Drehzahlregelung für 75A Motor (12V)

[Powell]

Hallo zusammen,

ich habe hier einen 1kW Perm Motor 12V / 75A vor mir liegen, für den ich eine Drehzahlregelung konstruieren möchte.

Das Konzept steht soweit schon: Da nur für eine Drehrichtung geregelt werden muss, soll die Regelung via parallelgeschalteten N-Mosfets vom Typ IRF1404 realisiert werden, die über eine Gegentaktstufe angesteuert werden.

Ich habe jetzt noch 3 offene Punkte was Dimensionierung und Layout betrifft:

1.: Welche Möglichkeiten gibt es, die Anschlussleitungen (ich schätze sie auf etwa 16mm²) des Motors fachgerecht mit der Leiterplatte zu verbinden? Gibts dafür Printklemmen oder irgendwelche Stecksysteme? Mit solchen Brummern habe ich bisher noch nichts zu tun gehabt :-b

2.: Zum Schutz der FETs vor der Gegeninduktionsspannung wollte ich Schottkydioden vom Typ SB550 verwenden, hatte da die Faustformel im Kopf, dass die Strombelastbarkeit dieser Dioden gleich dem Motornennstrom sein sollte - bei 75A bräuchte ich also 15 Dioden. Hab ich das richtig in Erinnerung? Und gibt es da auch alternativ welche die einen höheren Strom vertragen, ich also weniger davon brauche? :-k

3.: Anzahl der MOSFETs: Ich hatte an 6 stück parallelgeschaltet gedacht, damit sollte ein Dauerstrom von 75A kein Problem sein. entspräche einer Verlustleistung von ca. 0,6W pro FET und das wäre selbst ohne Kühlkörper noch ohne Probleme abzuführen. Kann mir das jemand bestätigen?

Ok so weit, danke für eure Antworten

[avion23]

Hallo Powel,
ich weiß nicht wie es gemacht wird, habe aber ein zwei Ideen.

zu 1: Wie wäre es mit Kupferschienen, die auf der Platine aufgebracht sind? In diese kannst du dann ein Gewinde schneiden und es mit den Anschlussleitungen verbinden. Evtl. lohnt es sich sogar schon, einen Kupfer"einsatz" für die Platine zu fertigen, d.h. die Leiterbahnen aus Kupfer nach zu fräsen und auf diese dann die fets zu löten.
Entlötlitze wird gerne zum Verstärken von Masseverbindungen benutzt.

zu 3: Wie sieht's denn aus mit dem Anlaufstrom? In diesem Fall wirken die Wicklungen als Kurzschluss, ~750A?

[MichaelM]

Hallo,
ich habe für unsere Kehrmaschine mal sowas gebaut (12V 1,5kW). Ich habe damals 10 Stück BUZ100S verwendet, mittlerweile nehme ich IRF3205. Das Ganze sitzt auf einem Kühlkörper 100 * 100 * 25mm, wird bei 250A nach 1h ca. 60°C warm. Die Mosfets sind dort einfach angeschraubt (isoliert) und mit ca. 10cm langen Leitungen (2,5mm²) einzeln an einen 25mm² Kabelschuh angeschlossen. Dieser sitzt auf einem Stück Hartpapier mit M6-Bolzen am Kühlkörper und stellt die Verbindungen nach "draußen" dar. Als Dioden habe ich 2 Schottkydioden 50V / 50A auf einem kleinen Alublech. Getestet habe ich das damals mit einem 6kW Staplermotor. Die Dioden dienen aber nicht dem Schutz der Mosfets sondern als Freilaufdiode für den Motor (wenn der Transistor sperrt fließt der Strom über die Diode weiter). Außerhalb des Reglers ist 25mm² verlegt. Die Pulsfrequenz beträgt übrigens ca. 1,7 kHz.

Gruß,
Michael

[Powell]

Hi,

danke sind ja schon mal ein paar gute Anhaltspunkte, denke da wird sich was finden lassen, via Schraubanschluss und Kabelschuh wird die beste Lösung sein.

Der Erfahrungsberich von dir, Michael, hört sich dann ja ganz gut an. Der 1404 hat ja nur ein viertel vom RDSon des BUZ100S, dann bin ich mit 6 Stück sicher gut bedient.
Wie Siehts mit der Wärmeentwicklung der Schottkys aus?

[MichaelM]

Hallo,
der Rds_on istzwar sehr bedeutsam aber die größten Versluste dürften durch das Schalten entstehen. Das A und O ist eine vernünftige Treiberstufe um die Mosfets schnell zu schalten (meine besteht aus 2 BC327 / BC337). Wenn man sehr schnell schaltet hat man zwar wenig Verluste, dafür aber u. U. ein EMV-Problem. Wenn dein Motor 75A Nennstrom hat (sind aber nur 0,75kW) musst du von einem wesentlich höheren Einschaltstrom ausgehen. Du bist auf der sicheren Seite wenn der Transistornennstrom (bei 100°C) über dem Blockierstrom des Motors liegt. Die Schottkys müssen prinzipiell den gleichen Strom wie die Mosfets aushalten, Je nach Tastverhältnis teilt sich der Motorstrom auf die Mosfets und die Dioden auf. Immer wenn die Transistoren sperren fließt der Strom über die Dioden. Im praktischen Betrieb bei meiner Kehrmaschiene (mit Fahrer 270kg) teilt sich der Strom von ca. 120A im ungünstigsten Fall (kleines Tastverhältnis) zu etwa 25 / 95A auf. An den Dioden fallen dabei etwa 0,22V ab. Dioden sind auch sehr viel robuster als Transistoren (meine zumindest...), selbst bei 270A geht das einige Zeit gut. Wenn man z. B. in der Bordsteinkante anfährt fließen leicht mal 220A. Übrigens sollte man an die Gates der Transistoren noch je einen Widerstand von etwa 20 Ohm schalten, ein weiterer von ca. 1M verhindert auch bei Ausfall der Steuerung ein teilweises Leiten der FETs.

