Brushlessmotor entkoppeln

[Manta22]

Hallo!

Ich habe ein System, welches 8 Brushlessmotoren (6S Lipo, 30A max. / Stück) steuert. Es ist alles komplett aufgebaut und funktionsfähig. Allerdings hätte ich gerne die Möglichkeit die Motoren vom System zu entkoppeln. Sprich eine Art Schalter zwischen Regler und Motor, der die Leitung trennt (aber nicht mechanisch), damit nichts schief gehen kann wenn ich daran arbeite. Es müssen die Motorleitungen getrennt werden, da die Hauptleitung immer zur Verfügung stehen muss. Ich habe schon viel gesucht, bin aber auf keinen grünen Zweig gekommen welches Bauteil ich hier verwenden könnte. Ich dachte etwa an einen Leistungs Mosfet als Schalter. Funktioniert das dann damit überhaupt? Brushlessmotoren werden bipolar angsteuert, soweit ich weiß und ich bin mit nicht sicher, ob es denn entsprechende Mosfets gibt.
Ein anderer Gedanke wäre ein "robuster" Analogschalter, was aber aufs gleiche hinausläuft.
Zur Ansteuerung des Schalters habe ich an einen Arduino gedacht (also leistungsmäßig sehr niedrig), da im System mehrere dieser verwendet werden und mir noch ein paar Ausgänge frei geblieben sind.

Über Tipps und Vorschläge würde ich mich riesig freuen!

lg
Manta22

[PICture]

Hallo!

Fürs Schalten von bipolaren Signalen eignen sich z.B. Thyristoren.

[Manta22]

Danke für die Schnelle Antwort!

An Thyristoren hab ich auch schon mal den einen oder anderen Gedanken schweifen lassen. Das Problem dabei ist allerdings der 0 Durchgang - oder in dem Fall der Sprung auf den steilen Ast der Kennlinie.

Ich würde den Thyristor / Mosfet / (was es nun auch wird), nicht zum Steuern verwenden, sondern als schaltbaren Widerstand, der dann entweder "leitet" - ~0 Ohm hat, oder eben "sperrt" - vollen Widerstand aufweißt.

lg

[PICture]

Wenn man einen Thyristorgate mit Gleichstrom steuert, dann ausser erstem und letztem 0 Durchgang übrige meistens unbedeutend sind. ;)

[Che Guevara]

Hi,

ich gehe jetzt mal davon aus, du redest von Brushlessmotoren ohne Hallsensor (OctoCopter?).
Da sollte es reichen, eine der drei Adern mit einem Transistor, MosFet, etc... zu unterbrechen. Der BL-Controller benötigt nämlich alle drei Leitungen, um sowohl den Motor anzusteuern, als auch den Kommutierungszeitpunkt zu bestimmen. Wenn jetzt eine Ader fehlt, kann er dies nicht mehr und der Motor sollte nicht mehr anlaufen. So sparst du dir 16 Bauteile (wenn du jeweils alle drei Adern durchtrennen würdest).
Jedoch wäre ich vorsichtig damit, nicht dass durch einen Fehler im Betrieb ein Motor ausfällt (oder zwei, was bei nem Octo im schlimmsten Fall zu nem Crash führt).

Gruß
Chris

[robin]

Was hast du denn für BL-Controller? Vielleicht kann man da ja den Enable des MosFet-Treibers ansprechen.

[nikolaus10]

Tyristoren sind da eher ungeeignet, letztlich sind es geschaltete Dioden und haben damit auch in modernen Schaltungen einfach eine zu hohe Verlustleistung.

