500W-Bürstenmotoren: Entwicklung einer H-Brücke 30V / 75A.

    • Offizieller Beitrag

    Wow !!!

    Sieht absolut professionell aus.

    Das mittlere Zahnrad an dem senkrecht stehendem Boschprofil ist wohl der Kettenspanner ?

    "Platz" für Akku und Elektronik hast Du ja noch genügend. Eine Trennung der Elektronik in drei Einheiten wäre aber schon zu empfehlen.
    Etwas Schwierigkeiten sehe ich bei der Verlegung der Kabel zu den Motoren, weil Du ja irgendwie immer "zwischen" den Zahnrädern/Ketten hindurch musst. Nicht dass es Dir mal nach einem Schlagloch den Kabelstrang durch die Ketten durchnudelt. :D

    Nur eine unbedarfte Frage: Die gegenläufige Montage des Reifenprofils war Absicht? Also keine Vorzugs-Fahrtrichtung? (Hab' mal von einem Landwirt gelernt, dass sich sonst der "Acker" in dem V-Profil verfängt, wenn man die Reifen in die falsche Richtung montiert.)

    Zitat

    Original von IBF
    Wow !!!

    Sieht absolut professionell aus.

    Das mittlere Zahnrad an dem senkrecht stehendem Boschprofil ist wohl der Kettenspanner ?

    "Platz" für Akku und Elektronik hast Du ja noch genügend. Eine Trennung der Elektronik in drei Einheiten wäre aber schon zu empfehlen.

    Nur eine unbedarfte Frage: Die gegenläufige Montage des Reifenprofils war Absicht? Also keine Vorzugs-Fahrtrichtung? (Hab' mal von einem Landwirt gelernt, dass sich sonst der "Acker" in dem V-Profil verfängt, wenn man die Reifen in die falsche Richtung montiert.)

    Habe bis jetzt immer nach u. nach 8 Bilder hochgeladen, einige während Deines Beitrages; Kettenspanner ist also definitiv korrekt!

    Ich dachte es merkt keiner: ich hatte für das Foto ganz bewußt 2 Räder vertauscht, da mir die Lackierung der Felgen nicht gefiel. Dadurch änderte sich auch die "Laufrichtung", was mir für's Foto egal war. Dachte es fällt eh' niemanden auf. Aber natürlich nicht HIIIER im Forum... So sind weiters die Räder auch noch nicht mit den Radnaben kraftschlüssig verbunden und das 5-teilige Alublech ist auch nur an 2 sichtbaren Seiten aufgelegt und nicht verschraubt... 8)

    Zitat

    Original von IBF
    Etwas Schwierigkeiten sehe ich bei der Verlegung der Kabel zu den Motoren, weil Du ja irgendwie immer "zwischen" den Zahnrädern/Ketten hindurch musst. Nicht dass es Dir mal nach einem Schlagloch den Kabelstrang durch die Ketten durchnudelt. :D

    Dann sieh' Dir mal das Foto mit dem Initiator an. Der Ini sitzt 1mm vom Kettenrad entfernt und genau ZWISCHEN den Ketten. Da darf wirklich kein Kabel lose durchhängen...
    Mit dem Ini kann ich die Funktion / Drehzahl der Mot. überwachen. Aber nicht nur das: es ginge über eine einfache rc-Steuerung hinaus, aber man könnte mit dem Ini auch einen PID-Regler aufbauen, wo über Funk die Soll-Drehzahl der Motoren vorgegeben wird und der Controller die Motor-PWM unter Zuhilfenahme des Ini zeitnah (=schnelle Sprungantwort ohne Übersteuerung) nachregelt, bis Soll = Ist erreicht ist...
    Wurde soetwas schonmal ausprobiert?
    .

    3 Mal editiert, zuletzt von Lars (20. September 2012 um 00:12)

    • Offizieller Beitrag

    Bei der Entwicklung des Fahrtreglers wirst Du ohnehin die Räder abmontieren oder die Ketten ablegen, weil es einfach zu lästig ist, bei jedem Test den "Lärm" anzuhören. (Mich stört so etwas, wenn ich Software entwickel...)

    Zitat

    Mit dem Ini kann ich die Funktion / Drehzahl der Mot. überwachen. Aber nicht nur das: es ginge über eine einfache rc-Steuerung hinaus, aber man könnte mit dem Ini auch einen PID-Regler aufbauen, wo über Funk die Soll-Drehzahl der Motoren vorgegeben wird und der Controller die Motor-PWM unter zuhilfenahme des Ini zeitnah (=schnelle Sprungantwort ohne Übersteuerung) nachregelt, bis Soll = Ist erreicht ist... Wurde soetwas schonmal ausprobiert?

    Den induktiven Näherungsschalter habe ich schon bemerkt. ;)
    Ausprobiert bzw. programmiert habe ich so ein System mit Monitoring der aktuellen Geschwindigkeit selbst noch nicht.
    In diesem Fall hättest Du tatsächlich einen "Regler" und nicht nur einen "Steller". Allerdings befürchte ich, dass die Anzahl der Zähne von dem Zahnrad zu gering ist, um hier einen brauchbaren Istwert der aktuellen Geschwindigkeit messen bzw. berechnen zu können. Bei 19 Zähnen hast Du einen Winkel von knapp 19 Grad pro gelieferten Impuls. Bei einem Raddurchmesser von geschätzen 30 bis 40cm (???) ergibt das einen Weg von ca. 1m pro Radumdrehung. Bei einem Winkel von 19 Grad zwischen den Zähnen hast Du also ca. 5cm pro Zahn.
    Wie gesagt, ich hab' so etwas noch nicht programmiert, aber wenn, dann hätte ich die Zeit zwischen drei Zähnen interpoliert und daraus die aktuelle Geschwindigkeit berechnet. Bei drei Zähnen und 15cm Weg ist das ganz schön viel, bis der Regler merkt, dass er zu schnell oder zu langsam ist.

    Von einem PID-Regler würde ich im ersten Run sowieso abraten. Probier zunächst mal einen einfachen primitiven P-Regler und erweitere dann auf einen PI-Regler. Ein D-Anteil bringt zu viel Unruhe in die ganze Fuhre. Bitte bedenke, dass Du durch die Kette beim vorwärts-/rückwärtsfahren bzw. Abbremsen immer eine Totstrecke hast. Mit einem zusätzlichen D-Anteil tanzt die Mühle dann Rock'n Roll. :D

    Zitat

    Original von IBF
    Bei 19 Zähnen hast Du einen Winkel von knapp 19 Grad pro gelieferten Impuls. Bei einem Raddurchmesser von geschätzen 30 bis 40cm (???) ergibt das einen Weg von ca. 1m pro Radumdrehung. Bei einem Winkel von 19 Grad zwischen den Zähnen hast Du also ca. 5cm pro Zahn.
    Wie gesagt, ich hab' so etwas noch nicht programmiert, aber wenn, dann hätte ich die Zeit zwischen drei Zähnen interpoliert und daraus die aktuelle Geschwindigkeit berechnet. Bei drei Zähnen und 15cm Weg ist das ganz schön viel, bis der Regler merkt, dass er zu schnell oder zu langsam ist.

    40cm Raddurchmesser ist korrekt. Nun könnte ich die Anzahl Messwerte verdoppeln indem ich den zuständigen IRQ statt auf steigende/fallende Ini-Flanke auf JEDE Pegeländerung programmiere und den korrespondierenden Timer jedesmal auswerte/triggere. Aber es stimmt schon, sind nicht gerade viel Messwerte die zur Verfügung stehen. Ich finde die Idee charmant, dass man immer zwei Motoren im Gleichlauf und mit Geschwindigkeits-Vorgabe X hat, egal welche Akku-Spannung, Bodengegebenheit oder Motorentoleranz vorliegt. Aber natürlich werde ich die Steuerelektronik zunächst als "Steller" in Betrieb nehmen, dann P-Regler, und dann sehen wir mal. Ist ja alles in Erprobung...

    Zitat

    Original von IBF
    Von einem PID-Regler würde ich im ersten Run sowieso abraten. Probier zunächst mal einen einfachen primitiven P-Regler und erweitere dann auf einen PI-Regler. Ein D-Anteil bringt zu viel Unruhe in die ganze Fuhre. Bitte bedenke, dass Du durch die Kette beim vorwärts-/rückwärtsfahren bzw. Abbremsen immer eine Totstrecke hast. Mit einem zusätzlichen D-Anteil tanzt die Mühle dann Rock'n Roll. :D

    Einen PID-Regler hatte ich bereits 2008 entwickelt, als ich meinen Segway-Clone gebaut hatte. Lief auch zufriedenstellend, allerdings habe ich damals testweise zunächst mit Konstanten für P, I und D gearbeitet und recht schnell festgestellt, dass kleine Änderungen in diesen Konstanten schnell große Änderungen in der Regel-Dynamik zur Folge hatte. Damals hatte ich dann die 3 Programm-Konstanten durch 3 Poti ersetzt und via ADC eingelesen. So konnte ich ganz gut die Wechselwirkung der Parameter untereinander beobachten...

