Brauche Hilfe zu Motoransteuerung

[Sefiroth]

Hi.

Ich möchte einen 12V Gleichstrom KfZ-Lüftermotor mittels PWM ansteuern. Die Steuerung ist ganz billig: Ein FET in Reihe zum Motor wird über PWM angetrieben. Also keine Bremsung, kein Rückwärtsbetrieb...

Versucht habe ich das heute mit einem BUK 7514-55A logic level FET, der mittels 5V GS-Spannung voll durchgeschaltet werden kann und in der Lage ist, 55A Dauerstrom zu führen. Den Lüfter hatte ich so auf 20 bis 30A eingeschätzt. Da der FET (so wie ich das verstanden habe) auch noch die Freilaufdiode mit eingebaut hat - fand ich den perfekt.

Nun, ich habe es geschafft den FET hochwissenschaftlich die Eigenschaften eines Stück Drahtes zu verleihen (Sprich: Ich hab die Drain-Source Strecke durchgeknallt) :-b

Wieso ist mir dann auch eingefallen: Der Lüftermotor stellt ja im Einschaltmoment eine Art Kurzschluss dar, welcher den FET wohl gegrillt hat. Wenigstens stieg kein Rauch auf...

Ich habe dann eine Stromzange bekommen, mit der ich mal die Ströme messen konnte:
Einschaltstrom: 90A
Dauerstrom: 22A
( Betriebsspannung 12V-13V über Autobatterie)

Ich überlege jetzt, wie ich das hinkriege...

a) Dickeren FET nehmen? Fragt sich nur welchen. Logic level und integrierte Freilaufdiode wäre schon gut. Würde dann eine Variante mit 100A Dauerschaltvermögen ausreichen. Ich weiß ja nicht wie genau die Stromzange misst. Evtl sind es auch über 100A und die Zange hat das nur nicht mitbekommen. So ne Autobatterie kann ja mal gut 300A liefern.

b) Vielleicht einen 1 Ohm 100W Leistungswiderstand mit in Reihe zum Motor (Strombegrenzung) und dann nachdem der Einschaltstrom auf Nennstrom runter ist mit nem anderen FET überbrücken. Könnte man ja z.B. mit nem NE555-Timer oder RC-Kombi zeitlich einstellen.

Hat jemand schon Erfahrungen mit Motoren in der Größenordnung? Es würde mir sehr helfen, wenn ich einen Rat von Euch bekomme. Nicht das ich noch mehr Bauteile 'entwerte'.

Ach ja: Ich bastel übrigens nicht an meinem Auto rum. Das ist eine Kühlanlage für einen Prüfstand, wo der Wasserkreislauf durch den Passivkühler nicht mehr ausreichend gekühlt wird und daher ein KfZ-Lüfter rangeschraubt wurde (der war über *g*).

Gruß & Danke für Eure Hilfe, Sefi

[Ratber]

Nabend.


Da wir nicht sicher wissen ob der Motor ne Freilaufdiode hat würde ich ihm eine verpassen.
Ein 5A Typ mit 400V sollte reichen.

Was den Strom betrifft so vermute ich mal das du den Lüfter gleich volle Pulle durchgeschaltet hast.
Das ist dann natürlich zuviel für die Transe.
Abhilfe wäre auf verschiedene Art zu bekommen.
Die PWM langsam hochfahren um hohe Ströme über längere Zeit zu vermeiden.
Allerdings ist das keine Lösung wenn da wirklich 90A fließen da die Verbindungen am Chip das nicht mitmachen.
Alternativ einen kräftigeren Fet nehmen oder 2-3 parallel schalten.

[Sefiroth]

Sicher dass da eine 5A Diode ausreicht? Die Freilaufdiode ist doch dazu da, dass der FET vor der Selbstinduktionsspannung des Motors geschützt wird, wenn dessen Magentfeld sich abbaut. Dabei entstehen doch ordentlich hohe Spannungen und dann nicht auch kurzzeitig sehr hohe Ströme?

Was für Dioden nimmt man da? Wäre nett wenn mir jemand ein Beispiel nennen könnte. Am besten auch eine, die ich auch bei Conrad oder Reichelt bekomme.

Habe eben herausgefunden, dass die Diode, die im Datenblatt des FETs eingezeichnet ist auch gar keine Freilaufdiode ist - so wie ich es zuerst angeommen hatte. Sie ist ja antiparallel zum FET geschaltet und nicht zum Motor... Ich frage mich, welchen Zweck das Teil hat.

Ich habe auch davon gehört, dass man zur Strombegrenzung Kaltleiter-Widerstände einsetzen kann. Aber ich kann mir nicht so recht vorstellen wie das gehen soll.

