H-Brücke für Gleichstrommotor gesucht - 12V / 20A

[Sefiroth]

Guten Morgen!

Ich möchte einen Gleichstrommotor mit einer H-Brücke ansteuern, bei dem ich sowohl Geschwindigkeit (z.B. via PWM) wie auch die Drehrichtung steuern muss. An der Motorachse kann ich mittels Hall-Sensoren die
Geschwindigkeit abgreifen.

Genaue Daten zu dem Motor habe ich leider nicht, kann aber folgende
Angaben machen:
- 12V DC Motor
- Nennstrom 16A im Betrieb unter Last (im Versuch gemessen)
- Spulenwiderstand 0,6 Ohm (-> daher 20A max. Strom)

Im Roboter/Modellbau-Bereich müsste es doch öfters mal so einen Anwendungsfall geben, oder? Kann mir jemand eine H-Brücke für diesen Zweck empfehlen? Auch ein fertiges Treibermodul kommt in Frage.

Gruß,
André

[Rofo88]

Ein Fahrtenregler aus dem Modellbau sollte da passen, der braucht aber ne spezielle PWN.

[021aet04]

Vielleicht hilft dir das weiter: http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=65&products_id=90
Laut Datenblatt ist der Maximalstrom des IC 30A und die Spannung 40V.
(Nur mit ausreichender Kühlung)

[Sefiroth]

@Rofo88:
Hmm, Fahrtenregler klingt nicht schlecht. Hast Du da einen empfehelnswerten Shop an der Hand der relativ schnell liefern kann?

@021aet04:
Ja, den Chip habe ich schon gesehen. An sich perfekt, aber leider habe ich keinen Reflow-OFen und weiß nicht wie ich die großen SMD Flächen unterhalb des ICs anlöten soll. Oder ist es in der Regel kein Problem 20A durch drei IC-Pins zu leiten? Dann könnte ich den Chip mit passender Kühlung verbauen...

[schreihals]

Hi,
der in dem empfohlenen Modul verwendete IC (VNH3SP30) wird die 16A nicht dauerhaft liefern können. Sein Gehäuse kann die Wärme nicht ausreichend gut abführen.

Realistisch erscheinen mir nur Lösungen mit diskreten Mosfets. Typen im TO-220 Gehäuse oder D²-Pack sind sehr wahrscheinlich angebracht. Die Ströme und die damit verbundenen Verlustleistungen müssen entweder abgeführt werden (Kühlkörper), oder grundsätzlich vermieden werden (schnelle Gatetreiber und niedriges Rds,on). Unter Umständen kann man auch mit parallel geschalteten Mosfets im SO-8 Gehäuse arbeiten.

Wenn man den notwendigen Gatetreiber nicht diskret aufbauen will wären die Halb-Brücken-Treiber von IRF (z.B. IR2111 oder IR2184) eine gute Wahl. Deren Schwelle für die Unterspannungsabschaltung kann aber störend sein, daher muss man evntl. eine passende Hilfsspannung erzeugen.

Gruß, Schreihals

[Sefiroth]

Hi,
der in dem empfohlenen Modul verwendete IC (VNH3SP30) wird die 16A nicht dauerhaft liefern können. Sein Gehäuse kann die Wärme nicht ausreichend gut abführen.


Zunächst: Ich würde den VNH2SP30 verwenden. Ist die Weiterentwicklung von der 3er-Variante.

Aber wieso sollte ich damit nicht die benötigten 16A treiben können? Der Chip ist für 30A (Dauerstrom!) ausgelegt, also muss sein Gehäuse die Temperatur auch abführen können. Natürlich muss da noch ein Kühlkörper mit ran, um den thermischen Widerstand zur Umgebung ausreichend zu verringern. Da ich noch nicht viel in diesem Lastbereich gearbeitet habe, wollte ich dem IC gleich einen aktiven Kühlkörper verpassen, wie er zum Beispiel auf Grafikkarten montiert wird. Also ein Kühlkörper, in dem bereits ein kleiner Lüfter eingelassen ist. Mittels Temp-Sensor kann ich dann ja noch regeln bzw. Schaltschwellen festlegen, damit der Lüfter nicht immer unter Volllast läuft.

[schreihals]

Zunächst: Ich würde den VNH2SP30 verwenden. Ist die Weiterentwicklung von der 3er-Variante.

Aber wieso sollte ich damit nicht die benötigten 16A treiben können? Der Chip ist für 30A (Dauerstrom!) ausgelegt, ..

Wo steht denn das geschrieben?


.. also muss sein Gehäuse die Temperatur auch abführen können.

Meine Schätzung nach kurzem Betrachten der thermischen Ersatzsschaltung des VN2SP30: bei knapp 10A ist Schluss. (Randbedingungen: 40°C Umgebungstemperatur, Verwendung der Werte des besten Layouts im Datenblatt und ohne Schaltverluste.)

Da lässt sich vielleicht noch was verbessern aber, der Schritt von 10A auf 30A führt zur neunfachen Abwärme. Das wird wohl schwierig zu kompensieren sein.


Just my 2 cents, Schreihals

[Sefiroth]

Im Datenblatt
http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/10832.pdf

auf Seite 8...

[schreihals]

Im Datenblatt
http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/10832.pdf

auf Seite 8...

Mhmm, interessant, das ist ja super ...

Grundlage meiner Rechnung war lediglich der thermisch Widerstand vom Highside Fet zur Umgebung, siehe Seite 28.

Den Mosfet betrachte ich einfach mal als einen Widerstand von 28 mOhm, also keine zusätzliche Verlustleistung durchs Umschalten. P=I²R

Bei 30A werden dann etwa 25,2W in Wärme umgewandelt.

Den thermischen Widerstand von einem der Highside Fets zur Umgebung schätze/entnehme ich Seite 28, R1 + R2 + ... + R6 = 39.85 K/W

Daraus ergibt sich bei 25,2W dann eine die Temperaturdifferenz von über 1000°, gegenüber der Umgebung. Die Platine ist einfach ein schlechter Kühlkörper, so wird das nix.

In der Ersatzschaltung scheint R6 der thermische Widerstand von der Platine zur Umgebung zu sein. Nimmt man nun an dass die Platine durch einen wirklich guten Kühkörper ersetzt wird, also R6 = 0 K/W. Ergibt sich immer noch eine Temperaturdifferenz von beachtlichen 407°.

Da der IC ab 150°C abschaltet, müsste man also eine Umgebungstemperatur von etwa -257 °C haben ... im Labor machbar, aber sonst nicht wirklich praktikabel.

Vielleicht habe ich einen Fehler bei dieser Bierdeckelrechnung gemacht, allerdings passt es zu dem was Polulo über ihre Module mit diesen ICs schreibt, http://www.pololu.com/catalog/product/708 . Scheinbar fallen die realen ICs ein wenig besser als die Worst-Case-Daten im Datenblattes aus. Von 30A sind sie aber immer noch weit entfernt.


Gruß, Schreihals