10A Mikroschrittkarte - Probleme mit Strom-Regelung

[Kaiser-F]

Hallo,

Ich habe mir für mein CNC-Projekt eine Schrittmotor-Karte gebastelt:
http://www.sir-kaiser.de/upload/IMG_8524.JPG

Zur Ausstattung:
- Zwei N-Kanal H-Brücken aus jeweils 4 N-Kanal FETs
- IR2104 Halbbrückentreiber für die FETs
- ChargePump zur High-Side-Speisung bei Dauer-ON
- L6506 zu Stromregelung
- Zwei MAX522 (Dual Ch. 8BIT DAC)
- OP07 Differenzverstärker, um die Sensspannung zu verstärken. Dadurch kann ein kleinerer Widerstand verwendet werden.
- LM311 zur Überstrom-/Kurzschlussüberwachung (löst Interrupt aus)
- -5V, +5V, +15V werden Onboard erzeugt
- bis 60V Eingangsspannung
- ATMega32
- MAX232


Es funktioniert bisher alles, nur die Stromregelung will nicht:



Es sind zwei H-Brücken vorhanden. Der Shunt sitzt wie folgt:
http://www.sir-kaiser.de/upload/PowerStep-01.JPG

Genauer:
http://www.sir-kaiser.de/upload/IMG_8530.JPG

Die Leitungen S-A-H und S-A-L gehen zum Differenzverstärker:
http://www.sir-kaiser.de/upload/PowerStep-02.JPG

Der Ausgang des Differenzverstärkers geht nach einem kleinen
RC-Glied direkt zum L6506 Sense Eingang.

Rechts hängt noch ein Komperator, der einen Interrupt beim Atmel
auslöst, sollten 2V Überschritten werden. Hier kann ich dann die Stufe
abschalten... Aber das ist zunächst mal unwichtig!

Der L6506 ist dann wie folgt beschaltet:
http://www.sir-kaiser.de/upload/PowerStep-03.JPG

SYNC kommt vom Atmel PWM-Ausgang. Die Frequenz und die
Phase kann beliebig von mir konfiguriert werden.
H-IN-X gehen zu den jeweiligen Brücken.
IN-X kommen vom Atmel.

Die Referenzspannugnen werden wie folgt erzeugt:
http://www.sir-kaiser.de/upload/PowerStep-04.JPG

IC1 gibt den Maximalstrom vor.
IC12 soll dann das Microstepping realisieren.
Somit kann man IC12 immer gleich anstprechen,
nur IC1 ist für den Maximalstrom zuständig.


Nun, alles recht und schön, nur funktioniert es nicht richtig...

Ich habe mal REF-A unf SENSA direkt am L6506
mit meinem Oszi gemessen:
Beide Kanäle 0,5V/cm, 0,5ms/cm:

http://www.sir-kaiser.de/upload/PowerStep-05.JPG

http://www.sir-kaiser.de/upload/PowerStep-06.JPG

Die Gerade ist natürlich REF-A. Das andere SENSA. Man sieht hier zwei verschiedene vorgegebene Spannungen. Doch SENSA zeigt keine Änderung.
Selbst wenn REFA = 0V ist!!!

Hat jemand ne Idee was da Faul ist?
Ich hab schon überprüft, ob die Ausgänge für Kanal 1 des L6506 auch
zur richtigen H-Brücke gehen, das passt alles...

[Kaiser-F]

Problem Gelöst:

Der L6506 muss ja mit ner Frequenz versorgt werden.
Dabei ist die Signalform Wichtig. Ich erzeuge diese Frequenz
mit dem OCR1A Pin des Atmels über den TIMER1 mit FastPWM 16Bit.

Damit kann ich sehr einfach die Frequenz anpassen.

Nun ist das so, dass der L6506 während der High-Phase Aktiv ist,
und in der zeit, in der SYNC HIGH ist, auch nicht abgeschaltet wird,
wenn der Strom über die Grenze steigt.
Das habe ich zuerst nißverstanden, ich dachte beim RS-Flipflop ist R
vorrangig...

Naja... auf jedenfall sollte das Verhältnis High zu Low bei minimum 1:100 liegen.

Beispiel: Highphase ist 1µs. dann muss min. 100µs low sein.
(je nach frequenz natürlich unterschiedlich....)


Ich hoffe es hilft jemanden... hat mich nen ganzen Tag gekostet,
und die halbe Nacht :-)

[Kaiser-F]

Hallo Leute!

ich arbeite momentan an den Feinheiten.

Ein weiteres Problem habe ich bei niedrigen Strömen.
Ich habe die karte im 1/16 Schritt mal im Sekundentakt betrieben.
Also jede Sekunde 1/16 Schritt.

Dabei beobachte ich, dass bei den unteren drei bzw. 4 teilschritten
kein strom fließt, obwohl spannung anliegt.

Ich habe im Versuch nur eine Phase betrachtet. Die andere habe ich
abgeschlossen. Sie verhält sich genau so.

Hier könnt ihr im Video die Messung am Oszi betrachten:
http://www.sir-kaiser.de/upload/MVI_8554.AVI

CH1 und CH2 überlagert, V-REF und V-SENS, 0,1V/cm, 0,5ms/cm

Meine REF-Spannungen sind ziemlich unsauber.
Als 5V Schaltregler habe ich den LM2574 ADJ.

Trotz 1000µF Kondensator scheint die Spannung minimal zu rauschen.
Dies überträgt sich scheinbar über die DACs. Aber das
Rauschen müsste ja im verhältnis dann auch so klein sein,
wie bei den 5V. Evtl sollte ich mal andere DACs versuchen.

Die MAX522 sind eh so teuer... Ich glaube ich versuche in der nächsten
Version die MAX549. Aber das Problem muss doch lpösbar sein, oder?