    Im Bot-Anwendungsfall ist das möglicherweise wieder alles anders, da völlig andere Mechanik und damit andere Regelcharakteristik.

    Zitat

    Original von IBF
    Meine Empfehlung:

    --> Variante 3:

    Auf drei Karten aufteilen. Aber nicht mit drei getrennten Spannungsversorgungen und keine Vernetzung über I2C, sondern "konventionell" verdrahtet.

    Heißt:
    Controller-Baugruppe mit allem, was irgendwie mit Sensor-Signalaufbereitung zu tun hat.
    Zwei identische Endstufen, die eigentlich nur dafür da sind, die PWM in Power umzusetzen und ein paar Sensorsignale zu liefern.

    Auf der Controllerplatine befinden sich dann auch die 5V und (offensichtlich brauchst Du die auch?) 15V-Stabilisierungen.
    An der Controllerbaugruppe sind zwei Wannenstecker aufgelötet. Über zwei Flachbandkabel werden damit die Endstufen angesteuert bzw. abgefragt..

    Wie ich gerade sehe, hatte ich das GENAU SO in meinem Segway-Clone realisiert. Auch damals [2008] hatte ich 3 LP: 2 Endstufen (wie von Dir beschrieben, s. Foto) und die LP mit dem µC, welcher für die Ansteuerung zuständig war.
    Verwendet hatte ich damals als Treiber den IR2184 vor IRFP2907-HEXFETs. Allerdings recht "nackt" und (noch) ohne Strombegrenzung...

    Hier ein Foto EINER Endstufe (Ansteuerung via FlaKa, Mot. u. Power direkt gelötet):

    Aber bereits 2009 hatte ich für mein Elektro-Quad alles AUF EINE KARTE gesetzt (Endstufen & Controller), allerdings "nur" 3 Halbbrücken zur Ansteuerung des 2kW-BLDC-Motors, welchen ich im Austausch gg. den Benzinmotor verbaut hatte.
    Gut erkennbar der Temp.-Sensor am 4. FET v.links sowie der LM317-Spannungsregler am KK für 60V Ub:

    Allerdings waren 220A Anfahrströme dann doch zuviel für die 6 IRFP2907, einer hat sich irgendwann selbst ausgelötet...
    Daher habe ich 2010 eine weitere Reihe MOSFETs parallel gelötet und damit die Verluste geviertelt. Zudem wurde der KK überarbeitet, HighTec-Wärmeleitfolie ersetzt Leitpaste & Glimmerscheibe und ein Lüfter sorgt in der Steuerung für einen permanenten Unterdruck. Damit bleibt die MOSFET-Temperatur unter 50°C bei dauerhafter Fahrt mit ca. 45km/h; nicht schlecht bei einem Gesamtgewicht von ca. 240kg.

    Damit läuft die Steuerung in meinem eQuad bis heute:

    Die Freiluftverdrahtung ist zugegeben nicht der Hit und das "FET-Paralleling" ist auch nicht symetrisch, aber selbst im Gelände mit häufiger Beschleunigung (ca. 40%) lief die Steuerung bei < 80°C ohne Ausfälle. Allerdings hatte ich später noch eine Überstrom- sowie Unterspannungserkennung adaptiert (auf den Fotos nicht sichtbar).
    .

    2 Mal editiert, zuletzt von Lars (19. September 2012 um 21:45)

    • Offizieller Beitrag

    Danke für die Fotos. Ganz interessant, wie Du solche Ströme über Lochraster-Aufbauten handelst.
    Bei meinem ersten Versuch eines Fahrtreglers für Heavy-Weight-Bots (Jeweils ein Bosch GPA750 angeschlossen) hatte ich separate Platinen anfertigen lassen, damit ich die MOSFETs möglichst niederohmig versorgen kann. Der Regler ist dann aber nicht mehr rechtzeitig fertig geworden und seitdem interessiert sich keiner mehr dafür. Ich habe das Projekt dann auf Eis gelegt, nachdem ich selber keinen 100kg-Bot bauen will.

    Zitat

    Im Bot-Anwendungsfall ist das möglicherweise wieder alles anders, da völlig andere Mechanik und damit andere Regelcharakteristik.


    Davon kannst Du ausgehen. Du hast (im Gegensatz zum Segway) einen Vierradantrieb mit sehr engem Rad-/Achsabstand. Das "Drehen" auf der Stelle bzw. das Fahren von engen Kurven wird also für gehörigen Abrieb der Reifen sorgen. :D Das, was Dir dann der Sensor an aktueller Ist-Drehzahl liefert ist nicht das. was hier tatsächlich an Geschwindigkeit bzw. Vorwärts-Traktion vorhanden ist. Da wird das korrekte Ausregeln nicht einfach.... ;)

    Zitat

    Die Freiluftverdrahtung ist zugegeben nicht der Hit und das "FET-Paralleling" ist auch nicht symetrisch, aber selbst im Gelände mit häufiger Beschleunigung (ca. 40%) lief die Steuerung bei < 80°C ohne Ausfälle.


    Da bin ich überrascht, dass Du keine mechanischen Ausfälle an der Elektronik bekommen hast. Die z.B. schweren Kondensatoren und die Drähte "ziehen" bei jeder Vibration an den Lötstellen und irgendwann "knackt" das dann ab.
    Aber gut,... solange es gehalten hat... :D

    Zitat

    Original von IBF
    Danke für die Fotos. Ganz interessant, wie Du solche Ströme über Lochraster-Aufbauten handelst.


    Ich baue immer zuerst auf Lochraster auf. Wenn ich dann Leiterplatten benötige, gebe ich die Lochraster-LP mit Schaltbild an meinen Layouter. Er hat dann die Vorgabe für die Bauteile-Platzierung und ich die Gewissheit, dass alles soweit funktioniert und ich nicht gleich mit der ersten Platine ein Redesign benötige, weil ICH etwas zuvor übersehen oder ungenügend getestet habe.

    Zugegeben, mit Lochraster kann man sich auch viele nette Fehler einbauen. Mit einem vernünftigen Leiterplattendesign sind vermutlich weitaus höhere Ströme möglich, als bei meiner Freiluftverdrahtung. Vermutlich begrenzt nicht Ptot der MOSFETs die Leistungsfähigkeit meiner Steuerung sondern die größte Freiluft-Leitungsinduktivität, welche im schlimmsten Fall einen gesperrten MOSFET wieder leitend macht. Da sind sicher Abstriche nötig. Die 220A Spitzenstrom beim Anfahren (quasi der Motor-Blockadestrom) waren ein einmaliger Wert, den ich mit einer Stromzange im 1ms-Peak-Modus aufgenommen hatte. Die 6 FETs erwärmten sich dabei schlagartig und es wurde zufälligerweise nur deshalb nichts beschädigt, weil ich in diesem Moment das Gas zugedreht hatte um den Stromzangenwert abzulesen. Hätte ich in dieser Situation weiter beschleunigt (Gas offen), wäre innerhalb von ca. 1...2s die Steuerung abgefackelt. Es half aber dennoch nichts denn zu diesem Zeitpunkt hatte sich das Lötzinn bereits verflüssigt und in der weiteren Abfolge wurde ein FET (und damit die gesamte Halbbrücke) beschädigt...

    Ich baue seit 30 Jahren Lochraster auf und bin darin eigentlich "ganz fit", wie man so wohl sagt. Ich bin aber kein Trottel der Geld oder Zeit zu verschenken hat! Sowie ich erkenne das Lochraster an Grenzen stößt gehe ich auf Layout und laß' Leiterplatten fertigen, mit dem Risiko, dass ein od. 2 mal das Layout geändert werden muß.

    Hier mal ein (nicht mehr aktuelles) Bild von der LÖTSEITE meiner eQuad-BLDC-Steuerung (sicher nicht jedermanns Sache):

    Die Diodenkette links oben im Bild war nötig um die Spannung von 60V herunter zu setzen, da sonst der Spannungsregler möglicherweise überlastet worden wäre. Ist ja nur ein Beispiel, worauf ich hinaus will, ist: es funktioniert! Wenn es nicht funktioniert muß ich es ändern, damit es zuverlässig funktioniert. So ist das.

