Schaltfrequenz & Strombegrenzung verbessern

[TheTeichi]

Hallo Leute,

ich habe bereits einen Thread geöffnet zu meiner Schaltung bezüglich eines Drehzahlstellers für einen Gleichstrommotor.

Nun möchte ich gerne die Strombegrenzung und die Schaltfrequenz verbessern. Die jetzige Strombegrenzung ist 10A und die Schaltfrequenz von 0,6-2kHz.

Ziel ist es die Strombegrenzung auf 21A zu setzen und die Schaltfrequenz von 5-20kHz. Weiß jemand wie ich das anstellen kann. Ich kann mir nur vorstellen dass ich hier ein paar Widerstände ändern muss damit ich das bewerkstelligen kann....jedoch weiß ich nicht wie ich das berechnen bzw. erzielen kann. Wäre daher für jede Hilfe dankbar.

Noch zu sagen ist folgendes:

Die Schaltung ist ausgelegt auf max.10A und max 12-24V. Sie sollte zum Schluss ~21A leisten UND 36V. Man kann die Schaltung im folgenden Thread finden:

https://www.roboternetz.de/community/showthread.php?52887-Drehzahlsteller-f%FCr-600W-Motor

Genaue Daten über Schaltung:

http://www.h-tronic.com/Presse/download/BA_1191507_DrehzahlstellerV2.pdf


Wie gesagt ich bin für jede Hilfe dankbar.


PS: Das Problem mit der Schottky-Diode + anderen etwaigen Bauteile ist bereits gelöst, damit die Schaltung die neuen Werte aushält. In der Beschreibung steht 5-20kHz....aber in der Schaltung was ich gekauft habe steht in der Bedienungsanleitung nur 0,6-2kHz...das glaube ich auch mehr als das was im Internet steht, da diese Angaben direkt vom Hersteller H-Tronic kommt.

[Hubert.G]

Also zuerst, die Angaben sind ohne Gewähr.
R10 auf 0,01 Ohm ändern.
Für die Frequenz im Datenblatt des SG3524 nachsehen, da gibt es eine Berechnung der Schaltfrequenz auf Seite5.
Nach dieser Rechnung sollte die Schaltfrequenz zwischen 4kHz und 23kHz liegen, wenn die Werte aus dem Schaltplan stimmen. Ansonst den C13 verringern.
Der FET hält 104A Dauerstrom aus, wenn der Motor blockiert bist du dann schon im Grenzbereich.
Du könntest noch einen zweiten FET gleichen Typ parallel schalten, an den Source-Pin gehört dann noch ein 0,001Ohm Widerstand die dann beide auf den R10 gehen.

[TheTeichi]

Danke für die sehr schnelle antwort!

Kannst du mir sagen, wo ich einenn 0,01ohm widerstand herbekomme...ich find nämlich.keinen :-(.

U zu meiner zweiten frage...was würde mir der zweite fet dann bringen? Kannst du mir das mit einer skizze zeigen was du meinst?

Lg mike

[Hubert.G]

So kleine Widerstände sind ein Problem. Entweder mehrere parallel schalten oder selbst aus Widerstandsdraht herstellen.
Ein zweiter FET würde für eine bessere Lastverteilung sorgen, ob es notwendig ist, muss man probieren.18668

[PICture]

Hallo!

@ TheTeichi

Falls möglich, sollte sich der Strom sogar besser teilen, wenn man 2 MOSFETs mit gleichen Widerständen 0,01 Ohm im Source paralell schaltet (siehe Code). In dem Fall müsste man die tatsächliche Strombegrenzung mit ca. doppelten Wert sehen, da die Spannung nur aus 1em Source abgenommen wird.




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(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[TheTeichi]

So kleine Widerstände sind ein Problem. Entweder mehrere parallel schalten oder selbst aus Widerstandsdraht herstellen.
Ein zweiter FET würde für eine bessere Lastverteilung sorgen, ob es notwendig ist, muss man probieren.18668

meinst du mit der lastverteilung das was PICture gemeint hat?

lg

[TheTeichi]

Hallo!