Evtl hat jemand von euch ne Idee, warum das nicht richtig will.
Ansonsten würde der motor schön ruhig laufen. Nur in diesem Bereich
mach er eben eine Vibration.

Besten Dank schon mal vorab.

Gruß,
Franz

[Kaiser-F]

Lag wieder an der Chopperfrequenz...

Der ON-Impuls darf auch nicht zu kurz sein...

[1hdsquad]

Hey, das Ding sieht echt gut aus... Hast du Lust mir den Schaltplan und das Layout als Eaglefile schicken? Ich kann das auch auf meiner Website zum Download bereit stellen wenn du das veröffentlichen willst...

[Kaiser-F]

Hi,

Danke. Veröffentlichen will ich es vorerst noch nicht, weil es ja noch nicht 100% funtioniert.
Eine HP habe ich aber selbst um es zum Download bereit zu stellen.
Aber Danke für Dein Angebot!


Noch eine Frage.
Meine Karte benutzt Phase-Chopping.
Ich bin am überlegen sie für Inhibit-Chopping umzubauen.

Ich habe selbst noch nicht die erfahrung gemacht, aber Inhibit-Chopping soll
angeblich ein schnelleres abbauen der magnetischen Energie bezwecken,
und daher gerade für höhere drehzahlen besser geeignet sein.

Was ist Eure erfahrung zu diesem Thema?

Außerdem glaube ich, dass dann auch die Wärmeentwicklung abnimmt.

[1hdsquad]

Okay, wär cool wenn du das nachholst wenn du zufrieden bist ;-)

[Kaiser-F]

Die Low-Side-FETs werden übrigens heißer als die high-side.
Das liegt am Phase-Chopping.

Hat keiner ne Meinung zum Thema: Phase-Choppig vs. Inhibit-Chopping ?

[Besserwessi]

Ich halte Phase-shopping für die bessere Wahl. Besonders bei relativ hoher Versorgungsspannung bekommt man bei Inhibit Chopping ziehmlich viel Welligkeit in den Phasenstrom. Im Prinzip wird dadurch die maximale Spannung begrenzt.
Den Vorteil der etwas höheren Geschwindigkeit sollte man nur haben, wenn man stur am Mikrschritt Betrieb festhält, wenn bei höheren Geschwindigkeiten auf Vollschritt umschaltet sollte es kaum einen Geschwindigkeitsvorteil bringen, denn dann hat man effektiv kein Chopping mehr, weil bei den hohen Frequenzen an der Geschwindigkeitsgrenze der Sollstrom nicht mehr erreicht wird.

Das die Low side treiber etwas wärmer werden, ist normal, denn da fließt ja weiter der Strom in den Ausphasen. Das gleiche sollte auch für die Freilaufdioden gelten. Wenn die high side Treiber heißer werden (trotz gleicher Fets) ist das ein Zeichen für zu langsame Freilaufdioden, oder Fehler im Timing..

[Kaiser-F]

Hallo nochma,

ich habe bei höherer Drehzahl ein komisches brummen drauf.
Kommt etwa alle 300 ms.

Die Stromkurve sieht auch etwas seltsam aus:

http://www.sir-kaiser.de/upload/MVI_8555.AVI

Hat jemand ne Idee woran das liegen könnte?

[Besserwessi]

Die sehr niedrige Frequenz ist schon etwas komisch. Hört sich ein wenig nach einer Schwebung an. Könnte es sein das sich da irgendwelche Frequenzen om Netzteil, Mikrostepping und chopper nahekommen.

Was für ein Netzteil wird benutzt ?, Ist die Spannung sauber. Im Video ist kurz eine Platine mit vielen Elkos zu sehen.
Bei sehr hohen Geschwindigkeiten kann der Strom nicht mehr den vorgaben folgen. Man hat dann irgendwann auch kein echtes Chopping mehr weil der Strom noch andersherum fleißt als er eigentlich soll. Man wird dann einen Elkos dicht beim Treiber haben müssen.

[Kaiser-F]

Also das mit der seltsamen Stromkurve ist "normal" oder wie?
Mal sehen was ich platztechnisch noch unterbringe.
Abgesehen von dem 3Hz-Geräusch, wie kann ich die Stromkurve noch
verbessern?

Das 3Hz ist scheinbar unabhängig von der Stromquelle. Schließe ich
einen starken Modellbauakku an, ist es genau gleich.

Der haufen Elkos soll die eingagnsspannung glätten.
Sind 12x 4700µF.

Also Spannugnsquelle habe ich ein 15V 40A Schaltnetzteil von PeakTech.
Ich bastle mir aber kommende Woche das endgültige netzteil.
230V->Trafo->42V~->Gleichrichter->ca.55VDC, 20A...

Wäre schön wenn ihr mir weiterhelfen könntet.
Jeder noch so kleine Gedanke kann schon hilfreich sein.

[Besserwessi]

Wenn es mit Akkus das selbe ist, scheidet das Netzteil schon mal aus. Wenigstens ein kleiner Elko (z.B. 100 uF) sollte aber mit auf die Platine, damit nicht so viel Wechselstrom über die externen Kabel fließt.

Wird nicht die Ursache für das beschriebene Problem sein, aber der OP07 ist ein relativ langsamer Präzisions OP. Mich wundert schon das das Stromsignal so gut aussieht. Der Tiefpass hinter dem OP ist ziehmlich Niederohmig, das kann Grund für die Überschwinger sein. Besser wäre es gleich die Bandbreite des Verstärkers zu Begrenzen (2 Kondensatoren parallel zu den 10 K Widerständen).

Wenn die Chopperfrequenz immer noch so niedrig ist wie auf den Scope Bildern oben, dann könnte es sein das die Chopperfrequenz zu niedrig ist und in die Größenordnung der Schrittfrequenz kommt. Das Video ist zwar hübschm aber auf den Scope Bilder oben kann man mehr erkennen.