Kr

[ranke]

Sprich eine Art Schalter zwischen Regler und Motor, der die Leitung trennt (aber nicht mechanisch)

Die Schalter sind im Prinzip schon im Regler drin, für jede der drei Stränge zwei MOSFets. Vermutlich gibt es eine Ansteuerung für den Regler, bei der die Motoren nicht bestromt werden. Das wäre der augenscheinlich einfachste Weg, erzähle uns, was dagegen spricht!


damit nichts schief gehen kann wenn ich daran arbeite

"Schief gehen" bedeutet, dass der Motor loslaufen könnte, obwohl man gerade seine Finger im Propeller hat? Ein mechanischer Schalter, der die Energieversorgung der Motortreiber unterbricht hätte da durchaus seinen Reiz, auch wegen des geringen elektrischen Widerstands im EIN-Zustand. Aber auch wegen der eindeutigen Sichtbarkeit des Schaltzustandes. Welche Bedingungen sprechen gegen einen mechanischen Schalter? Allerdings weiß ich da auf Anhieb nichts für die angedachten 240A zu nennen. Ich vermute, Gewicht spielt auch eine Rolle? Erzähl mal ein bißchen mehr was Du machst.
Wäre eventuell eine mechanische Blockade der Motoren eine Alternative?

[Manta22]

Das ganze wird / ist eine "Cargovariante" eines Octocopters. Wie ranke schon richtig bemerkt hat, hat ein mechanischer Schalter durchaus seine Vorzüge, die aber in der Luft besonders durch diverse Vibrationen usw. alle schnell ihren Anreiz verlieren (wenn der mechanische Schalter die Verbindung löst ists Schluss mit lustig bei dem Gerät - gilt auch für den elektrischen, ist schon klar!)

Ich habe mich weiter umgesehen und glaube doch eine zufriedenstellende Lösung gefunden zu haben. Über den Ausgang meines Arduinos einen Optokoppler ansteuern, der mir dann schlussendlich einen Triac schaltet. Damit sollte es funktionieren.

Mehr oder Minder eine Schaltung der Art:

http://flosserver.dyndns.org/bilder_TriacSchaltung/Triac_Schaltung.png


Was meint Ihr dazu? Das sollte doch klappen ;) ?

@ ranke:
Schief gehen bedeutet hier die Hand im Propeller zu haben.

lg
Manta22

[Besserwessi]

Triac oder Tyristoren sind bei Gleichstrom und so kleinen Spannungen ungeeignet: da geht einfach zu viel Spannung verloren, und sofern schon ein Strom fließt kann man damit auch nicht ausschalten.

Sinnvoll möglich wäre es mit einem (oder ggf. auch je Motor getrennt) MOSFET die Versorgung zum Motorcontroller zu unterbrechen. Günstiger wäre an sich ein N-Kanal Typ - allerdings wäre das dann in der GND Leitung, was die Ansteuerung kompliziert macht. Ein P-Kanal FET ist größer und teurer, geht aber in der + Leitung.

Ein mechanische Bremse ist aber auch keine schlechte Idee.

[ranke]

... hat ein mechanischer Schalter durchaus seine Vorzüge, die aber in der Luft besonders durch diverse Vibrationen usw. alle schnell ihren Anreiz verlieren ...

Man kann sich die Mosfet Variante mal durchdenken. Ich würde trotzdem die mechanische Lösung noch in Betracht ziehen. Es könnte so etwas wie eine Flachsicherung (http://de.wikipedia.org/wiki/Schmelzsicherung#Kleinspannungssicherungen.2C_KFZ-Sicherungen) oder ein anderer geeigneter Kurzschlußstecker sein. Stecker gibt es massenhaft auch in vibrationssicherer Ausführung (KFZ). Ich sehe folgende Vorteile gegenüber der von Dir favorisierten elektronischen, softwaregesteuerten Version:
Schaltzustand jederzeit augenfällig,
die Fehlerszenarien, bei dem die Motoren anlaufen solange der Stecker gezogen ist sind überschau- und beherrschbar,
einfach, preiswert, leicht, klein,
geringer ON-Widerstand.

[Manta22]

Ich würde trotzdem die mechanische Lösung noch in Betracht ziehen.

