PWM: Motortreiber schaltet bei Tastverhältnis Reduktion ab

[Jonny S. (jonny999)]

Hallo, ich arbeite an einem kleinen fahrbaren Gestell (siehe Foto):
  - 2x 350W 24V DC Bürstenmotor mit 1:9 Getriebe "Scooter Motor"
  - Motortreiber: "HC240A-PWM DC Motor Treiber Modul 8V-30V 240A" 
https://de.aliexpress.com/item/33035141653.html
  - Max Geschwindigkeit ca. 8 km/h
  - Relevante Komponenten siehe Skizze.

Der Aufbau funktioniert einwandfrei und man kann super fahren. Aber ich 
habe ein, für mich gerade nicht verständliches, Verhalten vom 
Motortreiber festgestellt.
Ich betreibe den Motor aktuell mit 10kHz PWM und während 0% aus-Zustand 
im "free-wheel Modus". So kann ich mit dem Tastverhältnis Drehmoment 
geben, ansonsten kann der Motor frei drehen.

*1. Problembeschreibung*
Sobald ich mit dem Tastverhältnis unter 5% komme und der Motor schnell 
dreht (Generatorspannung noch über 7V) schaltet der Treiber den Motor 
aus, obwohl noch/wieder ein PWM Signal anliegt (siehe Video 
10khz_fade-down.mp4 00:13).

Wenn der Motor dann im Freilauf langsamer geworden ist, also die 
Motorspannung unter ca. 2,4V gesunken ist, schaltet der Treiber wieder 
ein (siehe Video 10khz_restart-voltage.mp4 00:08).
Anm. Videos:
  - Channel 1: Motorspannung im vorwärts Betrieb (rot); Channel 2: 
Spannung am PWM Pin Treiber (gelb)
  - bzw. Channel 1: Motorspannung; Channel 2: Motorstrom

*2. Praxissituation*
Diese Situation tritt durchaus oft auf, wenn man bei hoher 
Geschwindigkeit z.B.
- während der Fahrt das Drehmoment komplett ausschaltet, weiter rollt 
und wieder startet (trotz 1,5s fade-down)
- Kurven fährt, der innere Reifen kein Drehmoment liefern soll, aber 
trotzdem noch frei dreht
Dann ist der Motor schlagartig aus und man muss, um weiterzufahren, fast 
bis zum Stillstand warten (unbrauchbar).

*3. Durchgeführte Versuche*
- Motor per Hand drehen und starten
  -> sobald Motorspannung über 7V: Treiber startet nicht
- Versorgungsspannung reduzieren
  -> "Abschaltspannung" sinkt. z.B. statt 7V bei 24V auf 4.5V bei 14V
- Tastverhältnis immer 5% anlassen, keine Abstürze mehr
- Frequenz verändern
  -> je niedriger die Frequenz, desto höher ist die "Abschaltspannung" 
z.B. 23.6V 2kHz (siehe Video U-I_1300hz.mp4)
- Richtungsumkehr während Abschaltphase
  -> Motor blockiert sofort und kehrt um, d.h. Treiber reagiert in der 
Phase
- A und B Signal gemessen und je free-wheel und forward alternativ in 
der Auslaufphase probieren
  -> Signale richtig und unverändert
  -> free-wheel und forward modus: gleiches Problem bleibt bestehen
- Tastverhältnis langsam reduzieren (video 10khz_fade-down.mp4)
  -> gleiches Problem d.h. nur Spannung bei niedrigem Tastverhältnis ist 
relevant

*4. Geplanter Versuch*
- Beim Ausschalten die 0 - 5% Phase überspringen: 10% -> 8% -> 6% -> 0%

*5. Aktueller Workaround*
- Tastverhältnis immer 5% anlassen, solange der Motor noch schnell dreht
- PWM Frequenz signifikant (auf 1kHz oder sogar 300Hz) reduzieren (sehr 
unangenehmes Geräusch)
- Motor kurz Abbremsen bei erneutem Anfahren (offensichtlich keine 
Option)

Weitere ausführliche Messungen bei allen Tests und Test verschiedener 
Frequenzen bei Bedarf hier:
https://pfusch.zone/upload/motor-driver/

Ich komme nicht mehr weiter...
Was mache ich falsch, wie lässt sich das erklären oder ist das sogar 
gewollt?

Edit: keine Ahnung, warum die Formatierung verloren gegangen ist, war in 
Vorschau ok.

[Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)]

Jonny S. schrieb:
> wie lässt sich das erklären oder ist das sogar
> gewollt?

Das könntest du ganz einfach klären, in dem du mal ein Blick in das 
Datasheet der auf dem Bord verbauten IC wirfst.

[Jonny S. (jonny999)]

Danke für den Tipp.
Zufällig habe ich einen defekten zerlegten Treiber wo man die Bauteile 
erkennen kann (Foto) ;)

*74HC08*:
"Quad 2-input AND gate"
https://www.mouser.de/datasheet/2/916/74HC_HCT08-2937369.pdf

*FD6287T*:
Dazu finde ich im Moment kein Datenblatt.
EDIT: Aus chinesisch übersetztes Datenblatt angehängt.

Werde mal versuchen, damit etwas herauszufinden...
Gibt es andere Ideen, wie sich das Problem erklären oder umgehen lassen 
könnte?

[Jonny S. (jonny999)]

Leider konnte ich auch mithilfe des Datenblatts nichts finden, was das 
beschriebene Verhalten erklärt.

Gibt es hier jemanden, der Erfahrung mit PWM Treibern hat?
Ich wäre für jede Theorie, die das Abschalten erklären könnte, dankbar.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Jonny S. schrieb:
> Gibt es hier jemanden, der Erfahrung mit PWM Treibern hat?
> Ich wäre für jede Theorie, die das Abschalten erklären könnte, dankbar.

Das ist jedenfalls kein Verhalten, das jeder PWM Treiber macht. Es liegt 
also sicher an den verwendeten Treibern und ist deren Eigenart. Da die 
Dinger vermutlich ohne jegliche Dokumentation kommen, bleibt dir nicht 
anderes übrig, als z.B. andere zu benutzen oder die Motoren mit einer 
zusätzlichen Schaltung vom Treiber zu trennen (z.B. ein Relais).

[Vanye R. (vanye_rijan)]

> Sobald ich mit dem Tastverhältnis unter 5% komme und der Motor schnell
> dreht (Generatorspannung noch über 7V) schaltet der Treiber den Motor

Klingt nach irgendeiner Form von sicherheitsabschaltung. Wenn
dein Motor noch dreht dann arbeitet der doch als Generator,
wo bleibt dann die Energie? Kann es sein das dann bei dir
Spannungen unzulaessig ansteigen?

Vanye

[K. S. (the_yrr)]

dein "motortreiber" ist nur ein Gatetreiber mit etwas Logik davor. Der 
hat eigentlich fast keinerlei Schutzbeschaltung, benötigt aber eine 
extra Spannung für die high-side Mosfets. Die wird passiv durch die PWM 
erzeugt, was die Generatorspannung verhindert.

Schau mal auf Seite 8 im Datenblatt. CBS lädt sich über DBS auf, 
allerdings nur wenn die Last/Generatorspannung unter VCC ist, welche 
durch den 15V LDO erzeugt werden dürfte. Der Chip enthält eine 
Schutzschaltung, die bei zu geringer Hilfsspannung die high-side FETs 
abschaltet.

Entweder lebst du damit, verwendest eine Gate Treiber mit aktiver 
Erzeugung der Hilfsspannung, oder verbaust einen isolierten DC/DC pro 
Kanal (also je einen für A und B).