[ManuelB]

Normalerweise sollte die Chopperfrequenz für die Stromregelung im Bereich 20-30kHz liegen.
Ich finde die Karte schon mal schön, da ich auch am überlegen bin eine stärkere ohne die fertigen Brücken ICs zu bauen. Die Einschaltzeiten bei niedrigen Strömen sind auch extrem kurz, so das bei niedrigen Chopperfrequenzen die Spitzenwertregelung nicht mehr so gut funktioniert.
Meine Erfahrungen mit Inhibit-Chopping ist, dass es sehr schnell zu unerwünschten Nebengeräuschen (Pfeifen) führen kann. Liegt dann wahrscheinlich in Zusammenhang mit den größeren Welligkeiten und Anregung von tiefer frequenten Schwingungen im System.

MfG
Manu

[Kaiser-F]

Wenn es mit Akkus das selbe ist, scheidet das Netzteil schon mal aus.
Wenigstens ein kleiner Elko (z.B. 100 uF) sollte aber mit auf die Platine,
damit nicht so viel Wechselstrom über die externen Kabel fließt.
Das werd ich in der nächsten Version auf jeden Fall machen!



Wird nicht die Ursache für das beschriebene Problem sein, aber der OP07
ist ein relativ langsamer Präzisions OP. Mich wundert schon dass das
Stromsignal so gut aussieht.
Hast Du eine Empfehlung für einen schnelleren OP? Diesen Schwachpunkt
würde ich gerne ausbessern.




Der Tiefpass hinter dem OP ist ziehmlich Niederohmig, das kann Grund
für die Überschwinger sein. Besser wäre es gleich die Bandbreite des
Verstärkers zu Begrenzen (2 Kondensatoren parallel zu den 10 K Widerständen).
An welche Bandbreitenbegrenzung denkst du? Ich hätte jttz mal zum
Versuch einen 10N einfach auf die 10K-Widersände "Huckepack" draufgelötet.



Wenn die Chopperfrequenz immer noch so niedrig ist wie auf den Scope
Bildern oben, dann könnte es sein das die Chopperfrequenz zu niedrig ist
und in die Größenordnung der Schrittfrequenz kommt. Das Video ist zwar
hübschm aber auf den Scope Bilder oben kann man mehr erkennen.

Normalerweise sollte die Chopperfrequenz für die Stromregelung im Bereich 20-30kHz liegen.
Die Chopperfrequenz setzt ich nun auf 25kHz.



Ich finde die Karte schon mal schön, da ich auch am überlegen bin eine
stärkere ohne die fertigen Brücken ICs zu bauen. Die Einschaltzeiten bei
niedrigen Strömen sind auch extrem kurz, so das bei niedrigen
Chopperfrequenzen die Spitzenwertregelung nicht mehr so gut
funktioniert.
Danke, da bin ich der gleichen Meinung. Die Chopperfrequenz setze ich
höher. Das hatte ich wohl durchs ständige Experimentieren vergessen.



Meine Erfahrungen mit Inhibit-Chopping ist, dass es sehr schnell zu
unerwünschten Nebengeräuschen (Pfeifen) führen kann. Liegt dann
wahrscheinlich in Zusammenhang mit den größeren Welligkeiten und
Anregung von tiefer frequenten Schwingungen im System.

Interessant. Ich glaube ich werde es so machen, dass ich mit hilfe von
Analog Multiplexern umschalten kann zwischen Phase und Inhibit-Chopping.
Wird zwar ne morz fummelei, dass man das noch drauf bekommt,
aber das muss schon gehen.


Ich Danke Euch recht herzlich für Eure Antworten.
Das hat mich schon sehr viel weiter gebracht!
Für weitere Infos bin ich jederzeit offen!!!

[ManuelB]

Hallo,
nach dem Buch von Felix Schörlin verwendet er einen Tiefpass mit einer Zeitkonstante von ca. 1µs in der Leitung vom Strommesswiderstand um die Spikes zu unterdrücken. In der von ihm vorgschlagenen Schaltung mit dem L6103 verwendet er 220Ohm und 4,7nF.
Ach so die Chopperfrequenz kann natürlich noch höher, ist jedoch ein Kompromiss aus Schaltverlusten und natürlich dem meschlichen Gehör (darum sollte die Frequenz über 20kHz liegen).

MfG
Manu

[Kaiser-F]

Hallo Manu,

Danke für die Info!

Ich habe etwar probleme wenn ich die Chopperfrequenz erhöhe.
Selbst wenn ich den Schrittmotor nicht anschließe,
fließt ein Strom von ca. 400mA bei 10kHz,
und ca. 800mA bei 25kHz.

Die FETs werden ziemlich warm, obwohl keine last dranhängt...

Irgendwas ist hier noch faul...

Die IR2104 haben ja eine totzeitüberbrückung von ca. 540ns.
Also kann ja die Leustungsbrücke ohne verbraucher keinen
Strom fließen lassen. AUßER die verwendeten IRF540 sind wirklich
zu langsam für so hohes switching.

Hier mal die Datenblätter:
IRF540:http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf540ns.pdf
IR2104:http://www.farnell.com/datasheets/59320.pdf

Evtl sollte ich andere Transistoren verwenden.

Wisst ihr einen FET, der für solche zwecke geeignet ist?

[Kaiser-F]

Es könnte natürlich auch an den Widerständen liegen, die ich
bei den Gates in serie geschaltet habe. Das sind derzeit 470R...

Evtl sollte ich hier schrauben!

EDIT: Irgendwas stimmt mit dem High-Side-Drive nicht so ganz...
Bin dabei es herauszufinden...

[Besserwessi]

Die Kondensatoren prallel zu den 10 k Widerständen müssen natürlich kleiner werden. 1 us Zeitkonstante gäbe es bei 100 pF. Schnellere OPs gint es ein ganze Menge, aber ein nicht zu hoher Offset solte schon sein. Auf Anhieb fiele mir der OP27 ein, ist wenigstens pinkompatibel, aber eigentlich zu gut dafür. Sonst eventuell ein TLC277 (2 fach OP), der kommt eventuell auch ohne die -5 V aus.

