Motoren bringen µC zum Absturz, trotz Kondensatoren, Dioden etc...

[lebratmaxe]

Hallo zusammen,

nachdem ich bis jetzt nur im Wissen-Bereich gelesen habe, gibt es bei mir ein Problem, bei dem ich echt nicht mehr weiter weiß:

Ich betreibe Scheibenwischermotoren an einem L6203 Brückentreiber mit enable-PWM, Frequenz 122 Hz. Im Prinzip funktioniert auch alles. Allerdings bringen die Motoren ab und zu die angeschlossenen µCs (ATmega644p und ATmega2560) zum Absturz. Das Problem tritt nur auf, wenn die Motoren angeschlossen sind. Sind zu Testzwecken nur LEDs angeschlossen, funktioniert alles. Im Schaltplan nicht eingezeichnet ist ein 100 nF Kerko zwischen den Motorausgängen (M2_A / M2_B). Dieser sorgt dafür, dass das Problem seltener auftaucht. Ich habe hier auch schon 220 nF benutzt, hat aber nichts gebracht. K1 und K3 sind Relaiskontakte, die den Motor mit dem IC verbinden, diese sind im Betrieb immer geschlossen.

Hat jemand eine Idee? Ich bin zwar technisch fit, aber Leistungselektronik ist jetzt nicht mein größtes Spezialgebiet.
Viele Dank

[PICture]

Hallo!

Möglicherweise wird es hilfreich: https://www.roboternetz.de/community/threads/60642-Quadruped-und-er-l%C3%A4uft?p=571452&viewfull=1#post571452 . ;)

[Peter(TOO)]

Hallo,

Die erste Frage ist, wie di Störung zum Controller gelangt.

1. Die Störungen können "durch die Luft", also durch ungeschickte Leiterführung übertragen werden.

2. De Motorenströme können Spannungsabfälle in der Masseleitung erzeugen, damit werden dann die Pegel am Controller verschoben.

3. Die Störungen können über die Speisespannung verteilt werden. Wie erzeugst du die Spannung für den Controller? Der wird ja nicht mit den +24V betrieben.

MfG Peter(TOO)

[HeXPloreR]

Hallo,

ich habe auch keine große Ahnung Leistungselektronik, aber ich Tippe hier entweder auf Kurzschluss oder auf Spannungseinbruch

Wann tritt der Fehler ganz genau auf? - bei drehen linksrum, oder rechtsrum - beim Umschalten wären der Linksdrehung auf Rechtsdrehung?
Hier zu sagen das Problem tritt ab und zu nur auf, aber ganz besonders wenn die Motoren angeschlossen sind, finde ich etwas Sinnfrei wenn das die Hauptanwendung sein soll.

Hat der L6203 Freilaufdioden integriert?

An welcher Spannung hängt der µC - die gleiche die auch der Motor erhält? Schalrungs-aufbau/-plan?

Viele Grüße

[lebratmaxe]

hmm.. die Versorgung ist so:
24 V Blei-Gel Akkus -> dicke Elkos (2x 4700 µF) -> DC/DC-Konverter zu 5 V -> Eklo für 5 V -> 100 nF Kerkos direkt an den µCs.
Da sollte doch eigentlich nichts fehlen, bis vll. die Diode in der Zuleitung. Das sehe ich jetzt aber auch zum ersten Mal. Es ist auch nicht so, dass die µCs resetten. Sie bleiben wirklich hängen, zu sehen, dass z.B. manche Ausgänge aktiv bleiben.

edit, zur Beantwortung der Fragen:
- Der Fehler tritt einfach ab und zu auf, unabhängig von PWM-Level oder Drehrichtung.
- Die µCs und die Motor-ICs haben getrennte Massen, die nur an einem Punkt verbunden sind. Die Leiterbahnen sind schon so verlegt, dass nicht z.B. die Motorleitung gerade unter einem µC verläuft.
- Weitere Dioden als in dem Schaltplan-Ausschnitt gibt es nicht. Der Schaltplan wurde aus dem Datenblatt übernommen, siehe Anhang hier im Beitrag.

[Peter(TOO)]

Halo,

Was ist mit KerKos am DC/DC-Wandler?

Auch wenn es die unsinnig erscheint, bei 4'700µF noch 100nF parallel zu schalten, macht das eben elektrisch einen grossen Unterschied. Es gibt nun mal keine idealen Bauteile!
Zudem verhalten sich unterschiedliche Wandler auch unterschiedlich, da sollte man auch den Typ wissen.

Mit deiner Beschreibung wird das so nix :-(

Störungen haben immer mit dem mechanischen Aufbau zu tun.
Es kommt z.B. auch darauf an, wie Nahe in C irgendwo angeschlossen ist. Jeder Draht ist auch ein Widersand und eine Induktivität.