@ TheTeichi

Falls möglich, sollte sich der Strom sogar besser teilen, wenn man 2 MOSFETs mit gleichen Widerständen 0,01 Ohm im Source paralell schaltet (siehe Code). In dem Fall müsste man die tatsächliche Strombegrenzung mit ca. doppelten Wert sehen, da die Spannung nur aus 1em Source abgenommen wird.




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funktioniert das wirklich so?

lg

[PICture]

Wenn 1 + 1 = 2, dann schon. :)

[Hubert.G]

Die von PICture gezeigt Lösung ist an sich noch besser und einfacher.
Allerdings würde ich die 0,022Ohm Widerstände belassen, da durch jeden Zweig etwa 10A fließen.
Für die Stromüberwachung ändert sich dadurch nichts.
Allerdings würde ich 0,022 Ohm Widerstände nehmen, es fließen in jedem Zweig etwa 10A. Für die Stromüberwachung würde sich dann nichts ändern.18674

[TheTeichi]

also die schaltung von dir HUBERT gefällt mir gut.

Also denkst du mit deiner letzten schaltung funktioniert das alles ganz gut und ich kann die strombegrenzung hinaufsetzen?.....mit zwei FET's kann ich dann die doppelte strombegrenzung (also 20A) erzielen?


dann hab ich noch eine kleine frage:

Auf der Platine ist der GND mit einer Leiterbahndicke von 5mm versehen....sollte ich auch hier (sowie am + Pol) einen 2,5² sicherheitshalber dazu löten?




PS: ihr seits toll, danke für die hilfe!

[Hubert.G]

Wenn du, wie in meiner Schaltung, zwei FETs verwendest, wird der Strom, wie in der ursprünglichen Schaltung, nur von einem FET gemessen. Das sind dann max. 10A.
Die 10A des zweiten FET werden nicht gemessen.
Den kompletten Strompfad zu verstärken, ein 2,5² ist vielleicht etwas übertrieben, kann sicher nichts schaden.

[TheTeichi]

und wenn ich die schaltung von picture nehme und dort 0,022 Ohm reinsetze.....erziele ich dann die strombegrenzung 20A?
nicht böse sein picture, ich bin nur gerne auf der sicheren seite und frage nach einer zweiten meinung :).

wäre es sehr schlimm wenn ich statt den 0,01 die 0,022 nehme?

lg

[Hubert.G]

Die Originalschaltung ist für 10A ausgelegt, bei 10A fallen am 0,022Ohm Widerstand 0,22V ab. Diese Spannung wird ausgewertet.
Wenn du einen FET nimmst, dann musst du den Wert auf 0,01Ohm verringern, dann fallen bei 20A am Widerstand wieder 0,2V ab die ausgewertet werden.
Wenn du zwei FET nimmst, dann teilt sich der Strom auf beide FET auf, sodaß du wieder 0,022 Ohm nehmen musst um wieder 0,22V für die Auswertung zu haben.
Die Schaltung von PICture und meine zweite Schaltung sind bis auf die Widerstandswerte ja identisch.

[TheTeichi]

ok die schaltungen sind bis auf die widerstände ident....du sagst aber dass mit deiner schaltung ich nicht die strombegrenzung erhöhen kann....picture meint aber dass es mit seiner geht....jetzt bin ich leicht verwirrt ^^

[Hubert.G]

Der maximale Strom erhöht sich in der Schaltung automatisch da du ja zwei Stromzweige hast mit je 10A, aber nur einen Zweig auswertest.
Dadurch musst du in deiner Schaltung nichts ändern, ausser den zweiten FET und Widerstand neu dazu geben.

[TheTeichi]

ahhh danke, jetzt hab ichs verstanden :).