Die Verzögerungen beim Ein/Ausschalten kann man trennen indem man den Widerstand vor dem Gate mit einer Diode überbrückt. Das Auschalten geht dann schneller, das Einschaten bleibt kontrolliert langsam. Dadurch sollte man für etwas Verzögerung sorgen können um den Überlapp zu verhindern. Kann sonst auch den den Freilaufdioden liegen. Zumindest die an der Low side müssen schnell sein und wohl Shottky, sonst wirken die FET internen.

[Kaiser-F]

Als Freilaufdioden verwende ich eine ES1 von VISHAY.
Datenblatt: http://www.vishay.com/docs/88586/es1.pdf

Wegen der Diode:
Im Datenblatt des IR2104 steht, dass der Lade/Entlade-Strom
des Gates xxmA nicht überschreiten darf.
Ich traue mich also nicht das so zu machen...

Ich habe die High-Drive-Versorgung überprüft,
da ist alles in ordnung.
Jeder High-Drive-Kondensator hat ca. 12V.
Gecharged über eine Bootstrapschaltung,
welche ich aber kontinuierlich mit 1kHz takte.
Präuchte ich bei der Schrittmotorsteuerung zwar nicht,
aber das hab ich aus meinen bisherigen erfahrungen so übernommen.
Somit kann die H-Brücke auch dauerhaft die High-Side schalten.

Ich werde mir mal den OP27 bestellen.

Muss jetzt mal meine Akkus wieder aufladen.
Ich vermute dass doch etwas vom Netzteil kommt.
Eventuell regelt das mit 25kHz und verursacht deswegen einige Probleme.

[Besserwessi]

Die Angegebnen Freilaufdioden sind ziehmlich wirkungslos. Für den Chopperbetreib sind sie viel zu klein (1 A DC). Außerdem wird wegen der relativ hohen Durchlassspannung ohnehin ein großer teil des Stroms durch den FET gehen. Immerhin sind sie wirklich schnell und wirken mehr als Sicherheit, falls einer der Fets los geht.
Besser wären Shottkydioden, die auch für wenigstens 5-10 A ausgelegt sein sollten, zu mindestens an der Low Seite. Sonst sind da immer noch die Dioden in den FETs, und die sind gar nicht so schlecht.

Die Fets IRL2203 sind aber nur bis 30 V und vom Strom her eher reichlich groß. Da sollten welche mit mehr Spannungsfestigkeit (z.B. 60V) rein. Dafür darf der Strom auch ruhg etwas kleiner sein, besonders an der high side.

Für den Gate Driver habe ich nur typische Stöme von rund 250 mA gefunden. So wie ich das sehe kann der Treiber auch kurzzeitig nicht mehr liefern, das sind also eine Art Kurzschlußströme, die aber gepulst noch keine Schäden verursachen. Bei ca. 3 nF Gate Kappatzität sollte der Gate Widerstand mehr bei rund 100-150 Ohm liegen. Das gibt dann rund 500 ns Schaltzeit, in etwa die Größenordnung der Totzeit im Treiber. Selbst bei 100 Ohm solten ja erst rund 150 mA fließen.

[ManuelB]

Gibt es für den IR2104 eigendlcih weiter Unterlagen außer das Datenblatt und die eine Application Note bezüglich IRS und IR2104?
Ich hatte schon früher mal nach Treibern für MOS Brücken gesucht, nur anscheinend die falschen Suchbegriffe verwendet ;)

Mfg
Manu

[Kaiser-F]

@Besserwissi,

IRL2203? Ich verwende ja IRF540, die halten 100V und 28A aus.
Da ich die Schrittmotoren mit 50V versorgen will, sollten sie schon
eine große reserve haben.

Dass die Freilaufdioden so krass ausgelegt sein müssen wusste ich nicht.
Ich werde mich mal so schnell wie möglich um bessere umsehen.
Ich hoffe es gibt welche im SMB-Gehäuse. Ansonsten bekomme ich
ein Platzproblem. Ich will nämlich möglichst bei einer Bestückungsseite bleiben.
Hast Du da nen Tipp? Ich finde immer nur geeignete im D2PAK...
Das ist vom Platz her schon ziemlich groß...

Mit dem Gate-Driver hast Du Recht!
Ich werde die Widerstände von 470 auf 120 Ohm absenken.

Nochmals vielen Dank für die Hilfe!


@ManuelB,
Das DBL und die AN sind doch schon recht ausführlich?
Kannst mir ja ne PN schreiben, woran es scheitert.


Ich hau mich jetzt aufs Ohr!
Gute Nacht Leute!

PS: Evtl träume ich ja von der perfekten Schrittmotor-Steuerung :-)

[Kaiser-F]

Ich glaube mir bleibt nichts anderes übrig, als zu versuchen,
D2PAk unterzubringen....
Einen Vorteil hat es ja, ich kann sie mit den FETs kühlen...

Aber ich hab noch keinen Plan, wie ich das unterbringen soll....

[Kaiser-F]

OK, ich glaube ich mache folgendes:

Ich rüste die D2-PAK FETs um auf D-PAK. Diese sind wesentlich kleiner!
D-PAK-Dioden sind auch leichter zu finden. Auch im hohen Leistungebereich.

Der Vergleich - Maße über Alles:
D-PAK : 6,73mm x 10,40mm x 2,39mm
D2-PAK: 10,30mm x 15,40mm x 4,50mm

Insgesamt habe ich dann 16 D-PAK Gehäuse zu montieren,
Die ich dann alle mit einem großen Kühlkörper kühlen kann...