[Ratber]

Sicher dass da eine 5A Diode ausreicht?
Ich hab mich erstmal an den 22A Dauerstrom orientiert und wie üblich geviertelt.
Die Induktion liegt ja nicht permanennt mit gleicher Leistung an.
Kannst natürlich auch eine nehmen die wesentlich mehr verträgt aber mit zunehmender Belastbarkeit werden die Teile aber meist träger und dann wirken se nicht mehr so gut.
Es gibt schnelle Dioden mit hoher Stromlast aber die sind dann manchmal auch etwas teurer.



Was für Dioden nimmt man da? Wäre nett wenn mir jemand ein Beispiel nennen könnte. Am besten auch eine, die ich auch bei Conrad oder Reichelt bekomme.

Sorry,so aus der Hüfte gezogen müßte ich selber mal nachsehen.




Habe eben herausgefunden, dass die Diode, die im Datenblatt des FETs eingezeichnet ist auch gar keine Freilaufdiode ist - so wie ich es zuerst angeommen hatte. Sie ist ja antiparallel zum FET geschaltet und nicht zum Motor... Ich frage mich, welchen Zweck das Teil hat.

Das ist Bauartbedingt.




Ich habe auch davon gehört, dass man zur Strombegrenzung Kaltleiter-Widerstände einsetzen kann. Aber ich kann mir nicht so recht vorstellen wie das gehen soll.

Also Kaltleiter kenn ich nur als Schutz damit der motor nicht abfackelt.
zb. bei alten US-Straßenkreuzern findet man das an der Elektrischen Sitzverstellung.
Da die verwendeten Motoren nicht für dauerbetrieb ausgelegt sind schützt man se so vor Speilkindern oder Leuten die ewig an der Sitzverstellung fummeln bis se dann endlich sitzen.

Bei nem Fet hilft der nicht weil viel zu langsam.

Ein Heißleiter wäre da besser aber ob das bei 22-90A noch irgendwo Sinn macht weiß ich nicht.

[Manf]

Es gibt hier einen Thread über Fets beim Schalten höherer Ströme. Es ging im wesentlichen darum dass der Fet schnell genug vom Sperren in den leitenden Zustand übergehen muss.
Ein gescheiter Treiber für die Umladung der Gate Kapazität in ms (besser schneller, entsprechend Datenblatt) ist entscheidend für das Überleben.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=11584

Sonstige Anmerkungen
Die Diode die im Fet drin ist, ist auch zum Schutz, aber sie ist keine Freilaufdiode. Die Freilaufdiode ist parallel zum Verbraucher und läßt den Strom weiterfließen. Die Schutzdiode im Fet kann das nicht, der Fet soll ja sperren. Sie begrenzt die induzierte Spannung auf einen Wert der für den Fet ungefährlich ist und nimmt dabei dem Laststrom auf. Sie ist also für Überlast gefährdet, und auch noch im selben Halbleiter.
Eine Freilaufdiode sollte also eingebaut werden, mit Daten Versorgungsspannung und je nach Schaltung auch weniger als Nennstrom(wie genannt).

Bei Transformatoren die beim Einschalten in der ersten Halbwelle extrem hohe Magnetisierungsströme aufnehmen können verwendet man Einschaltheißleiter die sich durch den Stromfluß in ein paar (100) ms erwärmen und dann thermisch isoliert mit wenigen Volt Spannungsabfall bei Netzspannung nicht mehr stören. (Bei 12V kenne ich solche Elemente nicht.)
Manfred

[Sefiroth]

Würde z.B. die BYV29-500 gehen? Die kann eine Spannung von 500V ab und schafft einen 9A Strom.

Ich hätte auch noch eine Frage zum FET. Irgendwie befürchte ich, dass ich da was falsch verstanden habe. Es ist ja ein logic level FET, d.h. für mich er sollte ab ca 4V komplett durchschalten. Aber im Datenblatt auf Seite 4 sieht es bei den Output Characteristics so aus, als würden bei einer GateSource-Spg von 5V nicht mehr als 20A fließen. Steuert der FET also doch nicht bei normalen TTL Pegeln voll durch?

[Ratber]

Moin:


@Manf
Danke für den Link.


@Sefiroth


Zu BYV29:

Mal eben ins Datenblatt gelinst:
Vorwärts ca. 1V
9A
Mit 60ns sehr schnell.
Also für mich sieht die recht gut aus.

Da ich ja nicht weiß wie der Lüftermotor feuert (Es gibt solche und solche) wenn er PWM-Getrieben wird würde ich die Diode gleich gekühlt verbauen.
Ein passendens Gehäuse hat se ja schon.(ggf.Isolierscheibe nicht vergessen)


Zum Fet:

Wie kommste den darauf das der ein Logiclevel ist ?
Für mich ist das nen ganz normaler Wald und Wiesenfet auch wenn DS-Treshold im Mittel mit 3V angegeben wird.