    Zitat

    Original von IBF
    Da bin ich überrascht, dass Du keine mechanischen Ausfälle an der Elektronik bekommen hast. Die z.B. schweren Kondensatoren und die Drähte "ziehen" bei jeder Vibration an den Lötstellen und irgendwann "knackt" das dann ab.
    Aber gut,... solange es gehalten hat... :D

    Ist natürlich alles berücksichtigt worden. Mir ist klar, dass massebehaftete Bauelemente unter dynamischen Einflüssen zum Abscheren neigen können (oder zu einer kalten Lötstelle). Deshalb werden diese Bauteile bei mir mit Heißkleber und/oder Silikon fixiert. Eben damit das nicht passiert, was Du aufgezeigt hast... :]

    Und weil es richtig Spaß macht Bilder hochzuladen, hier noch eines von meinem eQuad-Projekt aus dem Jahr 2009. Die Steuerung (mit 33mF/100V-Puffer-C) sitzt mittig oberhalb des gelben Stoßdämpfers. Hinweis: auf diesem Betontisch sind auch die Bot-Fotos entstanden, die ich hier veröffentlicht habe, was bedeutet, dass sämtliche Urheberrechte nachweislich bei mir liegen:

    Gegenwärtig wird das eQuad erfolgreich als leichtes Verbindungs- und Transportfahrzeug eingesetzt:

    Damit sichere ich mir meine bürgerlichen Rechte auf elektromobile Grundversorgung bei gleichzeitiger Verbesserung meiner CO²-Bilanz... 8)

    • Offizieller Beitrag

    :D Hauptsache der Strom aus der Steckdose zum Wiederaufladen der Akkus ist dann auch Ökostrom! ;)

    Oder nutzt du auch schon Kers (Kinetic Energy Recovery System, engl. für System zur Rückgewinnung kinetischer Energie)...

    http://de.wikipedia.org/wiki/KERS

    • Offizieller Beitrag
    Zitat

    Damit sichere ich mir meine bürgerlichen Rechte auf elektromobile Grundversorgung


    Mit einer offiziellen Zulassung (=Nummernschild) könntest Du Dir den Aktionsradius sicherlich drastisch erweitern. :D:D:D
    Nein, im Ernst, ist wirklich ein schönes Projekt. Wie weit (Reichweite) kommst Du eigentlich mit einer Akkufüllung? (Moderate Fahrweise, kein Trial im Gelände ;) )

    Zitat

    Ich bin aber kein Trottel der Geld oder Zeit zu verschenken hat!


    8o So habe ich das auch nicht gemeint, falls Du das so interpretiert haben solltest! Ich habe ja auch schon mit Lochraster herumgedoktert. Irgendwie war es frustrierend, dass man dann kurz vor Bauende ein paar Bauteile irgendwie nicht mehr unterbringt. Oder man muss mit "Freiluftdrähten" arbeiten, weil zwischen zwei Lötzinnbahnen kein Platz mehr ist.
    Oder dass die Platine bricht (ist mir auch schon passiert, weil ich offensichtlich bei einem Händler kein Epoxy sondern irgendein anderes Material angedreht bekam, das so ähnlich aussah/sich anfühlte....) . Mit der Verwendung von SMD-Bauteilen hat sich das Thema Lochraster ohnehin erübrigt, weil das Vogelfutter hier einfach nicht mehr brauchbar zu befestigen/löten ist.
    Aktuell lasse ich bei Internet-Platinenservices lieber eine Platine anfertigen und zahle ein paar Euro dafür. Dank SMD werden die Platinen auch kleiner. Und die Platinenhändler verrechnen nach Fläche und nicht mehr, so wie früher, nach Fläche und Anzahl Bohrungen/Durchkontaktierungen.


    Zitat

    mit dem Risiko, dass ein od. 2 mal das Layout geändert werden muß.


    Das finde ich dann wieder in Ordnung. Denn auf einer mit geätzter Platine aufgebauten Baugruppe kann man normalerweise wesentlich leichter irgendwelche Änderungen durchführen, als das bei Lochraster ist. Gibt weniger Kolateralschäden.
    (Zeitgleich natürlich das Layout ändern, damit bei eventuellen Nachbauten der gleiche Fehler nicht wieder drin ist.)

    Zitat

    Die Diodenkette links oben im Bild war nötig um die Spannung von 60V herunter zu setzen, da sonst der Spannungsregler möglicherweise überlastet worden wäre.


    :D Der alte Trick mit den 0.7V "zusammenkratzen". :D Die 78er-Spannungskonstanter sind zwar laut Datenblatt für maximal 40V zulässig, aber meine Erfahrung hat gezeigt, dass das Limit bei ca. 36V liegt. Ansonsten gibt es Ausfälle. Ich habe mir angewöhnt, bei solchen "Hochvolt-Schaltungen" eine ganz primitive Vor-Stabilisierung vorzuschalten. So, wie man das vor 35 Jahren gemacht hat, als es noch keine 78er-Spannungskonstanter zu kaufen gab: Ein Transistor in Kollektorschaltung und eine Z-Diode als Spannungsvorgabe. Die Schaltung ist dann zwar auch nicht 100% stabil und schwankt je nach Stromstärke, aber es reicht, um dem 78er das Leben zu erleichtern.

    Zitat

    Deshalb werden diese Bauteile bei mir mit Heißkleber und/oder Silikon fixiert.


    Ja, schafft Erleichterung. Wird übrigens auch aktuell in der Industrie noch so gemacht. Damit die Vibrationstests bzw. "Falltests" bestanden werden und das Gerät von der Qualitätssicherung seine Freigabe bekommt.
    Problem ist dann nur, wenn ein Fehler gesucht wird. Damit die Messspitze herankommt, muss erst mal "ein Pfund Heißkleber" weggeschnitten werden.
    Wenn ich auf fertigen Platinen etwas patchen muss (=Leiterbahnen auftrennen und mit dünnen Drähten anders verlöten), dann fixiere ich die Drähtchen meistens mit Sekundenkleber auf der Platine. Die Drähte kann man notfalls dann wieder abziehen. Wobei das zugegebenerweise noch nicht die beste Lösung ist. Denn beim anschließenden Löten "verdampft" der Sekundenkleber und das brennt teuflisch in den Augen.

    IBF

    Nein, dass mit dem Trottel war meine Feststellung, heißt, ich arbeite gern mit Lochraster, solange sich dies wirtschaftlich u. technisch machen läßt. Meist bin ich schneller als über ein Layout, so baue ich z.B. komplette Controllerschaltungen für kleinere Projekte an einem Tag auf.

    Nummernschild ist übrigens kein Pro., allerdings gab es beim TÜV ziemlich lange Gesichter. Ist aber ein Thema für sich...

    Ich tanke in mein eQuad übrigens überwiegend einen Strommix, die Reichweite liegt bei normaler Fahrweise bei ca. 25 bis 30km. Dies werde ich irgendwann durch Einsatz von Lithium verbessern, BleiGel kommen hier schnell an ihre Grenzen.

    Die Frage bezüglich Rekuperation (IceMaster): Nein, mache ich nicht. Setzt auch gaaanz andere Forderungen an den Controller voraus. Bin ja froh das alles jetzt so läuft nach den ganzen Umbauten... Übrigens würde die Reku nur 5...10% bringen und lohnt sich im Flachland m.E. eher garnicht. Es gibt Fahrzeuge mit Reku die sich dann im Stand tech. bedingt nicht schieben lassen, warum auch immer und dafür einen extra Kriechmodus brauchen. Aber es lohnt eher nicht. In den Bergen vielleicht, wer weiß...

    IBF, mir liegt doch noch was auf dem Herzen. Deine Empfehlung auf DREI kleine Leiterplatten zu gehen und die Endstufe "diskret" anzusteuern (also ohne µC), anstatt alles auf EINER großen LP zu realisieren habe ich gestern an meinem Bot überprüft.
    Spontan fielen mir 4 große Nachteile auf, welche mich grübeln lassen...:

    Wenn ich also 3 LP an versch. Stellen im Bot unterbringe anstelle einer LP im Gehäuse auf dem Bot dann müßte ich bei den 3 LP das Gehäuse weglassen, da sonst zuviel Aufwand bei zuwenig Platzangebot. Die Endstufen würden direkt NEBEN dem Motor platziert, etwa 1cm entfernt.

    1) besteht das Risiko das Alu-Späne irgendwann auf einer der ungeschützten LP fällt, da ich viel am Alurahmen gebohrt u. gesägt habe und immer wieder aus irgendwelchen Ritzen kleine Aluspäne vorkommen (selbst nach Ausblasen mit Pressluft).

    2) kann ich - falls später nötig - keine aktive Kühlung adaptieren, da kein Gehäuse um die Endstufen vorhanden ist wo, eine kontrollierte Luftzirkulation möglich wäre.