Für FETS kommen dann in Frage:
http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp;jsessionid=OPVIRKLLDOM4ICQLCIPZKBQ?N=10 00055+500003+104119+164426+117578+117581+117585+13 0887+130899+130908+130911+130915+130924+130929+130 930+130933+130935+130941+130943+130948+130969+1309 77+130978+130982+130985+130986+131003+131005+13100 6+131007+131010+131011+131012+131013+131014+131025 +131027+131030+131031+131032+131033+131034+131035+ 131046+131050+131051+131052+131054+131066+131067+1 31068+131069+131070+131071+131075+131086+131087+13 1090+131107+131109+131110+131111+131122+131123+131 125+131126+130894+130904+130912+130920+130926+1309 31+130936+130937&_requestid=117148

Für Shottky-Dioden kommen in Frage:
http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp;jsessionid=OPVIRKLLDOM4ICQLCIPZKBQ?N=10 02209+500003+104119+104121+141733+104120+131597+13 1602+131603+131519+131526&_requestid=118186

Wäre echt toll, wenn mir bei der Qual der Wahl jemand ein bisschen mit
Tipps helfen könnte!

Ich Danke Euch vielmals für die bisherige Hilfestellung!!!

[Kaiser-F]

Mit DPAK (nicht D2PAK) würde es Platztechnisch super klappen:

http://www.sir-kaiser.de/upload/PowerStep-DPAK.JPG

Außerdem erhaltet die neue Version:
- OP27, schneller als OP07
- Spule in reihe beim Spannungseingang für Logik
- so viele Elkos wie möglich bei der Brücke
- noch mehr 100nF Kerkos vor den ICs
- MAX232 werf ich raus. TTL-RS232 reicht mir
- Multiplexer, um Inhibit- oder Phasechopping zu betreiben.
- MAX549 statt MAX522, da einfachere Beschaffung und billiger!

Was jetzt noch unklar ist:
- Welche FETs
- Welche Freilaufdioden

Es wäre super, wenn mir da noch jemand ein paar Tipps geben könnte.
Voraussetzung:
- min. 10A,
- DPAK-Gehäuse
- NUR N-Kanal

In den obigen Links gelangt man direkt zur auswahlliste bei Farnell.
Ich habe schon ein paar Favouriten, doch noch keine engere Auswahl.


Ich bin am überlegen, ob man nicht den L6506 ersetzen könnte?
Mannutzt dann einfach eine Interruptroutine, die in 5...25kHz
die Ausgänge setzt. Ein Komperator übernimmt die Überwachung.
Überschreitet Vsense Vref, so löst der Komperator eine
Interruptroutine aus, welche die Ausgänge LOW schaltet.

Glaubt Ihr, dass das funktionieren könnte?
Würde man den ADC nehmen, dann wäre es glaube ich zu langsam!

Das ganze hätte viele Vorteile:
- Einfaches umstellen des Chopper-Betriebs.
- Dadurch geeignet für viele Motoren
- Weniger Hardware-Aufwand
- Man kann wählen, ob man bei Phase-Chopping die Energie in der High- oder Low-Side abbauen möchte...

Dazu bräuchte man aber nen größeren Atmel, da man mehrere externe Interrupts braucht:
1x für Brücke A
1x für Brücke B
1x für Chopperfrequenz, zum Synchronisieren

1x CLOCK Eingang, zum auswerten des PC-Signals

Also benötigt man minimum 4 externe Interrupts. Der ATMega32 hat nur 3.
Somit müsste man schon fast den ATMega128 nehmen. Da der ATMega32
ohnehin schon ausgelastet ist (von den Anschlüssen her).

[Kaiser-F]

Ich Spame mich schon selber zu. Bitte entschuldigt :-).

Ich bin einfach so heiß auf die CNC... Das ist momentan für mich oberste Priorität :-D

Ich habe mich für folgende Diode entschieden:
http://www.farnell.com/datasheets/66167.pdf

Und für diesen FET:
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr3410.pdf

Könnten Ihr da mal bitte einen Blick drüber werfen,
was Eure Meinung zu den beiden Teilen ist?

[Besserwessi]

Die Fets und Dioden sehen gut aus. Wenn man sich auf Phase chopping beschränkt, könnte man die Dioden an der high Side eventuell sogar weglassen oder die 2 Dioden einzeln für eine Brücke nehmen. An der Low side würde ich schon extra dioden nehmen und auch beide parallel (einzeln nutzen paßt sowieso nicht bei der type).
Im inhibit chopping sehe ich wenig Sinn. Der Vorteil wäre nur bei sehr hohen taktfrequenzen, wo man statt des Inhibit-choppings besser auf Vollschrittbetrieb umschalten kann (ohne extra Hardware).

Der OP27 ist zwar wirklich gut aber da sollte sich eventuell auch ein doppel OP finden. Der TLC277 sollte eigentlich auch schon reichen.

Ich sehe nicht so Viele vorteile den L6506 durch einen AVR zu ersetzen, auch wenn man wohl gar nicht so viele Interrupts braucht und auch ein Mega32 reichen würde. Die Stromüberwachung in Software ist schon etwas heikel, denn wenn da was schief geht, dann gibt es Rauchzeichen. Ich würde bei der Hardwärelösung bleiben.

[Kaiser-F]

So heikel find ich das mit der Software gar nicht mal.
Wenn es Interrupt-Gesteuert ist, kann ja fast nichts schief gehen.
Selbst wenn das hauptprogramm hängt, die Interruptroutinen funktionieren
normalerweise immer.

Ich hätte mir was so gedacht:

Ein LM311 vergleicht Vsense und Vref, welche weiterhin von den DACs kommt.

Der Ausgang des LM311 wird direkt mit einem Interrupt des Atmels verbunden.
Dies ist die Wichtigste Routine:


SIGNAL ( SIG_INTERRUPT1 ) {
A( 0, 0); //Brücke A: Alles auf GND
}

Gleiches für Phase B!