MfG Peter(TOO)

[nikolaus10]

Hallo

Wenn der MicroController nicht resetet und nur die 3 Steuereingaenge "haengen" sollte man versuchsweise 3 Optokoppler dazwischen schalten.
Notfalls helfen auch 3 mal 4,7k Widerstaende.

KR

[Peter(TOO)]

Hallo KR,

Wenn der MicroController nicht resetet und nur die 3 Steuereingaenge "haengen" sollte man versuchsweise 3 Optokoppler dazwischen schalten.
Notfalls helfen auch 3 mal 4,7k Widerstaende.
Nur, was willst du mit diese Bastelei beweisen?

Eigentlich nur, dass irgendwelche Störströme über die Pins fliessen.
Damit hast du bewiesen, dass der Aufbau besch....eiden ist und das man die EMV-Problematik nicht im Griff hat.

MfG Peter(TOO)

[Michael]

- Die µCs und die Motor-ICs haben getrennte Massen, die nur an einem Punkt verbunden sind. Die Leiterbahnen sind schon so verlegt, dass nicht z.B. die Motorleitung gerade unter einem µC verläuft.
Einfach so in (irgend)einem Punkt verbinden reicht nicht. Ein Blick auf's Layout wäre hilfreich.


Nur, was willst du mit diese Bastelei beweisen?
sehe ich auch so, demnächst mit Funk? ;)

Gruß, Michael

[Tido]

Dasselbe Problem habe ich auch bereits gehabt: Bei mir war der Treiber allerdings ein L298. Der Controller hat nachweislich keinen Reset durchgeführt (u.a. dank Startmelodie erkennbar). Geholfen hat ein 2200uF-Elko direkt an der Versorgung des L298.

[lebratmaxe]

Ich bin beeindruckt über die Fülle der Antworten. Hier im Anhang der komplette Schaltplan der Motorsteuerung und auch das Layout. Die grauen Klötze sind die Spulen.
Es wird allerdings noch ein weiterer µC "beeinflusst", der auf einer anderen Platine sitzt.
@ Tido: Die Elkos sitzen schon ein Stück weit weg von den Motor-ICs.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Wie ich bereits geschrieben habe:
Jeder Draht oder Leiterbahn ....
... ist auch ein Widerstand. Erzeugt also proportional zum Strom einen Spannungsabfall.
... ist eine Induktivität. Der komplexe Widerstand hängt von der Frequenz ab.
... bildet mit benachbarten Leitern einen Kondensator.
... funktioniert als Antenne.

Diese Wert hängen aber rein von der Geometrie ab, sind also im Schaltschema nicht ersichtlich.

Hinzu kommen dann gegebenenfalls noch Probleme mit Fehlanpassung und Reflektionen.
Und RLC bilden zusammen Schwingkreise!

Kondensatoren sind auch nicht Ideal!
Ein praktischer Kondensator hat, neben de Kapazität auch eine Induktivität, z.B. bei einem Wickelkondensator daran ersichtlich, dass die Platen aufgewickelt sind wie eine Spule. Dazu kommt der ohmsche widerstand der Anschlüsse und der Platten selbst.
Du hast also grundsätzlich nie eine reinen Kondensator, sondern eine RLC-Serienschaltung. Di konkreten Werte hängen von der Bauform ab.
Auch das Dielektrikum hat sein Mängel:
Auch das beste Dielektrikum hat Leckströme und es entstehen im Dielektrikum Verluste, welche wiederum Frequenzabhängig sind.

Steile Signalflanken haben viele Oberwellen. Man kann problemlos mit einem 1 MHz Rechtecksignal den UKW-Bereich um 100 MHz stören.

Mit einem Kondensator erreichst du, dass die Flanken etwas flacher werden, also de Anteil an Oberwellen zurück geht.

Auch ein Widerstand ist ein RLC-Glied, einfach ersichtlich ist es bei einem gewickelten Drahtwiderstand, dessen Aufbau unterscheidet sich nicht grundsätzlich von dem einer Drossel. Bedrahtete Widerstände bestehen aus einem Keramikröhren welches mit der Widerstandsschicht überzogen ist und in welches eine Wendel eingeschliffen wird. SMD-Widerstände haben meist eine mäanderfömige Struktur, also eine 2D-Spule.

Das Leben als Techniker besteht aus lauter Kompromissen.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Hallo,

Hier im Anhang der komplette Schaltplan der Motorsteuerung und auch das Layout.
Also das Layout ist so unbrauchbar, da finde ich nicht mal den Quarz.
Es fehlen die Bauteilbezeichnungen und z.B. die Angabe des Pin 1 beim Prozessor.