    3) besteht doch ein Risiko durch Störungen auf den "diskreten" Leitungen der Endstufe! Die Steuerleitungen der Treiber würde ich mit 1KOhm abschließen, was nun nicht viel ist (auf Bustreiber möchte ich verzichten, Treiberansteuerung erfolgt direkt vom µC). Aber ich habe 2 Rückleitungen von der Endstufe zum µC, u.a. eine analoge Leitung aus einem OP mit der Stromhöhe, welche vom ADC des µC permanent gelesen wird, außerdem noch eine IRQ-Leitung bei Überstrom...

    4) Der Motor könnte unter Volllast die direkt neben dem Motor befindliche Endstufen-LP HF-mäßig stören, immerhin habe ich OPs drauf und CMOS-Logik. Eine Einkopplung im Bereich der Treiber wäre der Tot der gesamten Schaltung...

    Meine Frage: wie siehst Du meine Bedenken und welche Nachteile bestehen für Dich konkret, die gesamte Schaltung (MOSFETs u. µC) eben NICHT auf eine LP oben auf den Bot zu realisieren (außer ext. Beschädigungsgefahren)?


    P.S. bin jetzt weg (elektrisch... :D), kann erst abends antworten.

    • Offizieller Beitrag
    Zitat

    P.S. bin jetzt weg (elektrisch... ), kann erst abends antworten.


    Keine Panik. Es besteht hier im Forum die stillschweigende Vereinbarung, dass keiner beleidigt ist, wenn er nicht sofort Antwort auf einen Forumsbeitrag oder eine PN kriegt. Auch ich muss mich manchmal für ein paar Tage vom aktiven Forumsleben fernhalten und kann nur "lesend" anwesend sein.

    Ehrlich gesagt bin ich schon davon ausgegangen, dass Du jede der drei Baugruppen in einem eigenen Gehäuse kapselst. Möglichst Metallgehäuse, um gleichzeitig auch noch der EMV-Einstrahlung ein bißchen paroli zu bieten.
    Warum ich von drei einzelnen Gehäusen ausgegangen bin: Bei uns im Team ist ein Bot (Boober), der hat auch Vierradantrieb. Die Räder sind, wie bei Dir, mit Ketten gekoppelt. Ein bißchen Öl oder Fett ist notwendig, sonst geht das alles zu schwer. Zusammen mit dem Dreck, den man sich durch die Ritzen von den Rädern im Inneren des Bots einfängt, gibt das eine ganz schmierige Substanz. Die hat man dann auf der Baugruppe drauf. Also sowohl auf den Bauteilen also auch auf den ganzen Lötstellen und Leiterbahnen (teilweise blank, weil sie mit Silberdrähten verstärkt wurden).

    In dem kleinen Bot habe ich leider keine Möglichkeit, den Fahrtregler in einem separaten Gehäuse zu kapseln. Da müssen es dann hochspannungsfeste Gummifolien tun. (Hochspannungsfest muss nicht sein, aber war halt gerade verfügbar...)

    Jetzt mal ein paar Gedanken zu einer "nahen" Installation der Endstufe und einer "entfernteren" (=nur eine einzige Baugruppe).
    Der Motor wird Störsignale aussenden und Dir Deinen Controller stören. Dass er die Endstufe beeinflusst, davon gehe ich mal nicht davon aus. Die gemessenen Signale (Spannung/Strombegrenzung?) werden wohl eher von der Baugruppe selbst als vom Motor gestört.
    Ich bin auch nicht der große EMV-Profi, aber nach meiner Ansicht richten die langen Zuleitungen mit den gepulsten hohen Strömen im Fahrzeug mehr Unheil an, also wenn Du die Endstufe möglichst nah am Motor hast und deshalb nur "kurze Sendeantennen" die Sprungantwort des jeweiligen Pulses verbreiten können.
    Ausserdem denke ich, dass bei 1kHz PWM eine längere Leitung zu einem Verschleifen der Pulse führen wird. Der Rechteck ist dann nicht mehr so steilflankig. Ob damit die MOSFETs bei jeder steigenden Flanke ein bißchen mehr leiden müssen, oder ob das eher eine Entlastung für sie ist, das muss ich mir noch einmal durch den Kopf gehen lassen. UnskilledWorker wäre hier im Forum der Fachmann für solche Betrachtungen. Ist aber derzeit leider im beruflichen Stress und wird wohl diesen Beitrag nicht lesen können.

    Die Leiterplatten würde ich übrigens im Gehäuse auf Dämpferelemente schrauben. Kennst Du die? Ist wie bei einem Auto das Lager des Motors am Hilfsrahmen. Also eine vulkanisierte Masse. Bei den Dämpferelementen ist zwischen einer Mutter (z.B. M3) und einem M3-Gewinde ein Stücken Dämpfungsgummi drin. Das dämpft zumindest die kleinen höherfrequenten Vibrationen.

    Meine Einschätzung zu Deinen drei Punkten:
    zu 1).Ja, neben Spänen und dem Abrieb der Zahnräder/Ketten wirst Du ganz sicher noch irgendeinen Dreck durch die Radöffnungen oder anderweitigen Ritzen hineinkriegen. Späne aus dem Fertigungsprozess des Chassis kreuchen auch garantiert herum. Da kannst Du absaugen so viel Du willst, die Späne kommen erst dann zum Vorschein, wenn Du mit aktivem Regler fährst. :rolleyes:

    zu 2). Eine aktive Kühlung wäre schon möglich, wobei der Miefquirl dann dem Dreck/Staub/Öl im Fahrzeuginneren ausgesetzt wäre. Ich würde es so machen, dass die Endstufen-MOSFETs mit dem (Metall-) Gehäuse verschraubt werden. Aussen am Gehäuse dann einen Kühlkörper anbringen Von dort den Miefquirl draufleuchten lassen. Nachteil: Durch die Gehäusewand hast Du einen zusätzlichen Wärmewiderstand. Ausserdem wird durch die Verschraubung der MOSFETs mit dem Gehäuse die Dämpfung durch die o.g. Dämpfungselemente stark reduziert.
    Bessere Lösung, aber leider aufwändig zu schneidern: Das Metallgehäuse "passgerecht" anfertigen. Dabei wird von dem üblichen Karton-Design eines Gehäuses die Wandfläche herausgenommen, wo der Kühlkörper hin soll. Ich schiele jetzt mal auf Deine Fotos von deinen Fahrtreglern. Da würde der Kühlkörper dann praktisch die eine Aussenwand des Gehäuses bedeuten. Die kleine Ritzen am Kühlkörper zu den anderen Gehäusewänden mit Silikon abdichten, müßte dann soweit Span-/Dreckdicht sein.
    Auch hier wäre dann eine aktive Kühlung möglich.

    zu 3) Eine gewisse Beeinflussung der Sensorleitungen wird nicht auszuschließen sein. Wenn Du auf der Endstufen-Baugruppe schon einen kleinen "Treiber" (=OpAmp?) integrieren könntest, wäre das sicher hilfreich. Nachdem Du in der Softwareprogrammierung offensichtlich fit bist, ein Tipp von einem langjährigen Messtechniker: nie einen gemessenen Wert für bare Münze nehmen, sondern mehrere Werte integrieren. Abhängig von dem gewählten PWM-Frequenz irgend eine Abtastrate, die dann die Störungen etwas kompensiert.
    Beispiel wäre in der konventionellen Messtechnik, dass man ein Signal über 20ms lang integrierend misst. Damit wäre ein Netzbrumm mit 50Hz weitgehend mit sich selbst "geglätted".
    Wenn Du eine PWM mit 1kHz (Pulszeit wäre also maximal 1ms) benutzt, dann würde ich (mal so aus der Hüfte geschossen) 8 Messwerte im Abstand von ca. 400us über einen Ringpuffer integrieren. Ergäbe eine Integrationszeit von 3.2ms, also drei Pulse inklusiv den Totzeiten. Was meinst Du, könnte doch eine weitgehende Berücksichtigung der empfangenen Störungen bedeuten? Wichtig ist, dass eine zeitliche Verschiebung der gemessenen Signale berücksichtig wird. Hilft ja nicht, wenn Du zyklisch alle 1ms den gleichen Störimpuls misst und dann den Mittelwert daraus bildest. (Darum 400us und nicht z.B. 250us oder 500us)

    zu 4) Nach meiner Einschätzung kriegen die vorhandenen OpAmps ihre Störsignale eher durch die benachbarten oder wegführenden Leitungen, als von dem Motor. (Der Motor hat eine Metallschirmung?)
    Ich denke, ich brauche nicht zu betonen, dass die 5V/15V über eine separate kleine Filterschaltung von externen Spannungsschwankungen "befreit" werden sollten? In der Praxis hilft oft, einen kleinen Widerstand in die Spannungsversorungsleitung zu legen. Dahinter Elkos. Die Spannung kann dann zwar u.U. ein bißchen zusammenbrechen, aber Du hast keine harten Einkopplungen mehr, wenn an einer anderen Stelle im Fahrzeug mal ein "zusätzliches Ampere" entnommen wird.
    ... und natürlich überall wo es geht die kleinen 100nF Blockkondensatoren platzieren... ;)

    Zitat

    Meine Frage: wie siehst Du meine Bedenken und welche Nachteile bestehen für Dich konkret, die gesamte Schaltung (MOSFETs u. µC) eben NICHT auf eine LP oben auf den Bot zu realisieren (außer ext. Beschädigungsgefahren)?


