Full-Bridge PWM für 24V-Motor 250W: 3 Fragen

[Severin E. (severin_e)]

Hallo zusammen,

In Anhang ist mein Entwurf für eine Full-Bridge-PWM-Schaltung für einen 
24V-DC-Motor mit 250W. Bauteile sind noch nicht bestellt und das PCB 
auch noch nicht erstellt. Drei Fragen:

1) Zwischen dem Leistungs-SMPS (24V) und der Bridge habe ich ein 
CLC-Glied(C5-Choke-C6). Wie dimensioniert man das? Die Werte im Schema 
sind willkürlich, da mir Erfahrungswerte fehlen.

2) Ist eine "Drum-Core" Drossel (die nicht in die Sättigung geht) 
überhaupt die richtige Induktivität für das?

3) Man darf gerne die ganze Schaltung kritisieren.


Hintergrund:
Ich will für meine Standbohrmaschine eine stufenlose 
Geschwindigkeitseinstellung. Der verbaute Motor ist ein 
Kondensatormotor, der sich so gut wie nicht Regeln lässt und für 
verschiedene RPMs muss ich einen Keilriemen verstellen. Nur einfach den 
Motor durch einen Drehstrommotor tauschen und ein FU daran hängen ist 
mir zu einfach und das Projekt wäre ja gleich wieder fertig. Geht gar 
nicht. Deshalb nehme ich einen "Brushed DC-Motor" aus dem E-Bike Sektor.

Danke & Grüsse Severin

[Michael B. (laberkopp)]

Severin E. schrieb:
> In Anhang ist mein Entwurf

Die Drehzahl REGELN tust du ja nicht, weil du sie gar nicht erfasst.

SQP120N10 ist kein LogicLevel MOSFET und nicht für 4.5V 
Gate-Ansteuereung spezifiziert.

Der Motor hat zwar Entstörkondensatoren aber keine Entstördrosseln. Die 
100nF knallen also bei jedem Einschalten der Brücke auf die Transistoren 
im Quasi-Kurschluss. Eine Drossel reduziert die 
Stromanstiegsgeschwindkeit.

                 +--47uH--+---+---+
                 |        |   |   |
                 |        | 47nF  |
 ----------------+        |   |   |
verdrillte Zuleitung    47nF  +--(M)
 ----------------+        |   |   |
                 |        | 47nF  |
                 |        |   |   |
                 +--47uH--+---+---+

Ein '250W' Motor an 24V hat schon 11A Nennstrom und kann durchaus 110A 
Anlauf/Blockierstrom ziehen. Deine H-Brücke hat keine Stromüberwachung 
und Abschaltung. Ob der 90A Transistor also reicht, ist unklar. Du musst 
die Auslegung mit dem Blockierstrom=Anlaufstrom rechnen.

Die Ansteuerung der MOSFETs über verlangsamende Gate-Widerstände 
bedeutet mehr Verluste im Umschaltmoment. Ausserdem kann ds Gate durch 
shcnell anstiegnde Spannugn am Drain mitgezogen werden un unerwünscht 
durchschalten oder über UGSmax gezogen werden, da ja auch keine Z-Dioden 
an den Gates sind. Es kann schlau sein, bessere Gate-Treiber zu 
verwenden.

470R als 7-Segment Vorwiderstand erlaubt ca. 5mA, eine 4-stellige 
Anzeige leuchtet also so hell wie mit 1.25mA DAuerstrom pro Stelle. Das 
kann etwas dunkel sein, wenn es nicht gerade eine hocheffiziente Anzeige 
wie OPD-T5621UPG-BW ist.

Bei hohen geschalteten Strömen und störverseuchten Lasten wie Motoren 
mit Kollektorbürsten kann eine Schaltung leicht gestört werden. 
Perfekter EMV Störsicherer Aufbau ist also Pflicht.

[Karl K. (karl2go)]

Severin E. schrieb:
> Zwischen dem Leistungs-SMPS (24V) und der Bridge habe ich ein
> CLC-Glied(C5-Choke-C6).

Warum? Das Meanwell kann Deine PWM locker ab. Einmal 1000µ dicht an der 
Halbbrücke sollten reichen.

Wie hoch soll die PWM-Frequenz sein?

Und warum nicht gleich ein Brushless-DC?