Ganz klar und einleuchtend, habe ich mir am Anfang auch gedacht. Das Problem neben den Vibrationen usw. ist die Betätigung des mechansichen Schalters. Der Oktokopter ist grob 2 x 2 Meter groß und umzingelt von 4 doppelten Rotoren je 29.5' (~ 75cm). Egal welche Variante ich mir vorstelle, wenn ich den mechanischen Schalter schließe, ist mein Arm irgendwo zwischen den Rotoren. Das ging bis jetzt auch gut (Starten des Systems war bis jetzt mit den Händen den Akku anschließen), doch ich will es nicht daraufan kommen lassen.


Sinnvoll möglich wäre es mit einem (oder ggf. auch je Motor getrennt) MOSFET die Versorgung zum Motorcontroller zu unterbrechen. Günstiger wäre an sich ein N-Kanal Typ - allerdings wäre das dann in der GND Leitung, was die Ansteuerung kompliziert macht. Ein P-Kanal FET ist größer und teurer, geht aber in der + Leitung.

Könntest du das näher ausführen? Ich weiß echt nicht, wie genau du das meinst.

lg
Manta22

[Besserwessi]

Den Strom auf der Verbindung Motortreiber/Kontroller - Motor zu unterbrechen ist kompliziert. Zum einen müsste man wohl je Motor 2 Leitungen trennen und der Strom fließt in beide Richtungen. Bleibt also eigentlich nur die Unterbrechung des Stromes vor dem Motortreiber. Als Trennelement kommt da neben der mechanischen Lösung halt ein MOSFET in Frage (Triac, Tyristor, BJT oder IGBT habe zu viel Verluste).

Will man einen N-Kanal MOSFET nehmen, müsste der in die neg. Leitung (meist GND), wenn man keine extra Hilfsspannung haben will. Wenn man damit den kompletten Akku trennen will, geht das - wenn man nur die Motoren incl. Treiber Trennen will, aber den zentralen µC für die Steuerung weiter versorgen will, wird es schwierig, weil sich die Steuersignal von zentralen µC zu den Motortreibern i.A. auf die GND Leitung beziehen. Zum Trennen der positiven Versorgung passt halt ein P-Kanal MOSFET besser, die sind aber halt etwas teurerer als N-Kanal - so groß ist der Nachteil aber auch nicht, schließlich stört die größere Gate Kapazität hier nicht, weil ja nicht extra schnell geschaltet werden muss. Wenn der Haupt-µC / Funkempfänger weiter laufen soll, wäre meine Wahl der P-Kanal MOSFET (etwa ein IRF_4905 oder etwas größer (ggf. kleinere Spannung), bzw. auch 2-4 Stück davon parallel).

Es bleibt aber weiter die Frage wie die extra Abschaltung bedient werden soll. Wenn man nicht mechanisch ankommt bliebe eigentlich nur ein Funksignal (bevorzugt wohl auch unabhängig von der normalen Steuerung) als eine Art Notaus. Zur Not ggf. auch ein IR Signal - Ein IR Signal wäre ggf. auch der Richtige Weg für das wieder scharf stellen.

[Klebwax]

Den Strom auf der Verbindung Motortreiber/Kontroller - Motor zu unterbrechen ist kompliziert. Zum einen müsste man wohl je Motor 2 Leitungen trennen und der Strom fließt in beide Richtungen. Bleibt also eigentlich nur die Unterbrechung des Stromes vor dem Motortreiber. Als Trennelement kommt da neben der mechanischen Lösung halt ein MOSFET in Frage (Triac, Tyristor, BJT oder IGBT habe zu viel Verluste).

Will man einen N-Kanal MOSFET nehmen, müsste der in die neg. Leitung (meist GND), wenn man keine extra Hilfsspannung haben will. Wenn man damit den kompletten Akku trennen will, geht das - wenn man nur die Motoren incl. Treiber Trennen will, aber den zentralen µC für die Steuerung weiter versorgen will, wird es schwierig, weil sich die Steuersignal von zentralen µC zu den Motortreibern i.A. auf die GND Leitung beziehen. Zum Trennen der positiven Versorgung passt halt ein P-Kanal MOSFET besser, die sind aber halt etwas teurerer als N-Kanal - so groß ist der Nachteil aber auch nicht, schließlich stört die größere Gate Kapazität hier nicht, weil ja nicht extra schnell geschaltet werden muss. Wenn der Haupt-µC / Funkempfänger weiter laufen soll, wäre meine Wahl der P-Kanal MOSFET (etwa ein IRF_4905 oder etwas größer (ggf. kleinere Spannung), bzw. auch 2-4 Stück davon parallel).