    Tja, vielleicht liege ich daneben. Aber nach meiner Einschätzung handelt man sich mit einer zentralen Platine mehr Störeinflüsse ein, als wenn die "Power-Sachen" direkt dort verbaut werden, wo sie auch benötigt werden.
    Mich persönlich würde stören, dass ich eine großen "Elektronikklumpen" :D habe, wo dann die Störungssuche schwierig ist. Bei einem separaten Endstufenmodul kann man die Controllereinheit abstecken und zur Not mit einer Büroklammer mal ein 5V-Signal auf den heißen Eingang der Endstufe legen, so dass der Motor losrattert. ;)
    Einigen Roboteers habe ich bei der Störungssuche schon verbal geholfen, indem ich den Tipp ausgab, mal die beiden Empfängereingänge und Endstufenausgänge zu vertauschen . Erleichtert dann die Diagnose, "was" jetzt schuld an einem Defekt ist.
    Und: Wenn ein MOSFET mal schlapp macht, dann kann u.U. durch thermische Expansion die ganze Einheit defekt werden. Bei einem getrennten Design ist der Controllerteil weiterhin noch einsatzfähig, man braucht nur die sterblichen Überreste der Endstufe entsorgen. ;)
    Und: Wenn Du feststellst, dass die Endstufe "verstärkt" werden muss, dann kannst Du verschiedene Einheiten aufbauen und testen. Der Controller bleibt gleich und muss nicht jedesmal neu mitberücksichtigt werden.

    Ich will Dich keinesfalls zu der 3LP-Lösung drängen, aber nach meinem Gefühl und den bisherigen Erfahrungen ist das die bessere Lösung. Lasse mich aber gerne anhand von anderen Gegebenheiten überzeugen. ;)

    Danke, IBF, für Deine Mühe.

    Aufgrund Deiner recht ausführlichen Antwort fasse ich das mal stichpunktartig zusammen, sowohl für mich zur besseren Übersicht wie auch für mögliche Mitleser:

    - 3 LP (2x MOSFET 1x Controller) sind erfahrungsgemäß einer großen All-in-One-LP vorzuziehen
    - Trennung auf 3 LP erleichtert Fehlersuche und wirkt sich positiv auf Reparaturkosten aus
    - die 3 LP brauchen ein Gehäuse, möglichst Metall für höhere Betriebssicherheit (EMV)
    - Motor, MOSFETs und deren Zuleitungen sind Sendeantennen und stören ggf. Controller
    - im "Hochstrombereich" auf kurze Wege (Zuleitung) aber auf Abstand zum Controller achten
    - eine "nahe" Installation der MOSFETs / Zuleitungen direkt am Motor wird empfohlen
    - der Controller sollte möglichst nicht nahe Motor / MOSFETs / Zuleitungen sein
    - MOSFETs auf Controller-Baugruppe kann Controller eher stören als Motor selbst
    - Motor sollte Metallgehäuse zur Abschirmung haben
    - Leiterplatten sollten schwingungsgedämpft gelagert werden (Gummipuffer, o.ä.)
    - elektr. leitende Späne im Bot sind wahrscheinlich sowie eindringender Dreck von außen
    - eine aktive Kühlung (Lüfter) sollte bereits beim Design mit berücksichtigt werden
    - eine Verlagerung des KK auf die Gehäuseaußenseite erhöht thermischen Widerstand
    - eine Beeinflussung von Sensorleitungen ist anzunehmen und muß geprüft werden
    - Messwerte SW-technisch integrieren um Störungen weitestgehend zu kompensieren
    - Integrations-Abtastrate möglichst PWM x 0,4 (nicht x 1, x 0,5 oder x 0,25)
    - Analogwerte möglichst über OpAmp an µC leiten, nicht hochohmig auskoppeln
    - (lange) Zuleitungen µC -> MOSFETs können Signale verschleifen u. Schaltverhalten beeinflussen
    - Versorgungsspannungen (5V/15V) mit Filterschaltung sowie 0,1µF-Block-C versehen

    Das ist erstmal eine beachtliche Liste an Vorgaben, welche geprüft / berücksichtigt werden muß. Sollte ich etwas vergessen haben, werde ich dies hier später per edit-Funktion mit anfügen.

    Es spricht also einiges für die 3LP-Lösung, wenngleich ich erwähnen darf, dass ich bei meinem eQuad-Projekt durchaus gute Erfahrungen mit der 1LP-Variante sammeln durfte. Allerdings habe ich stets auf räumlichen Abstand zw. der Hochstromseite und dem Controller geachtet und niemals Hochstromzuleitungen mit Steuerleitungen parallel geführt, sondern - sofern nicht anders möglich - stets zueinander gekreuzt ausgerichtet.

    Zitat

    Original von IBF
    Der Rechteck ist dann nicht mehr so steilflankig. Ob damit die MOSFETs bei jeder steigenden Flanke ein bißchen mehr leiden müssen, oder ob das eher eine Entlastung für sie ist, das muss ich mir noch einmal durch den Kopf gehen lassen.


    Die IR2184-Treiber haben Schmitt-Trigger-Eingänge, die verschlissene Ansteuerflanke sollte keinen neg. Einfluß auf das MOSFET-Schaltverhalten haben. Allerdings ist dabei vorauszusetzen, dass die Schalthysterese und die Leitungsinduktivitäten innerhalb der H-Brücke zueinander nahezu symetrisch sind, damit der Fehler am Ende kompensiert werden kann und eben nicht die Schaltverluste aufgrund einer Unsymetrie ansteigen.

    Zitat

    Original von IBF
    Die Leiterplatten würde ich übrigens im Gehäuse auf Dämpferelemente schrauben. Kennst Du die? Ist wie bei einem Auto das Lager des Motors am Hilfsrahmen. Also eine vulkanisierte Masse. Bei den Dämpferelementen ist zwischen einer Mutter (z.B. M3) und einem M3-Gewinde ein Stücken Dämpfungsgummi drin. Das dämpft zumindest die kleinen höherfrequenten Vibrationen.


    Kenne ich!
    Eine Schwingungsdämpfung habe ich in weiser Voraussicht bereits 2009 in meinem eQuad-Projekt eingesetzt. Habe davon gerade ein Foto gefunden, sichtbar sind rechts und links (an insgesamt 6 Stellen unterhalb der LP) die 8mm Gummidämpfer. Die LP ist mit M3-Schrauben verschraubt, unter Verwendung eines Federrings und einer Sicherungsmutter...:

    • Offizieller Beitrag

    Ich würde gerne dazu etwas beitragen: Wir hatten bereits die eine und die andere Variante, also zentral und dezentral. Ich persönlich empfinde die dezentrale Variante die bessere. Bei kleinen Maschinen wie Raptoren und Feathers macht das aufgrund des Platzes keinen Sinn, bei Heavies und ähnlichem aber schon, denn die Zuleitungen so kurz wie möglich halten, sowohl von Batterie als auch zu den Motoren, sprich die Controller so dicht ran wie möglich.

    Gegen die eingestreute EMV ein HF dichtes Weißbleichgehäuse (billig), gegen rauhe Umgebungsbedingung möglichst HF dichte IP67 Gehäuse z.B. von Bopla (teuer).

    Ein kurzes nervöses Zucken im rechten Fußzeh bekam ich bei dem Vorschlag der diskreten Führung der PWM und so weiter von einer Steuerplatine an die Controller. Das bitte auf keinen Fall machen! Bitte bitte 3 Controller nehmen und per guter Datenübertragung Daten verschicken. Der Aufwand ist natürlich höher, aber zwei kleine uCs und ein dicker mit Bauteilen drum herum kosten fast nichts. Bei einem anderen Projekt hängen zwei dumme 450A Controller fast direkt an den Motoren und sind mit der Haupteinheit über CAN Bus vernetzt. Die Haupteinheit ist dabei mit Absicht maximal weit entfernt...