Mit diesen Unterlagen artet das ganz in Reverseingeneering aus und dazu habe ich kein Lust!

Das auch noch ein anderer Prozessor betroffen ist, beweist nur, dass du ein massives EM-Problem hast.

MfG Peter(TOO)

[lebratmaxe]

Ja richtig, ich habe ein massives EMV-Problem:( Und anscheinend leider keins, was einen offensichtlichen Grund hat...
Im Anhang das Layout einmal nur mit Bauteilen und Bezeichnungen, einmal komplett.

[Michael]

Ja richtig, ich habe ein massives EMV-Problem:-( Und anscheinend leider keins, was einen offensichtlichen Grund hat...
ich nenn dir jetzt mal 3 Stellen, die einen offensichtlichen Grund darstellen:
-fett GND außen rum
-C45/46 dicke Kerkos aber dünne Leiterbahnen, da brauchst du auch keine Kondensatoren
-R32/C33 genauso, dazu noch viel zu weit weg vom Geschehen.
Da gibt es noch geschätzte 20 Stellen auf dem Board, aber diese grauen Klötze verdecken viel.
Sollen das die Entstörspulen sein? Die gehören so dicht wie möglich an den Motor (wie C45/46), d.h. weg von der Leiterplatte.
usw. und so fort.

Gruß, Michael

[PICture]

Effektive EMV Enstörung einer Schaltung garantiert nur für HF "hermetische" Metallgehäuse mit per Durchführungskondensatoren + inneren Drosseln mit Kondensatoren ("pi filter") angeschlossenen Zuleitungen.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Ja richtig, ich habe ein massives EMV-Problem:( Und anscheinend leider keins, was einen offensichtlichen Grund hat...
Im Anhang das Layout einmal nur mit Bauteilen und Bezeichnungen, einmal komplett.

Also der Bestückungsplan ist immer noch unter aller Sau!
Da ist einfach zu viel übereinander gedruckt und nicht lesbar.

Die C-Förmige Masse ist eine Katastrophe. Besonders weil die Öffnung des Cs irgendwie über SV3, ein Flachbandkabel und das Netzteil wieder geschlossen wird. Da weiss nicht mal der Strom wo er durch soll. Und er Arme Controller bezieht da in der Mitte irgendwie seine Masse !

Du solltest die Masse am Stecker verbinden und oben unterbrechen. Damit erreichst du, dass die grossen Ströme von den Motoren nicht teilweise linksrum und teilweise rechtsrum fliessen.
Die Massen de Controllers solltest du dann irgendwo beim Stecker anschliessen, noch besser wäre es, dem Controller eine eigene Massleitung im Kabel zu spendieren.

BTW: Wie lange ist das Flachkabel und welchen Leiterquerschnitt hat es ?
Rechne mal nach, du hast da schnell mal ein paar 100mV Spannungsabfall auf dem Kabel.

Die Masseführung direkt am Controller ist auch alles andere als sauber, aber nicht wirklich erkennbar, da ist zu viel übereinander um eine Bahn wirklich verfolgen zu können.
Auch sieht man nicht was da unter dem Quarz los ist, der Oszillator ist auch so eine kritische Stelle und da sollten, auf beiden Seiten, keine Leiterbahnen durch führen.

Druck doch bitte die Layer mal einzeln aus!
So ist es zu mühsam.

MfG Peter(TOO)

[lebratmaxe]

@Michael: Ja das sind Spulen, und zwar die hier: L-PISR 15µ (http://www.reichelt.de/Power-Induktivitaeten-SMD/L-PISR-15-/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=73065&GROUPID=3709&artnr=L-PISR+15%C2%B5&SEARCH=L-PISR+15%B5) Ich weiß, das ist nicht die beste Lösung, aber es waren die einzigen, die auf die Platine gepasst haben.
@ Peter: Ich habe mal bottom und top einzeln gedruckt. Bringt das jetzt was?
Die Sache mit dem "Stromweg" in dem Ring ist allerdings ein Argument... Das Flachbandkabel ist nur 10 cm lang.

[Holli_]

Effektive EMV Enstörung einer Schaltung garantiert nur für HF "hermetische" Metallgehäuse ... Ein Metallgehäuse mindert nur die Abstrahlung nach außen bzw. die Einstrahlung von draußen. In diesem Fall ist schon die Platine selbst ihr größter Feind. Die Bauteile wurden dort platziert wo gerade Platz war und überall sind kreuz und quer Leiterbahnen verlegt. So wie es aussieht hat auch der Autorouter einen Teil der Leiterbahnen verlegt. Hier sollte man besser ganz von vorn anfangen. Steuer- und Leistungsteil räumlich getrennt, möglichst kurze Bahnen für hohe Ströme, die Masse sternförmig zusammenführen. Kondensatoren zur Entstörung gehören dorthin wo der Strom fließt und nicht irgendwo an die Seite mit dünnen Bahnen. Auf der anderen Seite ist das wieder ein Beispiel wie so was doch irgendwie funktioniert, zumindest eine gewisse Zeit. Und dann wäre noch zu klären ob der µC wirklich "abstürzt" oder schlicht das Programm in irgendeiner Schleife hängen bleibt.

