Spannung vervierfachen - Schrittmotorensteuerung

[gamecounter]

Hey!

Ich habe vor meinen Roboter über schrittmotoren zu steuern. Das ganze will ich mittels L297 und L298 wie in der Wiki beschrieben realisieren. Nun zu meinem Problem:

Laut Wiki ist es am besten, um die optimale Leistung aus den Motoren zu holen sie mit einem konstanten Strom zu betreiben. Dadurch kann es sein das eben hohe Spannungen benötigt werden. Da ich nun aber nur ein 7,2V Pack zu verfügung habe, müsste ich die Spannung deutlich erhöhen um damit den L298 zu versorgen.

Macht es Sinn, 2 Spannungsverdoppler (hätte da an folgende Schaltung gedacht: https://www.roboternetz.de/phpBB2/download.php?id=1179) hintereinander zu schalten?
Meine beiden Motoren benötigen jeweils knapp 500mA. Das würde bedeuten, das ich zusammen 1A Strom benötigen würde. Daher müsste der erste Spannungsverdoppler mind. 2A liefern. Rechnet man noch die Verluste ein, kommt man mal grob geschätzt auf 2,5A. (Wobei der Verlust nicht ohne ist).

Nun stellt sich mir die Frage, ob es überhaupt sinn macht, oder ich vielleicht die motoren nur mit 14V betreiben soll.

Motoren: http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=69&products_id=124&osCsid=d8d4c059cab656e303ddf4fd3ac2efe0

Danke für die Antworten
mfg gamecounter

[PICture]

Hallo gamecounter!

Deine Berechnungen sind fehlerhaft. Wenn ein Motor bei 7V 0,5A braucht, dann braucht er bei 14V schon 1A. Bei zwei Motoren brauchst Du dann 2A bei 14V. Wenn Du die Spannung noch mal verdoppelst auf 28V dann brauchst Du schon 4A und solcher Verdoppler geht nicht mehr.

MfG

[sigo]

Ich hatte mal für ein ähnliches Problem (DC-Motor musste schneller beschleunigen) die Spannung erhöht.

Hierzu haben ich den LTC1172 genommen. Einen Aufwärtsschaltregler.
Der hat mir aus 12V 36V gemacht. Damit habe ich einen Elko 1000µF aufgeladen. Wenn der Motor drehte, brauch die Spannung zwar auf ca. 18-20V ein, aber im Momente des Beschleunigens hatte ich eben die 36V. Das hat ziemlich gut gepasst. Der Motor hat aber nur alle paar Sekungen kurz gedreht.

Das gute am Aufwärtsregler ist, dass immer noch die ursprüngliche Betriebsspannung über die Spule fließt, selbst wenn der Regler es nicht ganz packt. (Der Regler war für kleinere Ströme ausgelegt und hat dann eben begrenzt.

In jedem Fall würde ich einen Aufwärtsregler einer Spannungsverdopplerschaltung vorziehen. Es gibt von LTC (und anderen) auch Regler für größere Ströme.

Gruß sigo

[gamecounter]

@picture:

dass hatte ich dann anscheinend falsch verstanden. ich dachte nämlich, die schaltung hält den strom konstant. somit fällt nun die Lösung mir der 4fachen Spannung ins wasser.

@sigo:

danke für den tipp. werd ich mir mal angucken.

mfg gamecounter

[waste]

dass hatte ich dann anscheinend falsch verstanden. ich dachte nämlich, die schaltung hält den strom konstant. somit fällt nun die Lösung mir der 4fachen Spannung ins wasser.

Das hast du schon richtig verstanden, der Chopperbetrieb des L297/L298 hält den Strom durch den Motor konstant. Es ist sogar so, dass der Chopperbetrieb wie ein Schaltregler (Down Converter) funktioniert und dadurch mit höherer Spannung weniger Strom aus der Versorgung nimmt als durch den Motor fließen. In deinem Fall bei vierfacher Nennspannung nur 1/4 des Stromes.

Dein ausgesuchter Motor hat eine Nennspannung von 12V und am L298 fallen zudem noch etwa 2V ab, so dass ohne Erhöhung der Spannung mit dem 7.2V-Pack nur noch ca. 5V am Motor ankommen. Das ist zu wenig. Ich würde einen Aufwärtsregler, wie von sigo vorgeschlagen, nehmen. Die Spannungsverdoppler, wie in deinem Link, sind nur für kleinere Ströme geeignet.