    Mein Vorschlag lautet daher:
    - Zwei dumme Controller die lokal die PWM erzeugen, den Strom, die Spannung und die Temperatur überwachen...
    - Eine zentrale Einheit die den Controllern die Werte vorgibt, die sie aus den Sensor- und Steuerdaten errechnet...
    - Vernetzt das ganze sehr billig über die UARTS der UCs, aber bitte mit RS485 Transceivern! RS232 Pegel sind nicht geeignet und störanfällig. Einfach die MAX232 gegen ein MAX485 o.ä. tauschen und direkt den UART nutzen. Das ist 10 mal besser und kostet fast nichts. Wie man das Netzt aufbaut ist Geschmackssache. Es empfiehlt sich Halbduplex Master/Slave Prinzip. Wenn man beide UARTs des dicken Controllers nutzt, dann muss noch nicht mal eine Adressierung ins Spiel. Man hat dann halt zwei getrennte Punkt- zu Punktverbindungen...

    Gizmo, ich kann Deine Bedenken absolut nachvollziehen, immerhin hatte ich so ähnlich ggü. IBF auch argumentiert und bei einer 3LP-Variante auch 3 Controller vorgeschlagen. IBF's Argumente haben mich dann aber doch überzeugt und ich habe letzte Woche meine Planung darauf angepaßt: statt EINER großen LP baue ich jetzt die 3LP-Variante auf, wobei TATSÄCHLICH die Ansteuerung der MOSFET-Treiber von der Controller-LP "diskret" zugeführt wird. Natürlich habe ich alle möglichen Störeinflüsse durchgespielt und bin dabei zum (vorläufigen!) Schluß gekommen, dass es störungsfrei zu realisieren ist. Es ist m.E. eine Sache von strikter Trennung, Abschirmung und räumlichen Abstand der Hochstromseite (Motor, FETs, Zuleitungen) zu der Steuerseite (Treiber, Controller, Funkempfänger). Das ist nicht so schwer wie es aussieht. Natürlich ist eine saubere und konsequente Arbeitsweise dafür nötig; schludrig darf das nicht aufgebaut werden.

    Grob betrachtet stelle ich mir das so vor: in meinem Bot gibt es 2 Bereiche, die EMV-mäßig ziemlich verseucht sind, da hier die Motoren sitzen - da muß also die MOSFET-LP mit kurzen Motorzuleitungen hin. Gegenüber - 40cm entfernt - liegt der Bereich des Kettenlaufes mit eher geringer EMV-Belastung. Hier kommt der Controller im Alugehäuse hin.
    Die Verbindung Controller <--> MOSFETs werde ich geschirmt und mit möglichst niederohmiger Busimpedanz ausführen, wobei Bauteile zum Einsatz kommen, die einen überdurchschnittlich hohen Strom auf der Empfängerseite (MOSFETs) einprägen können. Dies sollte die Störempfindlichkeit nochmals günstig beeinflußen.

    Der Vorteil (diskrete Variante) liegt in einem schnelleren Aufbau mit erheblich geringerer Anzahl an Bauteilen. Immerhin benötigt die 3-Controller-Variante eine relativ hohe Anzahl von CMOS-Gattern, direkt auf der (EMV-belasteten) MOSFET-LP, wovon viele Gatter innerhalb der IC's ungenutzt verbleiben. Bei "diskreter" Ansteuerung reduziert sich die Anzahl CMOS-Gatter erheblich, da jetzt die einzelnen Gatter innerhalb des CMOS-IC alle ausgenutzt werden können. Zudem verbleiben diese direkt nah beim Controller, also fern der EMV...

    Es ergibt sich noch ein weiterer Vorteil, zumindest in meinem Bot: dadurch, das ich 3LP einsetze, entfällt auch die Notwendigkeit eine riesige LP oben auf den Bot zu montieren und die Hochstromleitungen durch das "Dach" des Bot zu führen. Da bei 3LP die EMV im vollkommen mit Alublechen gekapselten Bot verbleibt, ergibt sich eine höhere Betriebssicherheit für den Funkempfänger, wenn dieser in einem kleinen Gehäuse mit Antenne außen am Bot montiert wird.

    Einzig die Verbindung Controller <--> MOSFETs muß dergestalt ausgelegt werden, dass Störungen nach den Regeln der Technik weitestgehend ausgeschlossen werden können.

    Sollte wider Erwarten ein störungsfreier Betrieb mit "diskreter" Ansteuerung NICHT realisiert werden können, so scheint mir Gismo's Vorschlag der nächste logische Schritt zu sein, und die MOSFET-LP mit Controller und RS485 auszustatten.

    Schau'n mer mal...

    • Offizieller Beitrag

    Mich würde interessieren, warum die PWM-Signale (bzw. in Summe die vier einzelnen TTL-Signale für die vier Quadranten der jeweiligen MOSFET-Stufe) nicht vom Controller über etwas längere Leitungen zur Endstufe geleitet werden dürfen. (?)
    Wenn am Controller eine Art "Leitungstreiber" (74HCT240/-244) sind, dann ist da gegnügend Power dahinter, den Treiber-IC an der Endstufe zu füttern, ohne dass die Flanken der PWM verschliffen werden.

    Bezüglich Schirmung: Selbstverständlich bin ich davon ausgegangen, dass diese Kabel geschirmt werden. Schirmmasse nur am Controller angeklemmt (damit es keine Brummschleifen gibt). Mit dem üblichen flexiblen geschirmten 4x2-Kabel dürfte da nach meiner Ansicht nichts fehlen.
    Gegenargumente/Befürchtungen?

    • Offizieller Beitrag

    Ich glaube nicht dass es bei sehr großzügigen max. 20kHz zu großem Verschliff des Signals kommt, vor allem wenn man ein gutes geschirmtes Kabel verwendet...

    Mein Bauchweh kommt von den anderen zwei Dingen und zwar erstens bei Kabelbruch ist das PWM Signal weg was ohne extra Logik ein undefinierter Zustand sein könnte. Ein dedizierter Controller kann bei Signalverlust immerhin noch die Notbremse ziehen und sauber herunterfahren. Zweitens das Problem mit der Störeinkopplung auf die PWM Signale. Auch hier kann ein gutes Kabel Wunder bewirken, aber ich habe mittlerweile gelernt das z.B. so etwas wie differentielle Übertragung der korrekte Weg ist wenn man es wirklich richtig machen will. Seitdem verwende ich anstatt RS232 lieber RS485 und pfeife auf den Mehrkosten der Leitung oder verwende CAN und pfeife auf den höheren Entwicklungsaufwand...

    Ich würde es daher so machen dass ich den Weg diskrete Ansteuerung versuche, als Rückfallschritt mir im Platinen und Gehäusedesign aber den UART auf einen RS485 Transceiver lege. Eins von beiden funktioniert auf jeden Fall... :]

    Lars, den Brushless von deinem eQuad, wo hast du den noch mal her?

    • Offizieller Beitrag
    Zitat

    Seitdem verwende ich anstatt RS232 lieber RS485


    Da bin ich vollkommen Deiner Meinung.
    Wenn es möglich ist, verwende ich lieber RS422. Ist wie RS485, aber vierdraht statt zweidraht. Da sind dann die Leitungen für RX und TX getrennt, spart Arbeit beim Programmieren, wenn man nicht so aufpassen muss, ob gerade jemand anders die Leitung belegt. (Z.B. bei den Quittierungs-Telegrammen, die "termingerecht" eintreffen müssen.) Die Treiber-ICs sind die Gleichen wie bei RS485, man braucht halt zwei Stück.

    Zitat

    und zwar erstens bei Kabelbruch ist das PWM Signal weg was ohne extra Logik ein undefinierter Zustand sein könnte.


    Ich hab' hier immer 100kOhm Pull-Down-Widerstände drin. Wenn die Leitung mal bei den Tests versehentlich offen sein sollte (... Vergessen, den Stecker wieder anzustecken...), dann wird die MOSFET-Stufe grundsätzlich geöffnet, statt dass da irgendwas herum-floatet. Und den kleinen Strom für die zusätzlichen 100kOhm bringt eigentlich jeder Portausgang oder Treiber-IC zu Liefern.

    Bei der Lösung mit mehreren µC würde ich den zusätzlichen Programmieraufwand für die "Synchronisierung" etwas scheuen. Du musst also immer einen Timer mitlaufen lassen, der Dir so etwas wie einen Watchdog nachsimmuliert. (... oder bei uns den Failsafe nachbildet...)