[PICture]

Hier sollte man besser ganz von vorn anfangen. Steuer- und Leistungsteil räumlich getrennt, möglichst kurze Bahnen für hohe Ströme, die Masse sternförmig zusammenführen. Kondensatoren zur Entstörung gehören dorthin wo der Strom fließt und nicht irgendwo an die Seite mit dünnen Bahnen.

Genau ! Zwischen den Platinen sollten keine große Ströme fliessen, nur Steuersignale. :D

[triti]

Hi,
a) über den L6203 hört man auch recht unfreundliche Sachen. Spinnt angeblich gern. Mach mal wie Tido sagt.
b) so ein Problem am µC hab ich auch gehabt. Habe den mit einer Schottkydiode "entkoppelt", dann 100µF, dann ZD4V7, und direkt am IC 100nF Keramik (gehört ohnehin). Das hat geholfen. (Einem spezialisten stellts wahrscheinlich die Haare auf -aber wenn es hilft... )

[Peter(TOO)]

Hallo,

... Das Flachbandkabel ist nur 10 cm lang.
Welcher Querschnitt (AWG) ?

Die AGND an Pin 18 geht auch sonderbare Wege.

Grundsätzlich kann ein Massebahn nie zu breit sein!
Auch darf +5V breiter sein.

Die schmalen Bahnen nimmt man für Signale, überall wo Strom fliesst, nimmt man möglichst breite Bahnen und kurze Wege.
Du kannst natürlich eine Gattereingang mit einer dünnen Bahn mit Masse verbinden, dann aber an diesem Pin nichts mehr anschliessen, was Strom führt.

Übrigens, unbenutzte Pins am µC sollt man mit Pull Ups versehen oder per Software auf Ausgang mit festem Pegel schalten.
Pull Ups haben den Vorteil, dass bei geänderter Hardware, die neue Software auf der alten Hardware keine Kurzschlüsse verursacht.

MfG Peter(TOO)

[lebratmaxe]

Also, ich habe die Schaltung heute morgen etwas überarbeitet:
- GND-Ring aufgetrennt
- Diode vor dem 5V-Regler (Kerkos hatte der schon)
- Leitungen zwischen den großen Elkos und den Motor-ICs verstärkt
Das hat bedingt was gebracht, die µCs sind nicht mehr abgestürzt. Allerdings haben dann die Motor-ICs ein ähnliches Fehlverhalten gezeigt. Sie haben einfach durchgeschaltet und waren nicht mehr zu steuern.
Der wichtigste Hinweis kam wohl von Tido: Ich habe einen 470 µF Elko (mehr hatte ich nicht rumliegen) so nah wie möglich an die Motor-ICs gemacht. Seit dem gibt es keine Probleme mehr.
Vielen Dank soweit, das Problem ist zumindest fürs erste behoben.

[PICture]

Wunderbar ! :D

Du siehst aber jetzt selber, dass nur Analyse von Schaltpläne und Layouten nix bringt.

[White_Fox]

Als Empfehlung fürs nächste Mal:

http://www.amazon.de/EMV-St%C3%B6rungssicherer-Aufbau-elektronischer-Schaltungen/dp/3834817813/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1387288166&sr=8-1&keywords=emv

Es ist wirklich sehr lesenswert.

[Peter(TOO)]

Hallo,

EMV ist nie ein Problem, sondern es sind viele kleine Tropfen, welche das Fass zum Überlaufen bringen.

Du handelst dir immer hier ein paar mV und dort noch 10mV ein und am Schluss hast du genug zusammen, damit alles spinnt.
Und die meisten Probleme sind eben nicht im Schema zu erkennen, sondern stecken im mechanischen Aufbau.

Du solltest jetzt aber noch nicht locker lassen mit optimieren!
Dein Prototyp funktioniert jetzt erst mal, aber due brauchst noch Luft, für Bauteiltoleranzen und für extern eingestrahlte Störsignale.

MfG Peter(TOO)

[lebratmaxe]

Vielen Dank für den Buchhinweis, das werde ich mir mal in der Uni-Bib holen.

Für den aktuellen Prototyp reicht die Lösung jetzt. Es ist eh geplant, in der neuen Version des Motortreibers den VNH3SP30 einzusetzen. Mal schauen, was das dann für Probleme gibt...