Das ist alels was diese Routine machen muss. Lediglich zwei Ausgänge auf GND setzen.
Wenn man das mal programmiert, kann im grunde nichts mehr schief gehen.

Gesetzt wird das ganze dann wieder wenn der Timer, welcher für die
Chopperfrewuenz zuständig ist, wieder einen Interrupt auslöst:


SIGNAL ( SIG_OUTPUT_COMPARE1A ) {
A_SET(); //Brücke A: Neu setzen
B_SET(); //Brücke B: Neu setzen


Und schon wäre der L6506 ersetzt...
Vorausgesetzt der Atmel ist so schnell. Aber das dürfte normalerweise kein Problem sein.
Oder?

Ich denke, dass es einen Versuch wert ist.
Man spart sich ein exotisches Bauteil. Denn in SMD bekommt man
den L6506 nicht an jeder Ecke.

[1hdsquad]

Ich würde auch bei Hardware bleiben, ist einfach besser. Wie auch schon gesagt bringt Inhibit Chopping nicht viel...

[Kaiser-F]

Wahrscheinlich habt Ihr Recht.
Ich werde das mal ausprobieren, wenn dieses Projekt abgeschlossen ist.
Nur so zum Test.

Ich besorge mir dann die oben genannten FETs und Dioden.

Vielen Dank für Eure Meinungen!

[Kaiser-F]

Nochmal ne Frage zu den Kondensatoren, die ich parallel zu den
zwei 10K-Widerständen bei den OP Eingängen hätte schalten sollen.

Geht es auch, wenn ich einen Kondensator Zwischen den Neg. und Pos.
OP Eingang hänge? Samit würde sich die Zeitkonstante aus den zwei
1K-Widerständen ergeben.

[ManuelB]

Für die Stromregelung benötigt man ja eigendlich "nur" Komparator,ein FlipFlop, ein AND und die Chopperfrequenz die das FlipFlop rücksetzt.
Was ich eigenlcih gesucht hatte war eine ungefähre Größe für den Bootstrap Kondensator am IF2104.

MfG
Manu

[Kaiser-F]

ich hab 100nF bis 220nF verwendet.

Sie müssen halt die Zeit überbrücken, bis die Halbbrücke das nächste mal
den unteren FET leitetnd schaltet. Erst da kann der Bootstrap-Kondensator
wieder geladen werden.

Bei Chopperbetrieb ist das kein Problem.
Bei anderen Verwendungen muss mans icher stellen, dass die Halbbrücke
regelmäßig den unteren FET schaltet.

Will mand as umgehen, muss man sich eine separate Ladungspumpe bauen.

[ManuelB]

Ah, OK vielen Dank!

MfG
Manu

[WhiteDevil]

wollte dieses intressante thema mal wiederb rauskramen wie ist der momentane stand?

[Kaiser-F]

Hi,

Bin gerade dabei die zweite verbesserte Version zusammen zu löten.

Morgen gibds neue Infos!

[WhiteDevil]

da bin ich ja schon gespannt^^

[1hdsquad]

Hm, deine Informationen sind etwas spärlich, wie mir scheint ;-)

[Kaiser-F]

Sorry Leute, habs nicht ganz geschafft.

"GUT DING HAT WEILE" :-)

[Kaiser-F]

Der aktuelle Stand:

http://www.sir-kaiser.de/upload/IMG_8802.JPG

Power-Supply-Unit bestückt und getestet...
Nur irgendwie fehlt mir heute der Löt-Elan ...
Mal sehen. Evtl geht noch was zur späteren Stunde...

[1hdsquad]

Das kenn ich zu gut, irgendwann ist der Spass weg und die Routine kommt, dann wirds doof... ;)

[WhiteDevil]

Hmm das sieht sehr fricklig mit den Smd zeug aus,
aber Normal könnte man das auch ohne SMD aufbauen oder.
Können wir wenn es funktioniert die Pläne bekommen brauch nämlich auch noch für mein cnc Projekt die Ansteuerung.
Wie ist das eigentlich mit den Mikro schritten mach das eigentlich jeder Schrittmotor mit?

[1hdsquad]

SMD ist garnicht schwer, probier es mal aus, wenn du schonmal normal gelötet hast kriegst du das auch hin nach etwas Übung. Auf µC.net gibts btw ein gutes SMD-Löt-Tutorial...

[Besserwessi]

Zumindest die 2 Poligen bauteile lassen sich bei einigermaßener Größe (z.B. 0805) noch sehr gut löten. Wenn man den Aufwand für das Bohren sieht, ziehe ich da SMD den normeln Versionen vor.

Im Prinzip lassen sich alle Schrittmotoren mit Mikroschritt betreiben und man kreigt auch einen ruhigeren lauf hin. Bei schlechten Motoren gewinnt man aber nur relativ wenig extra Auflösung, denn die Mikroschritte sind dann nicht so genau. Es gibt Motoren die extra für den Mikroschrittbetreib ausgelegt sind, die dann bei den zwischenschritten genauer sind als normale Motoren.

[ManuelB]

Bei den für Mikroschritt optimierten Motoren sind soweit mir bekannt die Zahnformen von Stator und Rotor auf ein geringes Rastmoment optimiert. Hohe Rastmomente führen zu Abweichungen aus den Mikroschrittpositionen.

MfG
Manu

[1hdsquad]

Hehe, ist bei mir auch so, ich ärgere mich inzwischen schon wenn es Teile nur als THT gibt. Allerdings kommt das Ärgern zurück, wenn man gerade wieder 0603 löten muss, wo man doch lässig >0805 hätte nehmen können... Ich denke, die Grenze liegt bei BGA und anderen Bauformen, die die Pads unten haben, und natürlich bei abnormal kleinen Beinabständen <0.5mm, das meiste kriegt man sonst gut hin mit Entlötlitze etc. Da ich meine Platinen fertigen lasse, kann ich auch mit der leiterbahngröße runtergehen, jetzt habe ich 6mil Leiterbahnen und 10mil Vias...