VIELEN DANK !!! :D


aja Hubert ich habe nachgerechnet mit den werten die eingebaut sind komme ich auf eine frequenz von ~4kHz und ~27kHz....also das müsste eigentlich genügen...wenn ich über 10kHz gehe, habe ich gehört, bin ich außerhalb vom hörbaren bereich....d.h. ich hab kein "rauschen" in der schaltung...stimmt das?

ich werde deine variante verwenden hubert, weil ich die 0,022 ohm als festwiderstand erhalte....den 0,01 und 0,001 nicht ^^.

[PICture]

Damit es ganz klar wird: der Strom verdoppelt sich ganz genau, nur wenn beide MOSFETs identisch sind, sonst muss mann den kleineren Strom überwachen bzw. mit Sourcewiderständen die Ströme einstellen um gewünschte Summe zu haben. ;)

[TheTeichi]

ja ich nehme natürlich den identischen typ ^^

[PICture]

Zwei MOSFETs vom identischen Typ sind selten identisch, wenn es um Parameter geht (hier Drainstrom bei identischer Gate-Source Spannung), also lieber nach dem Aufbau kontrollieren. ;)

[TheTeichi]

ok ja....aber es sind keine mega dimensionen ^^...muss ja nicht 1:1 verdoppeln

[Hubert.G]

Wenn du es ganz exakt machen willst, dann gehören noch einige Änderungen dazu.
Im Schaltbild siehst du den TC4427A, das ist der FET-Treiber. Dieser hat einen IN2 der auf GND liegt. Dieser IN2 gehört von GND getrennt und mit IN1 verbunden.
Das Gate des zweiten FET musst du dann mit OUT2 verbinden. Die Anschaltung würde dann so aussehen:18676

[TheTeichi]

danke hubert.

kleine frage am rande: was würde mir diese änderung bringen? einfach das die kreise getrennt sind oder? theoretisch sollte es aber auch mit der anderen variante funktionieren, richtig?

[Hubert.G]

Es würde etwas mehr Ansteuersicherheit für die FET bringen. Diese IRL2505 habe eine große Eingangskapazität, diese muss man mit jedem Einschalten und Ausschalten laden und entladen. Bei 20kHz wird die Umladezeit schon relevant.

[PICture]

Wenn du es ganz exakt machen willst, dann gehören noch einige Änderungen dazu.

Das kannst du nur als Info betrachten, wenn du nicht ganz exakt haben musst. Die einfache Schaltung vom Hubert.G halbiert jedoch die Umschaltverluste den beiden MOSFETs und ist bei hochlestung Schaltungen sehr empfehlenswert. ;)

[Hubert.G]

Wenn die FETs im Betrieb sehr warm werden, dann solltest du es aber schon machen.

[TheTeichi]

ja sie werden schon warm....und da ich es schon "genauer" haben möchte, bau ich die schaltung auf das um.

kennt sich von euch wer mit target 3000! aus? ich hab die schaltung schon fertig gezeichnet bin aber anscheinend ein kleiner "noob" wenn es um platzierung von bauteilen geht, damit wenig überschneidungen sind.....der autorouter macht mir zu viele brücken ^^.

weiß auch wer....bei diesen strömen welche leiterbahndicke sollte ich da wählen UND der abstand von der leiterbahn wär ich hilfreich :)

lg

[TheTeichi]

kann man die schaltung eig auch auf einen zweiquadrant umbauen? relativ einfach mein ich ^^

[Hubert.G]

Beim Target kann ich dir nicht helfen, arbeite mit Eagle.
Leiterbahnen die hohe Ströme führen können mache ich zum einen so breit wie möglich und löte einen 1² Draht noch darauf.
Man muss darauf achten das die Leiterbahn über die gesamte Länge gleich breit ist, Engstellen wirken da sehr schnell als Sicherung.
Was meinst du mit einem zweiquadrant?