    Nur nebenbei als Aha-Effekt eine kleine Geschichte: Ein Praktikant von mir mußte auch mal eine kleine Vorrichtung bauen, wo er mehrere PWMs brauchte. Hat dann auch mehrere µC verwendet, allerdings in der Arbeitsschleife ständig die Periodendauer der PWMs geändert. Und die einzelnen µC über I2C vernetzt. Die Sauerei dabei war, dass der PWM zum Pulsen aufgehört oder "gestockt" hat, wenn gerade ein Telegramm über den I2C eingetroffen ist.
    (Ich hab' die Sache nicht untersucht und entstört, weil wir das Problem anderweitig umshiften konnten, aber irgendwie hat mich das schon geärgert....)

    • Offizieller Beitrag
    Zitat

    Original von Gizmo
    <OFFTOPIC>
    SoftPWM kann man machen, aber dann darf man sich nicht wundern wenn man durch einen INT unterbrochen wird. Ich kenn das weil meine Praktikanten früher auch schon sowas gebracht haben. Typischer Praktikantenanfängerfehler... :]
    </OFFTOPIC>

    //OFFTOPIC
    Meine Praktikanten haben INT-Verbot von mir bekommen. ;) Ich habe echt keine Lust, ständig in deren ihren Programmen irgendwelche Timing-Fehler zu suchen....
    (Kommentar war vor ein paar Jahren: "Die harte Schule bei Reinhard Fink" . :rolleyes: )
    // OOT

    Zitat

    Original von Gizmo
    Mein Bauchweh kommt von den anderen zwei Dingen und zwar erstens bei Kabelbruch ist das PWM Signal weg was ohne extra Logik ein undefinierter Zustand sein könnte.


    Dazu ist keine extra Logik nötig. Es genügt auf der MOSFET-LP ein möglichst niederohmiger Widerstand, welcher OHNE Signal (Kabelbruch, abgezogener Steckverbinder) die Freigabe-Eingänge (/SD) der FET-Treiber in den inaktiven Zustand schaltet. Besser noch: die Treiber sind IMMER inaktiv, bis diese durch vorhandenes PWM-Signal definitiv (via Stromeinprägung) aktiviert werden.

    Zitat

    Original von Gizmo
    Ein dedizierter Controller kann bei Signalverlust immerhin noch die Notbremse ziehen und sauber herunterfahren.


    Ja, klar. Wenn das 1x in 10 Jahren passiert ist das sicher eine gute Sache. Wenn jedoch die RS485-Leitung PERMANENT gestört wird und der Controller mehrmals pro Minute in den Failsafe geht und den Bot runterfährt, ist das noch nicht wirklich hilfreich, da die Ursache für die Störungen SOFORT gefunden und abgestellt werden muß...

    Zusatz: Gizmo, Du hast dies Beispiel als einen Vorteil für den aktiven MOSFET-LP-Controller angeführt, im Vergleich zur diskreten Variante. Nur gibt es dann auch neue Probleme: sollte EINER der beiden MOSFET-µC gestört werden (Störung der RS485) und in den Failsafe gehen, so muß dieser Controller das auch über min. 1 Rückleitung dem Haupt-Controller und/oder dem 2. MOSFET-µC mitteilen, eben damit auch der 2. Motor in den Failsafe geht (sonst macht es ja keinen Sinn!).
    Es ist leicht ersichtlich das dies a) den Programmieraufwand deutlich erhöht, da nunmehr 3 Controller miteinander im Störungsfall synchronisert werden müssen (wobei die Moglichkeit besteht, dass die Sychronisierungsversuche ebenfalls gestört werden) sowie b) die Software auf den 3 Controllern in Echtzeit evaluiert werden muß, was einigermaßen schwer sein dürfte, da sich die Störgrößen im Labor während der Programmerstellung niemals so simulieren lassen, wie diese tatsächlich später unter Voll-Last auftreten.
    Es sind eben diese vielen Herausforderungen/Widrigkeiten bei der Schaltungsentwicklung, welche man als Entwickler absolut in den Griff bekommen muß.

    Allerdings: ein wesentlicher Punkt welcher FÜR eine Multi-Controllerlösung spricht ist die Tatsache, dass diese Leiterplatten nicht ohne Weiteres durch Dritte kopiert werden können, da die relevanten Programminhalte aufgrund aktivierter Sperrmechanismen nicht ausgelesen werden können.

    Zitat

    Original von Gizmo
    Zweitens das Problem mit der Störeinkopplung auf die PWM Signale.


    Viel größere Sorgen würde ich mir über die Störeinkopplung auf den Freigabe-Eingang (/SD) der FET-Treiber machen! Auch dieser wird dann diskret zugeführt. Das Problem dabei: ein durchgesteuerter H-FET innerhalb der Brücke könnte ab- und wieder eingeschaltet werden, sollte es zu einem Störimpuls auf der /SD-Leitung kommen. Leider könnte es dann passieren, dass der Bootstrap-Kondensator nicht mehr genügend Ladung hat, um den H-FET erneut (innerhalb der immer noch aktiven PWM-H-Phase) durchzusteuern: der FET geht in den Linearbetrieb (nur teilweise leitend) und kann bei einem Bruchteil des regulären Nennstromes vollens beschädigt werden. DAS! ist meine größte Sorge...

    Zitat

    Original von Gizmo
    Ich würde es daher so machen dass ich den Weg diskrete Ansteuerung versuche, als Rückfallschritt mir im Platinen und Gehäusedesign aber den UART auf einen RS485 Transceiver lege. Eins von beiden funktioniert auf jeden Fall... :]


    Werde ich optional vorsehen (und hoffentlich nicht brauchen).

    Zitat

    Original von Gizmo
    Lars, den Brushless von deinem eQuad, wo hast du den noch mal her?


    Diesen chinesischen Qualitätsmotor habe ich über einen deutschen Importeur bezogen: 2kW-Motor
    .

    Einmal editiert, zuletzt von Lars (3. Oktober 2012 um 10:22)

    --------> UPDATE!

    In monatelanger Kleinarbeit ist es mir nunmehr gelungen, die für meine "Bot"-Projektarbeit benötigte H-Brücke zu entwerfen / aufzubauen und erfolgreich im Hochstrombereich zu testen. Gemäß dem von mir eröffnetem Thema sehe ich für den Betrieb eines 500W-Bürstenmotors keinerlei Probleme. 3-fache Anlaufströme können dauerhaft verkraftet werden (kurzfristig bis 10-fach!) und auch ein Kurzschluß stellt für die H-Brücke kein Problem dar. Der Betrieb größerer Motoren müßte nach Bedarf und im Einzelfall geprüft werden. Eine Adaptierung der H-Brücken-Ansteuerung (ATMEL-µC) an eine 2Kanal-rc-Funkfernsteuerung stellt kein Problem dar und steht - zunächst zu Testzwecken - unmittelbar bevor (2,4GHz-Pistolensender/Empfänger bereits vorhanden).
    Hierzu werde ich eine weitere H-Brücke aufbauen, um meinen (hier vorgestellten) Bot im Vollausbau in Betrieb nehmen zu können...

    Nach 4-wöchigem Test im Labor, hier die vorläufigen Eckdaten meiner H-Brücke:

    - Nennspannung: 36Vdc (zulässiger Bereich: 18...47Vdc)
    - Nennstrom: 81A (Dauerstrom bei 96% PWM-Modulationsgrad)
    - Zulässiger Anlaufstrom: 170A (max. 16s., abgeregelt bei 15% PWM-Modulationsgrad)
    - Kurzschlußstrom: 380A (max. 4s., abgeregelt bei 10% PWM-Modulationsgrad)
    - H-Brücke kurzschlußfest, vollständige (definierte) PWM-Abregelung nach 4s.
    - während Hochlast-Testphase ohne Ausfall realisierte Spitzen-Strangströme: +519A/-480A
    - aktive HW-Strombegrenzung, einstellbar 80...125A Dauerstrom (= 260A Anlauf- u. > 480A Kurzschlußstrom)
    - potentialfreier Stromsensor im Laststrang, Messung +/-125A linear, bis +/-160A unlinear, Ansprechen 2µs
    - 4kHz-PWM, Schaltverluste vernachlässigbar bzw. unterhalb d. Nachweisgrenze
    - Temperatursensor am MOSFET-KK
    - m. individueller SW Betrieb an thermischer Lastkennlinie möglich, max. Dauerstrom (aktive Kühlung!) = 195A
    - konsequenter Einsatz von Power-MOSFET's mit RSon= 1,8mOhm/25°C bzw. 3,15mOhm/120°C

    Verwendete Messmittel:

    - Tektronix 2211 Speicheroszilloskop
    - Extech EX730-Stromzange (bis 800A)
    - Fluke 87 TRMS-Multimeter
    - Voltcraft K102 2Kanal-Digitalthermometer
    - div. weitere Labor-Multimeter

    Prüfaufbau:

    - Stromquelle: 2x 12/40Ah BleiGel-Akkus in Reihe, 1000A-Kurzschlußstrom für 5s. (lt. Datenblatt)
    - Stromsenke: 8x 24V/250W Halogenlampen parallel, Nennstrom: 10A, Einschaltstrom: 130A PRO LAMPE!
    - Zuleitungen: Schaltlitze, 6mm² sowie unterstützend div. Kroko-Klemmen mit 1,5mm²-Schaltlitze
    - Ansteuerung d. H-Brücke mittels PC/ATMEL-µC und spezieller Prüf-SW
    - derzeit keine aktive Kühlung; thermische Konvektion bis Erreichen KK-Temp. von 60°C (+/-10°C)

    Zusammenfassung:

    Das Wichtigste zuerst: YES, we can - die H-Brücke hält!