Das sehe ich auch so. Wobei man, was gerne hier im Forum gemacht wird, die Spitzenströme von Motoren nicht unterschätzen sollte.

Ich würde mal prüfen, ob man mit einem High-Side Switch, etwa wie der BTS550, die gesamte Motorversorgung oder auch gruppenweise einzelne Motoren abschalten kann. Der gesamte Aufbau müßte aber induktionsarm und niederohmig aufgebaut sein, sonst handelt man sich mehr Probleme ein, als man andere löst.

MfG Klebwax

[Andre_S]

Hallo Manta22

mit der doppelten Sicherheit, da auch dieses System gesteuert werden muss, erkaufst Du Dir aber auch ein deutlich höheres Ausfallrisiko!
Die Sicherheitsdiskussionen hatten wir mit den größeren E-Helis früher auch, letztendlich blieb es zumindest bei mir, beim mechanischen Steckverbinder der Stromversorgung. Alles was Du da dazwischen baust muss irgendwie auch gesteuert werden, bietet somit zwar eine nochmalige Sicherheit aber auch gleichzeitig eine zusätzliche Fehlerquelle. Muss unter Spannung gearbeitet werden gibt es ja noch die Steckverbindung Regler und Motor, wobei wie hier schon erwähnt, je nach System die Auftrennung einer Verbindung reichen sollte.

Den Sicherheitsaspekt würde ich eher in dem Regler sehen. Kommt natürlich auf die Wahl des Reglers an, was hast Du den da für Bedingungen?
Zumindest sehe ich dort das größere Potential. Also bei uns ist in den Jahren nie ein Motor ungewollt angelaufen. Im Gegenteil, erst mit entsprechender zielgerichteter wechselseitiger Signalaussteuerung wurden unsere Regler aktiv, da war es völlig egal welches Signal zum Zeitpunkt des Ansteckens der Stromversorgung anlag bzw. ob überhaupt was anlag. Unabhängig davon das es für die Sicherheit nach der Aktivierung noch den Throttle Hold Schalter gab.

Und bei ca. 75 cm welches zwar im Vergleich zum größeren E-Heli klein ist, könnte ich mir vorstellen laufen die bei vernünftiger Steuerung doch auch erst an und nicht sofort mit hoher Drehzahl/Leistung. Sicherlich erheblich schneller als bei 1,40m und vergleichbaren Größen aber doch bestimmt so, dass man beim Stecken der Verbindung noch reagieren könnte...


Gruß André

[Manta22]

Hallo! Antwort kommt leider etwas verspätet, aber Arbeit geht nunmal vor der Bastelei.


...mit der doppelten Sicherheit, da auch dieses System gesteuert werden muss, erkaufst Du Dir aber auch ein deutlich höheres Ausfallrisiko!

Schon klar, dass ich damit eine Fehlerquelle mehr bekomme. Doch will ich es nicht wirklich riskieren.


...erst mit entsprechender zielgerichteter wechselseitiger Signalaussteuerung wurden unsere Regler aktiv, da war es völlig egal welches Signal zum Zeitpunkt des Ansteckens der Stromversorgung anlag bzw. ob überhaupt was anlag. Unabhängig davon das es für die Sicherheit nach der Aktivierung noch den Throttle Hold Schalter gab.

Ist natürlich auch integriert und mir ist auch noch nie ein Motor ungewollt angelaufen. Ich hatte es bisher allerdings auch nicht mit Modelle dieser Art zu tun.

An dieser Stelle mal ein großes Dankeschön an alle Rückmeldungen und Vorschläge. Ich werde mich mal an dem Vorschlag von Besserwessi, dem P-Kanal Mosfet in der Versorgungsleitung versuchen und es an einem kleinen Modell testen ;).