[TheTeichi]

eagle würde ich gerne verwenden, aber ich habe die schaltung gerade in target fertig gestellt.....ich hab so viel zu tun...ich wäre echt froh wenn mir jemand ein printlayout machen könnte für meine schaltung :(

also mit zusätzlich deinem vorschlag mit zwei mosfets usw....
ich hätte ja alles, bin aber sehr schwach in der materie mit leiterbahnen in der konstruktion :(.


zweiquadrant betrieb...das ist, dass man einen motor vorwärts betreiben kann und bremsen....ist egal, wollt nur mal nachfragen...ich bremse sowieso mit einer hydraulischen bremse ^^ (das bremsen ist nur ein zusatz für mich damit der motor schneller still steht, nicht weiter wichtig).

[TheTeichi]

@hubert:

mir ist ein kleiner fehler bei deiner schaltung aufgefallen und zwar fehlt ein knotenpunkt!
die verbindung die von R10 weg geht passt, jedoch muss diese auch mit R10X verbunden werden, da diese sonst in der luft hängt.
oder irre ich mich hier?

lg

[Hubert.G]

Nein, das ist kein Fehler. Die beiden Widerstände R10 und R10x sind für eine gleichmässige Stromaufteilung auf die beiden FETs notwendig.
Die Leitung die von R10 weggeht ist für die Stromüberwachung.

[TheTeichi]

dann würde die strombegrenzung aber nur für den einen zweig gelten oder? weil der zweite ist dann nicht einmal damit verbunden

[TheTeichi]

wäre es überhaupt falsch wenn ich diese verbindung mache...sagen wir es einmal so....

[Hubert.G]

Die Strombegrenzung ist für beide Zweige aktiv, nur die Überwachung wann die Strombegrenzung einsetzen soll, wird nur von einem Zweig genommen.
Diese Verbindung wäre falsch. Die Stromaufteilung auf die beiden FETs würde nicht mehr funktionieren.

[TheTeichi]

Kannst mir das genauer erklären? Ich bin da sehr neugierig :-)

Lg

[021aet04]

Jedes Bauteil ist einzigartig. Die Kennwerte liegen bei jedem Bauteil in einem bestimmten Bereich (bei Widerständen hat man die Toleranz in Prozent). Wenn man jetzt die beiden Fets direkt verbindet hat ein Fet einen etwas höheren Widerstand und der andere einen niedrigeren. Dadurch sind die Ströme durch die Fets unterschiedlich. Dies gleicht man mit den Widerständen etwas aus.

Einige Bauteile bekommt man speziell gepaart. Diese haben fast die gleichen Eigenschaften und sind speziell dafür ausgewählt (sind auch teurer als normale). Dies ist aber eher für Messgeräte,... wo es sehr genau sein muss gedacht.

MfG Hannes

[Hubert.G]

Wenn an beiden FET die gleiche Gatespannung anliegt fließt, aufgrund Fertigungstoleranzen, durch Drain-Source trotzdem nicht der gleiche Strom.
Wenn sich der FET, der mehr Strom übernimmt erwärmt, verringert sich der Innenwiderstand und der Strom steigt noch weiter an. Im ungünstigsten Fall geht das bis zur Zerstörung.
Durch den Spannungsabfall am Widerstand in der Source-Leitung verringert sich die Gate-Source-Spannung und damit auch der Strom durch den FET.
Auf diesem Weg wird verhindert das ein FET den Großteil des Gesamtstrom übernimmt und dadurch möglicherweise den Hitzetod stirbt.

[BASTIUniversal]

Hallo!


Wenn sich der FET, der mehr Strom übernimmt erwärmt, verringert sich der Innenwiderstand und der Strom steigt noch weiter an.

Diese Aussage stimmt für FETs leider nicht. Bei FETs steigt der Innenwiderstand mit steigender Temperatur.
Beispiel IRF1404:
T=20°C R=100%
T=100°C R=148%

Der Anstieg des Widerstands reicht aber meistens nicht aus um die Fertigungstoleranzen auszugleichen.

Für Bipolartransistoren stimmt die Aussage aber. Dort übernimmt der wärmere Transistor noch mehr Strom und kann so durch Überhitzung zerstört werden.

Gruß
Basti