3V Motoren mit 12V PWM ansteuern?

[BlackBox]

Ich habe hier von Pollin ein paar kleine, aber verdammt leistungsstarke 3V Motoren (Rennauto). Die würde ich gern für Flugmodelle verwenden. Allerdings ziehen die Dinger unter Volllast gleich über 6A (Strombegrenzung vom Netzteil schlägt da zu).

Kommt für die Drehzahlregelung nur ein Power-Fet mit RDSon im mOhm-Bereich in Betracht. Das läuft aber nicht mit 3V.

Was würde jetzt dagegen sprechen den Motor mit 12V und max. Duty Cycle = PWM-Periode/16 zu betreiben? Sollte doch eigentlich problemlos funktionieren oder?

BlackBox

[Manf]

Ich nehme an die höhere Spannung ist für die Gate Ansteuerung. Dafür reichen oft schon 5-8V. Sonst muß man halt noch darauf achten, daß die Periode kurz genug ist damit der Strom nicht zu stark ansteigt und die Schaltflanken auch mit Gatebelastung und (inkusive Drain Gate Kapazität = Miller Effekt) den Transistor schnell genug schalten.
Alles kein Problem. Mit 12V und duty cycle 1/16 sind wir dann bei einem Mittelwert von 0,75 Volt.
Manfred

[BlackBox]

Ja, die 12V sind wegen der Gate Ansteuerung. Je höher die Spannung, um so schneller schaltet der Fet durch und desto geringer ist der Einschaltwiderstand. Das gilt auch für die Logig-Level Fets.

Bei der 4-fachen Spannung fliest doch aber auch der 4 fache Strom (gut, ist wegen Spule nicht gilt eigentlich nur für Ohmsche Lasten). Die abgegebene Leistung soll gleich der Leistung bei 3V sein. Also 4*4=1/16 oder wo liegt da mein Denkfehler?

BlackBox

[Manf]

Die Spannung sollte so schnell geschaltet werden, daß sich der Strom dabei nicht wesentlich ändert. Man kann dann annehmen, daß der zeitliche Mittelwert der Spannung anliegt.
Manfred

[BlackBox]

Stimmt, der Motorstrom bleibt ja relativ konstant.
Ich bin mir aber nicht sicher, ob dann 1/4 richtig ist. Der Strom steigt ja wesentlich steiler an als bei 3V.?
Das lässt sich aber ohne große Theorie dann austesten.

BlackBox

[Manf]

Der Trick an der Sache ist schon, daß die Umschaltung schnell genug geht, sonst funktioniert es nicht. Der Strom steigt damit eben nicht wesentlich an.
Nimmt der Motor erst mal einen Arbeitspunkt ein, den er bei 12V Betriebsspannung erreichen würde, und folgen dann entsprechend lange Pausen, dann sieht die Berechnung anders aus, (der Motor aber auch).
Manfred

[BlackBox]

Der Strom ist aber trotzdem bei 1/4 Duty Cycle denke ich wesentlich höher als bei 3V und Duty-Cycle=100%.
Wenn ich so weit bin, dann teste ich einfach mal bei welchem Wert die Drehzahl mit der bei 3V übereinstimmt. Mal sehen was dabei raus kommt.

BlackBox

[Edit] Sinnvoll wäre eine Strombegrenzung, die den maximalen Duty-Cycle vorgibt.

[stupsi]

[Edit] Sinnvoll wäre eine Strombegrenzung, die den maximalen Duty-Cycle vorgibt.[/quote]

Wenn du die Möglichkeit hast, einen PWM-Puls vorzeitig abzuschalten, (z. B. mit einem ttl-Gatter) kannst du die Spannung an einem Strommessshunt zu einem Komparator führen, der dann den Puls direkt abschaltet.
Wenn du keinen Strommessshunt nehmen kannst, könntest du mal
die Strommessung über den MOSFET_Bahnwiderstand ausprobieren,
ähnlich wie im Thread Strommessung.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1638&highlight=

Der IRF1404 ist der Arbeitstransistor. Die richtige Schaltung dazu würde ich zusteuern.

