild "Einschaltvorgang" obwohl das eigentlich ein Ausschaltvorgang ist, da das Bild die Uds-Spannung zeigt) nicht oder ist das normal?
> So hier ist der neue Schaltplan.
Der - wie gesagt - wenig nützt, es sei denn, er zeigt auch die
Anordnung der Bauteile.
Und da sieht's nicht gut aus.
Jeder MOSFET sollte "seine" Freilaufiode haben, die snubbert die
Induktivität seiner Zueleitung weg.
Dioden direkt am Motor (wie von dir gezeichnet) snubbern die Induktivitä
vom Motor, damit der Strom nicht erst die Zuleitung lang laufen muss.
Die Masserückführung des TC422 muß direkt zwischen alle MOSFET-Sources,
weil die ja den Strom entladen der aus den Gates kommt, und die
VCC-Zuführung muß direkt aus einem Kondensator kommen, der sich eben
gegen den Massenaschluss abstützt.
Wenn dein Schaltplna nur ein Prinzipdiagramm ist ohne räumliche
Anordnung, ok, da ist er aber nicht anders als der zuvor.
@Fralla: > Und zu beachten, dies Module haben Folienkondensatoren, sind aber mit im > Kunststoff verschweißt, also sieht man nicht. Manche Module kommen mit Elkos aus.
>Manche Module kommen mit Elkos aus. Auskommen? Je nach Quellimpedanz und Laststrom haben die Kondensatoren einen bestimmten Rippel und damit RMS Belastung auszuhalten. Ob man dann Elkos oder andere Type einsetzt ist eine Auslegungssache. Entsprechend kleine Elkos (um sie niederimpedant am Fet/Diode zu plazieren) können nur paar A, vl 4A) Ob man in einem verschweisten Modul (welche auch 15J und mehr halten) dann Elkos mit entsprechendem Temperatur derating einsetzt hängt auch davon ab was man wie lange erreichen will. Ich kenn es nur so, aber ja, vl gibts integrierte Module mit integrierten Elkos. >Die Elkos hängen eigentlich direkt an den >Anschlüssen von Source und Kathode das müsste doch niederohmig genug >sein? Trotzdem wird eine große Schleife aufgespannt. >Den Abstand zwischen Drain der FETs und der Anode der Dioden kann ich >wohl kaum noch kürzer machen, die sitzen ja schon auf der selben >Kupferschiene. Es müssen genau drei Verbindungen so niederiduktiv wie möglich sein: Drain-Anode, Kathode-Kondensator und Kondensator-Source.( wie bei jedem Buck, die Verbindungen des "Wechselschalters") Die Zuleitungen zum Motor sind nur ein wenig mehr Gesammtinduktivität, also völlig egal. Soll heisen, man baucht keine Dioden am Motor. Die vergleichbaren Staplermodule fahren auch rückwärts ;) MFG Fralla
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