[Kaiser-F]

So!

Hardware steht! Heute Abend wird programmiert und getestet!

http://www.sir-kaiser.de/upload/IMG_8804.JPG

Ihne SMD-Technologie würde man kein Land sehen!
Da musst die Platinengröße verdoppeln!

EDIT:
Als letztes habe ich die MAX549 eingelötet.
Dabei habe ich beim erstellen der Platine ganz übersehen, dass
diese nicht im SO8 Gehäuse sind, sondern im µmax8...
Da wollt ich es schon in die Ecke schmeissen... aber mit etwas
"Beinspreizerei" konnte ich dsa IC schon festnageln :-)

[WhiteDevil]

Sieht doch recht gut aus will auch^^und die Kühlung erst Respekt

[1hdsquad]

Sieht echt gut aus, ich bin gespannt...

[Kaiser-F]

Hallo und Danke!

ich bin gerade dabei, das Teil in Betrieb zu nehmen.

Leider habe ich Probleme mit den MAX549.

Ich habe diese wie folgt beschaltet:

http://www.sir-kaiser.de/upload/08052008-1.JPG

Ich setze OUTB von IC7 beispielsweise auf 128 => 1,25V.
Somit hat IC8 eine REF-Spannung von 1,25V.

Wenn ich aber die Ausgänge von IC8 verändere, beeinflusst das
die REF-Spannung.

Kann das sein???

[Kaiser-F]

GRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR

Der MAX549 hat einen Ausgangswiderstand von 33kOhm...

Verdammt... da bräuchte man noch nen OPV!!!...

Ich hätte doch bei den MAX522 bleiben sollen... Mann... das stinkt mir jetzt!

[1hdsquad]

Autsch, das ist ärgerlich... Mein Beileid, oder was man so wünscht...

[WhiteDevil]

eieiei der teufel liegt im detail das ist ärgerlich auch mein beileid

[Kaiser-F]

Ich danke euch fürs Mitfiebern :-)...

Ich verscueh den MAX522 provisorisch aufzulöten...

"IN DEN ARSCH BEISS"

[Kaiser-F]

Ach... SCH****E!

Das haut nicht hin... Da mach ich nur die teuren MAX522 kaputt...

Ich mach ne neue Platine... SCH**SS DIE WAND AN!

EDIT: ALLE GUTEN DINGE SIND DREI!

[1hdsquad]

Kannst du nicht mit Kabeln improvisieren? Die ICs schweben über der Platine und sind mit Kabeln an den passenden Pads verbunden...

[Kaiser-F]

Jo, das habe ich versucht.

Jedoch hab ich beim Einlöten der MAX549 einige Pads zu lange erhitzt,
sodass sie nicht mehr optimal am Basismaterial haften.

Da ist ein Kurzschluss vorprogrammiert.
Außerdem demotiviert mich das jedesmal beim hinsehen :-)

Morgen früh ätz ich die Platine.
Ich zeichne heute noch die Optokopperkarte und das Netzteil.
Die kann ich dann auch gleich mitätzen.

[Kaiser-F]

Ich mache noch folgendes:

Ich baue den hinteren MAX549 (IC8) wieder ein.
Den Spannungsteiler für die Referenzspannung von IC7
verändere ich, sodass maximal ein Strom von 4A fließen kann.
Das wären dann 0,4V.

Diese REF-Sapnnung verinde ich mit dem REF-Eingang des IC8.
Dann kann ich wenigstens noch testen.
Evtl ist ja noch was nicht so optimal.

[Besserwessi]

Wenn man C16 / C17 deutlich kleiner wählt, sollte es trotzdem noch gehen dann ist der Tiefpass halt 33 K-1n statt 330 Ohm 100n. Gibt zwar ein bisschen Offset (1 uA*33 K = 33 mV) aber das sollte man für einen ersten Test tollerieren können.

[Kaiser-F]

Guggt Ihr hier:

http://www.sir-kaiser.de/upload/MVI_8813.AVI ( 16,7MB )

Krasse Resonanz bei niedriger Drehzahl...
Chopperfrequenz ist nun problemlos bei 25kHz!

Die Transistorstufe wird nichtmal warm....

Ich musste jedoch noch einen Fehler entdecken...
Wieder ein dummer Leichtsinnsfehler...
Beim L6506 hab ich mich mit den SENSE-Leitungen vertan...
( Im obigen BIld recht schön zu erkennen)

[1hdsquad]

Aua, das hört sich ja böse an...

[Kaiser-F]

Ich hab immer noch diese blöde Störung an den Versorgungen...

Abhängig von der Chopperfrequenz und vom Strom.

Ich hab mir jetzt mal ne HPStepPro von www.nc-step.de bestellt.

[ManuelB]

Gerade bei hochfequenten und hohen Strömen ist das Layout normalerweise sehr wichtig. Ich hab bei den Toshiba IC auch noch etwas Probleme in den Mirkoschrittpositionen, da sich hier Störungen bilden. Ein Layout hatte ich mal das gar nicht funktinoniert hat. Es wird immer auf eine sternpunktförmige Massenführung hingewiesen, sowie dass verhindern von langen Schleifen in der Leiterbahnführung.

MfG
Manu

[1hdsquad]

Und, neue Platine schon geätzt? *gespannt*

[ManuelB]

Mir fällt gerade ein. Was noch recht häufig verbreitet ist bei stärkeren SM-Karten Varianten ist eine aktive Resonanzdämpfung.

MfG
Manu

[Kaiser-F]

Nein, ich warte erst auf die Karte von NC-Step.

Will einfach mal sehen wie die funktioniert, und wie die Signale bei dieser
aussehen. Bevor ich noch eine Platine versemmel... da kosten mich die Bauteile
alleine schon 70€...