[Severin E. (severin_e)]

Michael B. schrieb:
> Die Drehzahl REGELN tust du ja nicht, weil du sie gar nicht erfasst.
Das es nur eine Steuerung ist, ist mir bewusst. Wobei, vielleicht 
erweitere ich das Projekt und baue noch eine Regelung ein. Nicht wegen 
der rpm-Genauigkeit, sondern damit das Projekt länger dauert. :-)


Michael B. schrieb:
> SQP120N10 ist kein LogicLevel MOSFET und nicht für 4.5V
> Gate-Ansteuereung spezifiziert.
Guter Punkt!!! Bei all den Datenblättern die ich durchgesehen habe, 
hatte ich nicht mehr im Kopf, dass beim SQP120N10 Rdson auch nach 5V 
noch deutlich abnimmt.

Michael B. schrieb:
> Der Motor hat zwar Entstörkondensatoren aber keine Entstördrosseln. ...
Okay, wird umgesetzt.


Michael B. schrieb:
> Ein '250W' Motor an 24V hat schon 11A Nennstrom und kann durchaus 110A
> Anlauf/Blockierstrom ziehen. Deine H-Brücke hat keine Stromüberwachung
> und Abschaltung. Ob der 90A Transistor also reicht, ist unklar. Du musst
> die Auslegung mit dem Blockierstrom=Anlaufstrom rechnen.
>
> Die Ansteuerung der MOSFETs über verlangsamende Gate-Widerstände
> bedeutet mehr Verluste im Umschaltmoment. Ausserdem kann ds Gate durch
> shcnell anstiegnde Spannugn am Drain mitgezogen werden un unerwünscht
> durchschalten oder über UGSmax gezogen werden, da ja auch keine Z-Dioden
> an den Gates sind. Es kann schlau sein, bessere Gate-Treiber zu
> verwenden.
>
Ich mach mich schlau ...

Michael B. schrieb:
> 470R als 7-Segment Vorwiderstand erlaubt ca. 5mA, eine 4-stellige ...
Mir sind übliche Displays immer zu hell. Den entgültigen Wert teste ich 
dann in der Praxis.


Danke für's Feedback

[Severin E. (severin_e)]

Karl K. schrieb:
> Warum? Das Meanwell kann Deine PWM locker ab. Einmal 1000µ dicht an der
> Halbbrücke sollten reichen.
Kann man den Wert berechnen?
Gibt es keine Resonanzen zwischen SMPS-Freq und der PWM-Freq.?

Karl K. schrieb:
> Wie hoch soll die PWM-Frequenz sein?
Muss ich dann ausprobieren. Nehme an, sie wird so zwischen 1kHz - 30kHz 
sein?

Karl K. schrieb:
> Und warum nicht gleich ein Brushless-DC?
Brushless sind doch bei 250W recht teuer, oder? Den Brush-DC-Motor 
MY1016 gibt es für kleines Geld in China. Den habe ich schon. Um die 
Abnutzung der Kohlestifte brauche ich mir bei einer Standbohrmaschine 
keine Sorgen zu machen. In 10 Jahren werden da nur gaaanz wenige 
Betriebsstunden zusammenkommen.

Danke für's Feedback

[Karl K. (karl2go)]

Severin E. schrieb:
> Gibt es keine Resonanzen zwischen SMPS-Freq und der PWM-Freq.?

Die SMPS dürfte mit einigen 100kHz laufen.

Ich hab an - anderen - Meanwell-NTs mit ähnlicher Leistung einige 100W 
Glühlampen mit 300 Hz PWM laufen, geht problemlos.

Severin E. schrieb:
> Muss ich dann ausprobieren. Nehme an, sie wird so zwischen 1kHz - 30kHz
> sein?

Kannste knicken, schafft die Brücke so nicht. Ist - wenn Du nicht gerade 
eisenlose Faulhaber-Motoren nimmst - aber auch kein Problem. Eher 
bekommst Du hohe PWM-Frequenzen nicht durch die billigen 
Eisenanker-Motoren, weil die Windungsinduktivität zu hoch ist.

Ein Problem könnte wirklich der Anlaufstrom werden. Die Netzteile machen 
da recht schnell zu. Und ich hab mal Akkuschrauber-Motoren getestet, die 
zogen locker 30A beim Anlaufen.

Also entweder langsam hochfahren, oder ein Trafonetzteil mit fetter 
Graetzbrücke, was kurzzeitig auch mal höheren Strom liefern kann.

[Sven S. (schrecklicher_sven)]

Severin E. schrieb:
> Ist eine "Drum-Core" Drossel (die nicht in die Sättigung geht)

Wie kommst Du da drauf?
Der Sättigungsstrom steht sogar im Schaltplan.