    Nichts wurde in den Tagen der m.E. recht harten Tests beschädigt! (abgesehen von der in 2s geschmolzenen Isolierung meiner im Test verwendeten 1,5mm²-Kurzschlußklemme).
    Immerhin konnte ich im Kurzschlußfall repetierende Strang-Spitzenströme von 519A nachweisen, OHNE das ein MOSFET beschädigt wurde. Mein ausladender Prüfaufbau mit den auf einer 50x50x5cm-Betonplatte angeordneten 8 parallel geschalteten Halogenlampen (24V/2000W) hält ein gigantisches Potential an Streuinduktivitäten bereit, welche (im Bereich bis 10µs) zu extremen Ausgleichsströmen führen (gemessen bis zu -480A). Diese (unerwünschten) Ströme können kurzfristig mehr als doppelt so hoch sein, wie der aktive Strangstrom, auf welchem einige µs zuvor bei 170A abgeregelt wurde. Natürlich wird dieser Strom nicht von der Strombegrenzung erfaßt und somit auch nicht bewertet bzw. abgeregelt. Zudem gehen mit diesen Strömen auch unerwünschte Spannungsspitzen einher, welche die Nutzsignale überlagern und berücksichtigt bzw. kompensiert werden müssen. Meine Stromzange visualisierte ständig OL, da der -400A-Messbereich regelmäßig überschritten wurde. Ich bin daher angenehm überrascht, dass es unter diesen Bedingungen nicht zum Ausfall der Brücke kam. Natürlich möchte ich die Brücke nicht vorsätzlich schrotten. Dennoch muß ich mir als Entwickler ein möglichst umfängliches Bild von der techn. Performance machen; wenn es sein muß auch bis an die Grenze der Belastbarkeit, mit dem Risiko, dass es zu einem Defekt kommt. Ein wenig mehr an Induktivität als in der Endanwendung vorhanden kann also nicht schaden. Wenn dann die Leistungselektronik das auch noch aushält, umso besser!

    Zum Vergleich: Ich habe die BLDC-Steuerung für ein manntragenes Elektro-Quad entwickelt (eQuad2009) und war seinerzeit konstaniert, als ich mit selbiger Extech-Stromzange Anfahrströme von 220A gemessen hatte. 220A? Das konnte doch nicht gutgehen, dachte ich.
    Nun messe ich (gleiche Messmittel/Messweise, Messfehler weitestgehend ausgeschlossen) bis zu 519A und die Brücke steckt das relativ locker weg. Kriterium Testabbruch: Temp. am MOSFET-KK > 60°C; da sind mit aktiver Kühlung sogar noch Reserven drin...
    Natürlich sieht jeder Lastfall anders aus und ich würde sogar soweit gehen zu sagen, dass zur Erzielung einer hohen Performance / maximalem Wirkungsgrad die H-Brücke mit den strombegrenzenden Parametern individuell auf die in der Endanwendung vorhandene Last (Motor) angepasst und ggf. eingemessen werden muß, um eben das Maximale aus dem Gesamtkonstrukt herauszuholen.

    Lastfall Halogenlampen:

    Technische Grunderkenntnis: Es gibt im Hochstrombereich keine rein ohmsche Testbedingung, alles ist ohmsch-induktiv!
    Da mir im 2kW-Bereich keine geeignete Stromsenke zur Verfügung steht, habe ich mich entschlossen, insgesamt 8 Halogenlampen je 24V/250W einzusetzen. Damit wollte ich 80A Dauer-Nennstrom einprägen, um die thermische Verlustsituation der H-Brücke zu verifizieren. Dabei hatte ich leider übersehen, dass JEDE Lampe beim (Kalt-) Einschalten etwa 120...160A Einschaltstrom zieht...! Das hat mich derart irritiert, dass ich den Halogenlampen-Innenwiderstand in einer Widerstandsbrücke ausgelitert habe: 0,150 Ohm. Das entspricht einem Einschaltstromstoß von > 1100A, wenn alle 8 Halo's als Last gleichzeitig bestromt werden - UNMÖGLICH!
    Meine H-Brücke ging zu Beginn meiner Testreihe bereits beim Einschalten einer EINZIGEN Halogenlampe sofort in die Strombegrenzung! Es war unmöglich, sofern die erste Lampe (mit 10A Nennstrom) brannte, eine zweite dazu zu schalten. Das konnte so nicht bleiben und so habe ich die Strombegrenzung des ACS709 (innerhalb der Herstellerspezifikation) HW-mäßig derart träge gemacht, dass es mir zum Schluß der Testreihe gelang, alle acht Halogenlampen nacheinander einzuschalten! Immerhin stellt das Einschalten einer kalten Halogenlampe für die H-Brücke für etwa 1...2s quasi einen Kurzschluß dar, den es zu überwinden gilt, OHNE das dabei die MOSFET's in Rauch aufgehen...
    Übrigens wurde der 960Wh-BleiGel-Akku - welcher mühsam in 4 Std. mit einem 8A-Ladegerät aufgeladen wurden - in nur 6 (!) Min. mit einem 80A-Nennstrom bis an die Entladeschlußspannung entladen! Dabei erwärmte sich der MOSFET-KK und die anderen maßgeblichen Komponenten der H-Brücke lediglich auf < 50°C; m.E. ein weiteres Beispiel für vorhandene Reserven.

    Zusatz in eigener Sache: Sollte sich ein Roboteer (vorzugsweise Großraum Berlin) in der Lage sehen, mir einen Motor mit entsprechender mech. Last zur Verfügung zu stellen, so bin ich gerne bereit, die H-Brücke daran zu testen/abzustimmen (Kontaktaufnahme bitte per PN).

    --> Abschließend die Fotostrecke zum Aufbau / Test der von mir entwickelten H-Vollbrücke (Stand 31.12.2012):

    Bild1 - MOSFET-LP Prinzipaufbau, Bauteileplatzierung (grüne LP ist der ACS709-Stromsensor):

    Bild2 - LP-Aufbau: Verspannung mit Parallelzwingen zur Vermeidung einer Verformung/Wölbung durch Lötvorgang:

    Bild3 - Erste Inbetriebnahme mit spontanen 180A Anlaufstrom "aus dem Stand heraus":
    (die verwendeten Kroko-Klemmen sehen zwar schwach aus, wurden von mir aber mittels
    1,5mm²-Schaltlitze sach- u. fachgerecht verlötet und sind gut für 10...15A Dauerbelastung)

    Bild4 - Kurzschluß-Test, Stromzange zeigt beachtliche 519A im 800A-Messbereich:
    (der Kurzschluß wurde hinter der Stromzange mittels Kroko-Klemme am Si-Block direkt an der 6mm²-Litze aufgelegt.
    Dabei mußte die grüne Kunststoffisolierung zurückgeschoben werden, da diese sonst SOFORT geschmolzen wäre!)

    Bild5 - Prüfaufbau, Oszi zeigt 50% PWM als U_sense (= Strangstrom) vom ACS-Stromsensor:

    Bild6 - 7 Halogenlampen mit 68A Dauerstrom bei U_Batt= 20,8Vdc u. handwarmen (< 50°C) MOSFET-KK:
    (gut erkennbar der von mir konstruierte "Bypass" sowie die zusätzliche Kühlungsmaßnahme für den Stromsensor.
    Ohne diese zusätzlichen Maßnahmen wären Ströme > 50A für den Sensor nicht dauerhaft verkraftbar!)

    Habe noch ein paar kleinere Videos erstellt, wo u.a. beim Hochstrom-Dauertest die massive 6mm²-Schraubklemme am Akkupol plötzlich zu Qualmen anfängt...! Mir ist es natürlich allemal lieber, dass die verbleiten Akkupole schmelzen, als die schönen MOSFET's... ;)
    .

    Einmal editiert, zuletzt von Lars (2. Januar 2013 um 22:02)