Gruß Stupsi

Ich habe es so verstanden, daß einfach spätestens nach 1/4 Periode abgeschaltet werden soll, (oder dem entsprechenden Wert, falls der Mittelwert 3V doch zu hoch oder zu tief ist).
Manfred

[BlackBox]

Hallo Stupsi,

für den Regler habe ich einen PIC12F675 (kleiner 8-Pinner) geplant. Der hat einen internen Comparator, den ich zur Strommessung verwenden würde. Da dieser PIC kein PWM-Modul hat wird die PWM per Software (Timer-Interupt) generiert. Spricht der Comparator an, dann schalte ich die PWM für den Rest des Duty-Cycles aus.

Bei der Softwarevariante würde die Messung über den Rdson problemlos funktionieren.
Der Comparatorinterupt wird während der "inaktiven" Phase der PWM abgeschaltet. Aber Achtung: in dieser Phase liegt aber am Strommess-Eingang die volle Betriebsspannung des Motors an, da der FET hochohnmig ist.

Bei einer Hardware-PWM muss man etwas mehr Aufwand betreiben, da man den Comparatorausgang in den Abschaltphasen nicht auswerten darf. Ich kenne keinen Controller der so etwas ohne externe Beschaltung realisieren könnte.

Das mit der Abschaltung bei zu hohen Strömen funktioniert so wie von dir angesprochen übrigens nicht.
Je nach Dimmensionierung des RC-Gliedes mit dem der Strom ausgekoppelt wird fängt das System mit relativ hoher Frequenz an zu schwingen (Fet an, Fet aus). Durch das ständige Schalten bei großem Strom brennt der FET ruck zuck durch. Ich habe vor ca. einem Monat 10 IRF1405 bei Versuchen nach diesem Ansatz verheizt. Funktionieren tut wirklich nur das Sperren des Ausganges und Freigabe bei Start der nächsten PWM-Periode. Das könnte man über ein Flip-Flopp realisieren. Eine Verzögerung der Wiederfreigabe der PWM um eine PWM-Periode würde evtl. auch funktionieren ist aber nicht so sauber.

BlackBox

[stupsi]

Für diese Art der Strombegrenzung sollte das RC-Glied auch sehr klein gegenüber der PWM-Periode sein. Ich dachte dabei an eine Analogie zum PWM-Current-Mode-Controller UC3842, der hat auch so einen schnellen Komparator.
Sorry übrigens, falls ich dir einen Floh ins Ohr gesetzt habe mit der Kurzschlußstrombegrenzung, es waren meine ersten Versuche mit Switchercad. Dort habe ich das System ausprobiert. Ich werd mir das Thema noch einmal genauer anschauen.
Bei Gelegenheit werde ich mich auch für die 10 "verstorbenen" FETs revangieren.

gruß Stupsi

[BlackBox]

Hallo Stupsi,

das mit dem RC-Glied ist richtig. Daraus folgt aber, dass die resultierende Frequenz, mit der die Strombegrenzung dann schwingt auch wesentlich höher ist wie die PWM-Frequenz. Ich habe mir mal das Datenblatt des UC3842 angesehen. So wie das aussieht scheint der wirklich genau so zu arbeiten.? Meiner Meinung nach kann das aber nur (mit minnimaleer Verlustleistung) funktionieren wenn die Anstiegszeit deStromes über dem RC-Glied im Bereich der PWM-Periode liegt oder nach dem Unterschreiten des eingestellten Maximalstromes eine Verzögerung eingebaut ist.

Du hast mir den Floh eigentlich nicht ins Ohr gesetzt. Für die "verstorbenen" Fets kannst Du daher auch nichts. Fakt ist aber, dass ich jede Menge dabei gelernt habe. Leider findet man im Internet zu dem Thema Motorsteuerung in höheren Leistungsklassen fast keine Informationen.

BlackBox