Ach ja, Buz100 sind nur drinnen weil damals bei C***** in Nürnberg was besseres nicht zu haben war.

Gruß,
Michael

[dennisstrehl]

Und gibt es da auch alternativ welche die einen höheren Strom vertragen, ich also weniger davon brauche?
Z.B. MBRB25xx


Ich hatte an 6 stück parallelgeschaltet gedacht, damit sollte ein Dauerstrom von 75A kein Problem sein. entspräche einer Verlustleistung von ca. 0,6W pro FET
Das würde ich nochmal durchrechnen, der Strom teilt sich ja auch nicht immer gleich auf, im Worst-Case könnte das Probleme machen. Im Grunde kannste aber auch einfach einen kleinen Kühler dranschrauben, dann passt's ziemlich sicher.
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Das A und O ist eine vernünftige Treiberstufe um die Mosfets schnell zu schalten
Jo

meine besteht aus 2 BC327 / BC337
Naja, integrierte MosFET-Treiber sind besser. (schneller.)

An den Dioden fallen dabei etwa 0,22V ab.
Hast du da einfach das Messgerät auf Gleichspannung gestellt und drangehalten? Das funktioniert doch mit gepulsten Spannungen nicht. 0,22V hört sich auch etwas realitätsfremd an. (Man kommt selten unter 0,5V)

Übrigens sollte man an die Gates der Transistoren noch je einen Widerstand von etwa 20 Ohm schalten
Hört sich für mich etwas viel an, da kann man dann auf eine tolle Treiberstufe gleich verzichten...

[Hessibaby]

Schau Dir mal das Projekt Open Source Motor Control (OSMC) an.
PDF als Anlage, da werden all Deine Fragen beantwortet.
Gruß Hartmut

[MichaelM]

Hallo,
@dennisstrehl:
20Ohm sind bei den kleinen Transistoren und der niedrigen Pulsfrequenz nicht zu viel, wenn man Mosfet-Treiber nimmt kann man die natürlich weglassen. Die Lösung mit den BC-Transistoren ist nicht so schlecht wie man vielleicht denkt, die Oszillogramme beweisen es. Die Spannung an den Dioden wie auch generell alle Spannungen kann man natürlich nicht mit dem DVM messen. Es ist schließlich nicht nur ein möchtegern-Mittelwert interessant sondern auch die Kurvenform. Die 0,22V sind wie auch die 95A bereits auf einen Mittelwert umgerechnet. Ich habe gerade nochmal nahgemessen; bei 60A dc und einer Diode komme ich im kalten Zustand auf 0,32V, warm wird es entsprechend weniger. Bis jetzt funktionieren von meinen ca. 25 Drehzahlstellern über 100A jedemfalls noch 100%. Wenn ich viel Zeit hätte würde ich ja mal einen Artikel ins Wiki stellen zum Thema Leistungsstufen, ich komme ja schließlich aus der Entwicklung.
Gruß,
Michael

[dennisstrehl]

Nochmal zu den Spannungen an den Dioden: Worauf ich eigentlich hinaus wollte, ist, dass man mit dieser Spannung nicht rechnen kann. Wenn da 95 Ampere (Mittelwert) fließen und du 0,25 Volt (Mittelwert) an den Dioden misst, dann ist die Verlustleistung nicht 95 Ampere * 0,25 Volt sondern 95 Ampere * x Volt (x = Flussspannung der Dioden). Insofern ist der Wert eigentlich völlig irrelevant...

> "20Ohm sind bei den kleinen Transistoren und der niedrigen Pulsfrequenz nicht zu viel"
Ja, das stimmt natürlich...

> "wenn man Mosfet-Treiber nimmt kann man die natürlich weglassen"
Dann könnte man afaik durch zu schnelles Schalten aber wieder EMV-Probleme bekommen.

[MichaelM]

Hallo,
habe ich bei den Spannungen arithmetrischer Mittelwert geschrieben? Die Spannung ist nämlich ein Effektivwert, lediglich der Strom ist ein arithmetrischer Mittelwert. Das Ganze hat natürlich einen Grund: Beim Strom ist der arit. MW interessant wegen der Belastbarkeit der Dioden bzw. der Stromaufteilung zw. Dioden und Transistoren. Die Spannung ist ein Effektivwert da man die Spannung praktisch nur für die Verlustleistungsrechnung braucht. Ich muss mir mal wieder angewöhnen solche Dinge an die Einheit anzuhängen. Bei deiner Rechnung oben fehlt aber noch das Tastverhältnis. Richtig sieht das Ganze dann so aus:
P_v = I_d_pk * U_d_pk * (1 - t_on / T)
oder:
P_v = I_d_m * U_d_m * T / (T - t_on)
oder:
P_v = I_d_eff * U_d_eff

Um ein zu schnelles Schlten zu verhindern gibt es ja die Widerlinge :-)

Gruß,
Michael