Andere Möglichkeit: Motor mit kleinerer Nennspannung suchen und anstatt dem L298 einen anderen Treiber mit weniger Spannungsabfall, dann kannst auch auf die Spannungserhöhung verzichten.

Gruß Waste

[gamecounter]

Ich hab nun nach diesem LTC 1172 gesucht, aber keinen shop gefunden der ihn im verkauft. Könntet ihr mir vielleicht eine Bezugsquelle nennen oder vielleicht einen ähnlichen Regler der einfacher zu finden ist?

danke
gamecounter

[waste]

sigo meint wahrscheinlich den LT1172. Aber ich nochmal nachgerechnet, wenn du auf 24V/0.5A hochwandelst, dann zieht der Schaltregler ungefähr 2.2A aus den 7.2V. Da reicht der LT1172 nicht mehr aus. Aber es gibt andere Typen die das können, z.B. LT1071, LT1170, LT1171 oder LT1302, gibt es alle bei Reichelt.

Waste

[Manf]

Bei der Stromaufnahme wurde jetzt schon beruecksichtigt, dass der Strom durch den Schrittmotor konstant auf 0,5A pro Wicklung gehalten wird.

Im naechsten Schritt muss man sich noch einmal ansehen, wie gross dafuer das Tastverhaeltnis bei 24 V sein muss (abhaengig von Drehzahl und Last, sicher meistens kleiner als 100%). Das Aufwaerts und Abwaertswandeln kostet natuerlich auch noch Leistung.

Es gab auch schon mal Schrittmotortreiber mit geschalteten Induktivtaeten, die gleich den Strom fuer die Motorspulen geliefert haben, ohne den Weg ueber stabilisierte 24V, eine fertige Schaltung dafuer habe ich aber im Moment nicht da.
Manfred

[sigo]

@ Waste ja den meinte ich, und es gibt ja auch andere.

Da der Motorstrom durch den Schittmotor ja wie Manfed schreibt, auf 0,5A konstant gehalten wird, ist ja der Leistungsbedarf nur am Anfang des Schittes hoch, (großes U @0,5A) danach sinkt der Bedarf ja sofort.
Ich denke, dass der LT1172 da schon passt..

Ich hatte damit einen dicken 2A-12V-DC-Motor-Getriebemotor über einen TLE4203 (4A Vollbrückentreiber) bei 34 oder 36V ? angeschlossen.
Der Motor hat im Anlauf alles aus dem Elko gezogen, was er kriegen konnte, auch mehr als der LT1172 liefern konnte. Als er erstmal lief, hat er nur ca. 1A gebraucht. Das Zeil eines sehr schnellen Umsteuerns konnte so gut erreicht werden.

Das wird so passen.

sigo

Gruß sigo

[waste]

Ich habe mir nochmal den Motor angesehen, der hat ja 0.5A Nennstrom pro Wicklung und ich bin bei meiner obigen Rechnung von 0.5A pro Motor wie im Eingangsbeitrag ausgegangen. Damit verdoppelt sich der Strom, wenn man vom Normalmode (Vollschritt) des L297/L298 ausgeht.

Hier nochmal eine Überschlagsrechnung:
Ein Motor benötigt 1A bei 12V.
Bei 2 Motoren sind das 2A bzw. 24W.
Umgerechnet auf 7.2V bei idealer Wandlung ergibt das 3.3A. Mit Verlusten bei der Aufwärts- und Abwärtswandlung ergibt das etwa 4.4A oder sogar noch mehr.
Bei dem Strom sind nicht mehr alle von mir aufgelisteten Schaltregler geeignet. Geeignet sind: LT1070 oder LT1170
Hoffentlich habe ich jetzt nicht noch was übersehen.

@gamecounter, ich würde an deiner Stelle auf das Aufwärtswandeln verzichten und den Motor direkt mit einem 12V-Pack versorgen, also ohne Chopperbetrieb. Damit sparst du dir die Verluste beim Aufwärtswandeln. Ein Schaltregler ist zudem nicht so einfach zu bauen. Der Chopperbetrieb bringt sowieso nur Vorteile bei hohen Drehzahlen, bei niedriger Drehzahl hat der Motor mit oder ohne Chopper das gleiche Drehmoment. Anstatt dem L298 könnte ein L6202 eingesetzt werden, der hat weniger Verluste.