Mit einer eingangskapazität (Vgs) von bis zu 2.5nF ist aber nen Treiber nötig wenn du da mit PWM arbeitest.
Das schafft der Portpin vom Controller nicht mehr.
Der Fet würde nicht mehr ganz durchschslten.



Was deine Frage zu den 20A betrifft :
Hm,ja wie erklär ich es jetzt einfach ?
Ok auf die Gefahr hin das mich einer schlägt:

Ja so isses.
Um höhere Ströme zu bekommen mußte etwas mehr Spannung am Gate haben.
Ist aber hier kein Problem denn du brauchst eh einen Treiber fürs Gate also kann der auch gleich mit 7-10V kommen.

Alternativ suchste dir nen Schnellen Fet mit Treiber dann haste das Thema vom Tisch.

Ich vermute mal das die PWM-Frequenz eh nicht zu hoch werden wird also sollten die meisten Modelle ausreichend sein.

[Sefiroth]

Schön, dann hab ich wenigstens schonmal ne Freilaufdiode *g*

Das mit dem FET war so, dass ich in nem anderen Forum nach FETs gesucht habe und mir wurde der besagte als völlig TTL kompatibel empfohlen. Dann hab ich mir da nicht mehr so die Gedanken drum gemacht... War zu der Zeit ein wenig gestresst, sonst hätte ich vielleicht auch einen tieferen Blick ins Datenblatt geworfen :^o

Das der Mikrocontroller das nicht schafft raff ich nicht ganz (sorry).

Was sind denn das für FETs mit eingebautem Treiber (Ich wette Du hast die Frage kommen sehen...)? Klingt zumindest sehr gut. Leider werde ich die im Leben nicht finden :cry: Ich bin schon das ganze Sortiment von Conrad durch und habe kaum FETs gefunden, die mehr als 50A schalten können. Und die Suche bei Reichelt hab ich aufgebeben, weil die keine Daten zu den FETs angeben (Müsste ja zu jedem FET das Datenblatt raussuchen um dann festzustellen, dass es ne 5A Variante ist). Google ich wiederrum nach FETs haben weder Conrad noch Reichelt die... Ich werd noch irre ](*,)

[Ratber]

Das der Mikrocontroller das nicht schafft raff ich nicht ganz (sorry).

Is schnell erklärt.

Wie jedes Bauteil so ist auch eiun FET kein Ideales Bauteil.
Ds El.Feld daß das Gate erzeugt muß erstmal geladen werden und da sich das Gate wie eine Kapazität verhält (Denk dir mal kleine Kondensatoren zwischen Gate und Drain bzs. Source) kann man schön ausrechnen welche Ladung gebraucht wird.
Je schneller wir das Gate Laden desto schneller schaltet der Fet durch und desto kürzer ist der Übergang und damit die Verlustleistung.
Also ein kurzer aber kräftiger Strom fließt zum Gate und den kann der Portpin vom Controller nicht liefern.
Bein schließen gilt das gleiche.
Die Ladung der Gate-Kapazität muß schnell abgeführt werden damit der Fet schnell schließt.

Da wir mit PWM arbeiten findet dieser Vorgang dauernd statt und deswegen muß das Umladen schnell geschehen sonst befindet sich der Fet fast nur noch im Bereich wo er sinnlos Leistung verbrät.



Was sind denn das für FETs mit eingebautem Treiber (Ich wette Du hast die Frage kommen sehen...)?

zb. IRL3705N
der hat zwar keinen Treiber aber ist schonmal ein echter Logiclevel-Fet.
Am Diagramm kann man schön sehen das er bei 5V Gatespannung schon längst am Limmit ist.

Ein FET mit Eingebautem Treiber wären als beispiele BTS118/409/621/650 usw.




PS:
Nochmal zu der Freilaufdiode
Falls dein Lüftermotorr zu sehr Feuert gibt es da für die Diode noch die BYV32 Serie.
Die sind noch schnheller und sehr robust.
Wie gesagt,für den Fall der Fälle.Ich kenn den Motor ja nicht.

[Sefiroth]

Vielen Dank!

Jetzt hab ich hoffentlich alles zusammen, damit die Ansteuerung "rauchfrei" von statten gehen kann *g*

Welcher Strom würde dann für eine ausreichend schnelle Umladung der Gate-Source-Strecke genügen? 20mA? 45mA?

20mA würde ein Atmel Mikrocontroller schon von Haus aus schaffen.

45mA würde ich mit nem Bustreiber (z.B. CD4050) schaffen.

[Ratber]

Jetzt muß ich mal grob über den Daumen schätzen:

Max 2.5nF bei...........ja wieviel Khz soll die PWM denn haben ?
Nehme ich einfach 5Khz.

Nein da kommste mir dem 4050 nicht hin.

Schon bei 2 Khz haste Spitzenströme am Gate von 1A und mehr.
Da muß schon ein richtiger Treiber hin.