Projekt: Große Motorensteuerung mit über 10A

[Frank]

öhm, es geht doch ohnehin maximal 4 Motoren à 2A, oder bei Parallelschaltung 2 Motoren à 4A (oder, der Vollständigkeit halber, 1 Motor 4A, 2 Motoren 2A), oder bin ich da brushless gewickelt?

Hi,
bei Parallelschaltung wären 4A nur theoretisch denkbar wenn sich der Strom völlig gleichmäßig auf beide verteilt. In der Praxis ist das nicht immer der Fall und bei RN-Motor wird zudem nur bei zwei Motoren der Strom über einen Lastwiderstand gemessen. Daher würde ich auf Nummer sicher gehen und dies dann nur mit 3A belasten.

Wenn jemand ein weitere Betriebsystem zu RN-Motor geschrieben hat, kann er dies gerne hier im Download-Bereich unter Codeschnipseln posten.

Gruß
Frank

[stupsi]

@bdm
stimmt, die fehlenden Widerstände 0,5 Ohm an SEN_B müssen nachgerüstet werden. Dazu gehören auch die 1000 ohm- Widerstände ähnlich R2, R9, die man am Kondensator C3, C8 zusammenführen kann.
Der Spannungsverlust im L298 ist auch höher als 2,5V. Im Datenblatt auf S 4/12 in Figure 1 stehen die Werte für Vsat bei 1,6A: (6,4A bei 4x Parallelschaltung)
Eigenbedarf: VsatL = 1,4V + VsatH=1,6V = 3,0V + 1V vom Shunt = 4,0V
Verluste der ICs: 3,0V * 6,4A = 20W
Kühlkörpertemperatur: 20W * 3,6°/W + 25°C = über 100°C
Sowas sollte man nicht machen. Parallelschalten mit dem L298 ist also doch keine Lösung. Sorry für mein dummes Geschwätz von oben.

@ Joerg
danke für die Info. Ich habe auch 120us Periodendauer gewählt. Bei mir reichen 7us Offzeit nicht aus, brauche mindestens 9us für das saubere Durchschalten der FETs. Mal sehen, was man an der Stelle noch optimieren kann.

Gruß Stupsi

[bhm]

stimmt, die fehlenden Widerstände 0,5 Ohm an SEN_B müssen nachgerüstet werden. Dazu gehören auch die 1000 ohm- Widerstände ähnlich R2, R9, die man am Kondensator C3, C8 zusammenführen kann.

Wäre nicht nötig, nach Fig 7 im Datenblatt werden SEN_A und SEN_B auf einen Widerstand gelegt. Muss ja auch, weil die Summe der Strom durch den Motor ergibt. Notfalls einfach Pin 15 kürzen und auf der Bestückungsseite mit 1 verbinden. Nicht schön ginge aber.

Der Spannungsverlust im L298 ist auch höher als 2,5V.
Eigenbedarf: VsatL = 1,4V + VsatH=1,6V = 3,0V + 1V vom Shunt = 4,0V
Verluste der ICs: 3,0V * 6,4A = 20W
Kühlkörpertemperatur: 20W * 3,6°/W + 25°C = über 100°C

hmm, ich lese aus dem Datenblatt sogar ca. 4V bei 2A (Nicht-Parallel-Schaltung), plus shunt. D.h. bei einem 6V Motor und 2A verbrate ich die Hälfte der Leistung in der Elektronik! Schon heftig.
Vielleicht sollte ich doch was mit Relais machen ...
ciao ... bernd

[mikro]

Noch so ne Idee zur Strombegrenzung / Hochlastwiederständen/Motorlastregelung

...Glühlampen ... in Serie mit einem Motor

Das sind Kaltleiter ... solange sie nicht glühen lassen sie viel Strom durch (der Motor läuft also gut an), sind relativ "billig", haben kein Problem die Wärme abzuführen und sind in "allen" Größen verfügbar. Notfalls kann man mehrere Lampen parallel schalten um kleinere Wiederstände zu bekommen.
Außerdem macht sich das bei einem boter auch ganz gut wenn er Augen bekommt und sich seinen Weg ausleuchtet.

[Frank]

Ich hab jetzt in eine rSchaltung ein N-Kanal FET gesehen. Der wurde praktisch immer voll durchgesteuert. Die daran abfallende Spannung wurde zum messen des Stromes über 1K Widerstand an analogen Port geführt.
Was spricht gegen diese Lösung?

[bhm]

mal prinzipell einige Fragen:
1) Warum nimmt man MOSFETs und keine Bipolar-Transistoren? (ich hab noch 'ne Tüte 2N3055 rumliegen )
2) warum braucht man einen Treiber um einen MOSFET zu schalten? Der Gateeingang zieht doch keinen Strom (außer beim Schalten), also müsste das doch an einem TTL-Ausgang gehen. Ich brauch doch nicht mit MHz pulsen. 1kHz sollte schon reichen, oder?
3) 100% PWM heist doch DC. Warum ist das für den Treiber ein Problem?