@sigo
Beim Schrittmotor mit Stromregelung fließt immer der gleiche Strom, egal welche Drehzahl. Nur bei sehr hoher Drehzahl geht die Stromaufnahme wegen der Induktivität zurück. Das Verhalten ist ganz anders wie beim normalen DC-Motor.
Der LT1172 ist nur bis 1.25A spezifiziert. Er mag zwar noch bei 2A funktionieren, aber eine saubere Entwicklung ist das nicht.

Waste

[gamecounter]

hey

vorerst möchte ich euch allen einmal sehr danken, da ihr mir schon sehr weitergeholfen habt. ich hab im mom etwas wenig zeit, werd mir das ganze aber am wochenende genauer angucken.

Eigentlich wollte ich bei der L298 schaltung bleiben, da ich 2 von ihnen schon letztes mal mitbestellt hab, und die nicht grad "billigen" IC's einfach rumliegen lassen wollte. Nachdem ich mir nun aber die Aufwärtsregler angeschaut habe, fällt der preis von den beiden L298 dagegen eh kaum auf.

Wie gesagt genauer werd ich mir das am we anschauen.

@waste: vielen dank für deine rechnung (nur ein kleiner fehler is drinnen):
der motor braucht bei 12Volt nur 0,5A. dh 6W daher 2Motoren 12W. dh. der Strom würde sich nicht auf 4,4A belaufen sondern auf 2,2A (nach deiner rechnung) was immerhin die hälfte ist. Den LT1070 habe ich schon etwas ins auge gefasst. Jedoch tu ich mir mit dem db etwas schwer. ich habe dort nur eine schaltung gefunden die die spannung erhöht. und dies auf 100V bei 300mA.

Nun steht allerdings nichts genaueres darin, wie die Schaltung funktioniert (bzw hab ich nix gefunden).

http://gamecounter.ga.funpic.de/L1070.jpg

geh ich recht in der annahme, das der regler Vsw solange regelt bis sich an FB eine konstante spannung von ca. 1,3V einstellt???
wenn das stimmt müsste ich eigentlich nur den spannungsteiler anpassen. da ich am ausgang ne Leistung von ca. 30W abgreifen kann,müsste ich dann z.B.: bei 25V ca. 1,2A abgreifen können, was eigentlich für meine motoren reichen müsste.

bin ich da am richtigen weg?

danke nochmals für die tollen antworten!!! vielleicht könntet ihr mir aber auch hier ein wenig auf die sprünge helfen!!

thx
gamecounter

PS: auszug aus folgendem DB: http://www.reichelt.de/inhalt.html?SID=18pwwtf6wQARMAAD%408boI8baa9af9411 5f0719c716b3ec10f07a2;ACTION=7;LASTACTION=6;SORT=a rtikel.artnr;GRUPPE=A216;WG=0;SUCHE=LT1071;ARTIKEL =LT%201071%20CT;START=0;END=16;STATIC=0;FC=669;PRO VID=0;TITEL=0;DATASHEETSEARCH=LT%201071%20CT;FOLDE R=A200;FILE=LT1070_LT1071%2523LT.pdf;DOWNLOADTYP=1 ;DATASHEETAUTO=;OPEN=1

[waste]

Wenn ich mich nicht vollkommen irre, dann bezieht sich der Nennstrom eines SM auf eine Phase (Wicklung). Im Normalbetrieb "two phase on" des L297 sind immer beide Phasen in Betrieb, das ergibt deshalb den doppelten Strom. Oder willst du den SM im WAVE DRIVE MODE (one-phase-on) betreiben, da fließt nur immer in einer Wicklung der Strom, dafür ist aber auch das Drehmoment geringer. Ein Zwischenschritt wäre dann noch die dritte Betriebsart, der Halbschrittmodus.

Im Anhang ist noch die Schaltung für einen Aufwärtswandler von 7.2V auf 24V mit dem LT1170. Für den LT1070 gilt die gleiche Schaltung, nur muss da die Speicherdrossel L1 einen Wert von 100µH haben. Der Vorteil der Schaltung mit dem LT1170 ist die geringe Baugröße der Drossel L1.
Am Pin FB wird auf 1.24V geregelt. Mit dem Spannungsteiler R1/R2 kann man so die Ausgangsspannung einstellen.
Für die Diode D1 kann jede Schottkydiode eingesetzt werden, die folgende Werte kann:
Spitzenstrom > 5A
Dauerstrom > 2A
Sperrspannung > 24V
Das eigentliche Problem ist aber eine geeignete Speicherdrossel zu finden. Die muss die Energie speichern können und darf bei 4.5A noch nicht in die Sättigung gehen.

Waste