Motoren als Generatoren. Schutzschaltung?

[Peter (Gast)]

Hallo!

Im ausgeschalteten Zustand speisen bei meinem Roboter die Fahrmotoren 
über ihre Treiber Spannung zurück in die Versorgungsrail. Ich habe noch 
nicht gemessen wie hoch die Spannung beim manuellen Drehen der Motoren 
ist, sie dürfte aber in der Nähe der Versorgungsspannung liegen, weil 
die Power-On-LED etwa genauso hell leuchtet wie wenn der Akku 
eingeschaltet ist.

Bisher habe ich damit keine Probleme, ich möchte aber trotzdem eine 
Schutzschaltung einbauen. Auf der Suche nach einer möglichst einfachen 
Lösung bin ich im TL431 Datenblatt auf einen Schaltungsvorschlag für 
einen Shunt Regulator gestoßen (siehe Anhang).

Wie man sogleich merken wird, habe ich aber noch an verschiedenen 
Stellen Verständnisprobleme :-)

1.) Ist der genannte Ansatz überhaupt der richtige?

2.) Ich glaube ich hab grob qualitativ verstanden wie der TL431 
funktioniert. Trotzdem bin ich mir unsicher, wie die Schaltung zu 
verwenden wäre. Sinn machen würde für mich nur, wenn sich die 
Motortreiber bei V_i (siehe Skizze) und der Akku bei V_o befinden 
würden. Dann würden der Widerstand nach V_i und der Transistor einen 
Spannungsteiler bilden, der vom TL431 so eingestellt wird, dass bei 
Überspannung an V_i an V_o nicht mehr als die gewünschte Spannung 
anliegt. Im normalen Betrieb werden die Motortreiber von V_o aus 
versorgt. Solange die Treiber nicht mehr Spannung liefern als der 
eingestellte Wert, ist der Transistor hochohmig.  Ist das insgesamt so 
korrekt?

3.)  Wie klein kann der Widerstand bei V_i werden? Da dieser zu einem 
ständigen Energieverlust führt, möchte ich ihn möglichst klein halten. 
Meine Überlegung dazu ist folgende: Wenn im Extremfall die doppelte 
Spannung der Versorgung durch die Motoren induziert würde (ich glaube 
nicht dass das passiert), müsste der Widerstand bei V_i und der des 
Transistors in dieser Situation gleich groß sein. Würde ich durch Wahl 
eines Mosfets mit sehr niedrigem R_ds_on den erstgenannten 
Festwiderstand nicht auch sehr klein machen können?

Wie gesagt, ich schwimme etwas (sehr), bin als für alle Hinweise sehr 
dankbar!

[Ralph (Gast)]

Da hast du 2 Möglichkeiten.

1. Rekuperation.
das heißt die Erzeugte Leistung im Generator Betrieb soll in den Akku 
geladen werden.
==> ergibt einiges an Aufwand

2. Keine Nutzung der erzeugten Leistung.
==> lies dich mal zum Thema Freilaufdiode ein. Damit sind deine Fragen 
beantwortet.

[Peter (Gast)]

Ralph schrieb:
> Freilaufdiode

Das ist als Begriff ziemlich generisch. Was ich mir in diesem 
Zusammenhang darunter vorstellen könnte, wäre in die Zuleitung zum 
Treiber eine entsprechend dimensionierte Diode zu legen. Die würde 
sperren wenn vom Treiber mehr Spannung kommt als vom Akku. Allerdings 
hätte ich dann - wenn ich das richtig sehe - immer den Spannungsabfall 
an der Diode.

Ralph schrieb:
> Damit sind deine Fragen
> beantwortet.

nicht ganz ... Wie ist denn mein genannter Ansatz "Shunt Regulator" 
einzuschätzen? Zumindest dem Namen nach werden solche Systeme im 
Zusammenhang mit dem genannten Problem eingesetzt.

[Roland E. (roland0815)]

Wenn dein Versorgungsrail ungefähr der Akkuspannung entspricht, kannst 
du an evtl vorhandenen Schaltern eine Diode zurück zum Akku legen. Dann 
speist du den Strom direkt zurück. Solange die Rückspeisung nur selten 
passiert, braucht es keine Ladeschaltung.

Je nachdem was du zwischen Akku und System hast, könnte da schon eine 
Bodydiode existieren.

Die saubere Lösung wäre ein Komparator, welcher das Rail überwacht, und 
bei Überschreiten von xV einen dicken Widerstand zwischen Rail und GND 
klammert. Dazu sollte aber dein System regulär 3..5 V mehr auf dem Rail 
verkraften.

[Michael B. (laberkopp)]

Peter schrieb:
> 1.) Ist der genannte Ansatz überhaupt der richtige?

Ja, das kann man so machen, mit einer Spannung die über der Akkuspannung 
liegt (denn Ri des Akkus nache 0) und unter der Spannung ab der Bauteile 
beschädigt werden.

Die Leistung der Motoren wird im Transistor verheizt, der muss das 
aushalten. Man schaltet daher oft einen Widerstand in Reihe, der 
verheizt besser.

Noch besser schaltet der Transistor (dann meist ein MOSFET) per 
Komparator mit Hysterese den Widerstand, der dann in Impulsen den zu 
hoch aufgeladenen Elko der Versorgung entlädt, Stichwort Bremschopper.