Die fertige karte von NC-Step ca. 100€...

Verwendung hab ich ja dafür.

Die Frage ist, warum ich mir nicht gleich drei von NC-Step kaufe:
Die Antwort darauf ist, dass ich einfach erfahrung in diesem Sektor
sammeln will.

[Kaiser-F]

@Manu,

kannst du über den Begriff "Resonanzdämpfung" im Bezug auf SM-Endstufen vielleicht noch ein paar Worte verliehren?

[1hdsquad]

Oh, das hört sich ja sehr interessant an, hast du da Links zu? Gerade beim Google-Check nichts gefunden auf die Schnelle...

[1hdsquad]

Argh, mein letzter Post ist ja viel zu spät gekommen... Warum werde ich nicht benachrichtigt? *nerv*

[ManuelB]

Ich hab ja das Buch von Felix Schörlin. Darin werden elektronische Methoden zur Resonanzunterdrückung beschrieben. Im Prinzip wird der Phasenstrom betrachtet. Das "Pendeln" des Motors ruft eine Wechselkomponente hervor, die ausgewertet werden kann. Darauf können entweder die Schrittimpulse moduliert werden ( mehr oder weniger Verzögerung in den Schrittimpulsen) oder der Phasenstrom wird moduliert (Eilt der Rotor vor wird der Strom verringert bleibt er zurück erhöht). Ausprobiert oder Erfahrung habe ich damit nicht. Glaube z.B. die Eurostep von Ostermann hat Resonanzunterdrückung und auch z.B. die Beaster von Benezan.
Ich kann dir die Seiten des Buches auch noch mal zukommen lassen wenn Interresse besteht.

MfG
Manu

[1hdsquad]

Ja, wäre nett wenn du das machen könntest, danke!

[Besserwessi]

Durch den Mikroschrittbetreib sollten eigentlich kaum noch Resonanzen angeregt werde. Man sollte eventuell noch mal nochmessen ob der Mikroschrittbetrieb wirklich funktioniert, oder ob es da zu größeren Abweichungen kommt. Ein Problem könnte dabei die PWM regelung sein, die ja eine Mindestbreite des Impulses vorgiebt. Bei hoher WPM Frequenz könnte es sein das die kleinen Stromabstufungen nicht mehr so gut gehen. Beim ersten Versuch mit niedrigerer PWM frequenz habe ich da keine solchen Resoanzen bei langsamen Frequenzn gehört, das Problem sollte also eigentlich lösbar sein.

[ManuelB]

Hallo nochmal,
die Doku zur HP-Step mit Schaltplan hattest Du gesehen?
http://www.nc-step.de/pdf/hpsteppro_doku_20.pdf
Nur so falls nicht ;)

Achso, solche Sachen wie Probleme auf den Spannungen sollten natürlich priorität haben, da sie sich oft auf die Funktionen auswirken. Gerade die "kleinen" Sigale wie Referenzspannungen oder fehlerhafte Logik Impulse sind anfällig.

MfG
Manu

[1hdsquad]

Und, gibt es was neues? *neugier*

[Kaiser-F]

Ja,

Ich hab nun die SM-Karte von NC-Step ausprobiert.
Funktioniert, ohne Störungen...

Hab jetzt eine neue Version meiner Karte konstruiert, und speziell
auf den Abstand von Kondensatoren zu H-Brücke geachtet.

Ich hoffe noch, dass sich ein Professor für Leistungselektronik für mich Zeit
nehmen kann, um mal kurz über den Schaltplan und das Layout zu werfen.

Erst dann baue ich die Version 4 :-)

Ich rechne mit kommender Woche.

[Feratu]

ARRRG falscher thread bitte entfernen oder sowas XD ](*,)

[Kaiser-F]

D U R C H B R U C H !

Endlich läuft die Karte!

1/128 Schritt-Betrieb! Total Ruhig, Total Störungsfrei!

http://www.sir-kaiser.de/upload/MVI_1476.AVI

Verwendet wurde ein Digitaler Signalprozessor von TI!

Einstellbar von 0,1A bos 10A in 0,1A-Schritten, 48VDC!

Puh, Leistungselektronik hat schon was an sich!

[WhiteDevil]

gut gemacht schöne sache^^ und mach net son lärm mit deinem finger :-b

[ManuelB]

Glückwunsch,
gut Ding will Weile haben ;)
Hm, muss ich mir auch mal anschauen die Signalprozessoren.

MfG
Manu

[molleonair]

..kannst du vieleicht mal den verwendeten DSP Typen angeben.
meine Eigenbau-Endstufen laufen mit dem LMD18245 bis 16tel mikroStep aber ich hätt gern auch bissl mehr Leistung.

Gruß Daniel

[ManuelB]

Ich krebs hier noch Problemen rum mit DAC und L6506. Bei mir läuft der Motor dann so rau, weil um den Nullpunkt herum die Stromwerte nicht aktualisiert werden bzw. nicht den angelegten Referenzwerten entsprechen. Warum auch immer :( Kommt dann der Nulldurchgang macht er einen zu großen Sprung.
Muss mir das noch mal alles anschauen mit dem Duty Cycle des Stromreglers und dem mögliche Minimalstrom. Das muss doch gehen. Die HP Step läuft ja auch.

MfG
Manu

[WhiteDevil]

Haste auch ein film wo man mal den motor hin und her laufen lässt?

[Kaiser-F]

http://www.kaiser-mechatronik.de/forum/P1010501.JPG

So, jetzt mag ich nimma! Neue überarbeitete Version geht immer noch nicht!

Wird wieder verdammt warm, schon bei 2A.... ich verstehe es ned!

Was sind schon 2A bei 10kHz ?

Bestelle jetzt bei nanotec - keine Lust mehr...

[ManuelB]

Hallo,
schade, sieht doch rein optisch sehr schön aus. Steuern die FETs richtig durch?

MfG
Manu