Fragen über Fragen ...
ciao ... bernd

[stupsi]

@bhm
a) kurz noch zu den Shunts im RN-Motor: Wenn Pin 1 und 15 zusammengeschaltet werden, sind die Transistoren im L298 direkt parallel geschaltet. Dadurch entfällt die Symmetrierung. Es ist besser, Pin 1 und 15 an je einen Shunt zu legen, auch wenn das Datenblatt es nicht vorschreibt.
b) Zur Verlustleistungsrechnung: Rechne mal alles mit 2A pro Kanal durch und kontrolliere zum Schluß die Junction-Temperatur.
c) schau dir nochmal das "PWM-RElAIS" im Downloadbereich an. Die Kombination aus :

- Relais zum Umpolen des Motors
- N-Kanal-FET zur PWM-Steuerung
- dicke Schottky-Freilaufdiode (oder FET)

bietet alles, was eine gute Motorsteuerung bei höchstem Wirkungsgrad braucht, und es bleibt die billigste Steuerung. Nur schelles Umschalten zwischen Vorwärts und Rückwärts (Beispiel: balancierender Roboter) sowie Motorbremse (beide Motorwicklungen kurzgeschlossen) ist nicht möglich.

zu 1) Transistoren haben ein UCE-sat von ca. 0,5-1V, also hohe Verluste und hohe Steueröleistung bei hohen Strömen. siehe die Darlingtons im L298
zu 2) Einen Treiber braucht man nicht unbedingt. Es gibt "Logic-Level-FETs", die kann man ganz gut mit 1 Khz direkt am uc-Port betreiben.
zu 3) Beim IR2184 werden die High-Side-FETs mittels einer Bootstrap-Schaltung gespeist. Diese Bootsrap- Schaltung holt sich bei jedem Takt ein wenig energie aus dem Leistungskreis. Der Takt fehlt bei 100%, also ist keine Energie zur Anst4euerung der Highside-FETs mehr vorhanden.

@frank
Eine Mosfet als Shunt ist möglich. Ein IRF530 hat ca. 0,16 Ohm und ist preiswert, bringt natürlich nur eine kleine Meßspannung (hier 0,16V/A) an den Port. Das verringert die Störsicherheit und mindert die Auflösung des Ports. Aber dagegen hilft ein kleiner Verstärker, und dann kann man einen 4mOhm- FET (IRF1404) nehmen. Der leichte Temperaturgang der Mosfets schadet in diesem Bereich nicht.

Beispiel für 10A Motorstrom:
IRF530 = 16W Verluste
IRF1404 + Verstärker = 0,4W Verluste

Der leichte Temperaturgang der Mosfets schadet in diesem Bereich nicht.

Gruß Stupsi

[Frank]

Sag mal Stupsi, kannst du auch einen N-Kanal FET empfehlen der sich als Shunt eignet und etwas mehr Strom verträgt. Sagen wir mal 30A oder besser 35A. Aber es sollte schon etwas Spannung abfallen, da ich auf Verstärker gerne verzichten will

[stupsi]

rechnen wir mal denm IRF1404 für 35A aus:

Verlustleistung bei 35A: P = I² * R = 35²A²*0,004 Ohm = 4,9W
Spannung bei 35A: U = I * R = 35A * 0,004 Ohm = 0,14V oder 4mV/A

5W Verlustleistung im Shunt sind schon großzügig bemessen, dafür ist ein Drittel Kühlkörper in der Größenordnung von RN-Motor sinnvoll.
Wenn man die Referenz vom Analogport auf 0,2V legt, würde die Auflösung des AD-Wandlers ausreichen. (geht das überhaupt?) Und ob bei 4mV/A noch eine Störsicherheit gegeben ist, ist fraglich. Es kommt auf den Versuch an. Da ist meiner Ansicht ein Verstärker für Ströme ab 10A sinnvoller.

Die Strommessung (Powerfet-Hilfsfet-Verstärker) in meiner Motorsteuerung funktioniert übrigens im Versuchsaufbau sehr sauber; kann ich nur empfehlen.
siehe hier: https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...=1638&start=22

Gruß Stupsi

[Frank]

Hi Stupsi
Ja stimmt, 4mV pro A ist schon etwas mager. Das wäre mir auch zu unsicher. Einen etwas größeren Widerstand müsste der FET schon haben. Eine etwas höhere Verlustleistung würde mich weniger stören, da ich eigentlich nicht davon ausgehe das an der Motorsteuerung Motoren mit 20 oder 30 A Dauerlast hängen.
Ich denke bei den meisten düfte die Dauerlast deutlich unter 10A liegen, vielleicht im Schnitt bei 5A. Nur in bestimmten Phasen beim Anlauf oder überwinden einen Hindernisses dürften mal hohe Ströme auftreten. Natürlich auch wenn der Motor mal blockieren sollte.

Von daher wäre für die meisten Fälle eine Schaltung ausreichend die einen Strom von 20A nur Sekunden oder bestenfalls 2 Minuten aushält.

Dafür sollte die Schaltung aber so preiswert und einfach wie möglich aufgebaut werden. So ein Operationsverstärker kostet zwar nicht viel aber es kleckert sich alles zusammen und zudem braucht Platz. Je einfacher desto besser.

So ganz verstehe ich dein Schaltbild nicht:

Bild hier  

In der Schaltung soll wohl der abfallende Strom an T4 gemessen werden. Welchen Sinn und Zweck hat hier T5 überhaupt?