DIY Brushless Regler 60 A mit Hall Sensor

[erik_wolfram]

Hallo,

ich habe mir als Ziel gesetzt, ein elektrisch angetriebene Bierkiste zu bauen. Die Mechanik sehe ich als unproblematisch, die größte Herausforderung sehe ich momentan im Antrieb.
Das ganze soll mehrere Ausbaustufen haben und zunächst mit 3 12V Starterbatterien in Betrieb genommen werden, später mit Lithium-Akkus und ggf. einem eigenen BMS.

Um meine Berechnungen mit praktischen Messwerten zu bestätigen habe ich einen Turnigy SK3 5065 Motor mit 235 KV gekauft und mit einem einfachen Regler (Hobbyking ESC HK-60A) an einem alten Fahrrad montiert. Damit konnte ich an 12 V die angepeilten 12 km/h erzielen (mit der entsprechenden Übersetzung).

Da der Regler Sensorlos arbeitet muss man das Fahrrad natülich anschuppsen...

Jetzt folgt der nächste Schritt: ein eigener Brushlessregler der den Motor effekiv ansteuert, geregelt anfahren kann und die aktuellen Werte mitschreibt (Strom, Spannung, Temperatur etc. ...)

Hierzu habe ich zunächst den vorhandenen Regler von seiner Schrumpfschlauch-Verpackung befreit und versucht die verwendeten Bauteile ausfindig zu machen:

Zunächst ist ein Step-Down-Wandler mit einem nachfolgenden LM7805 vorhanden. Weiterhin ein Atmel Mikrocontroller.
Die Mosfets ( Aufschrift M3016D 543 / 545 ) sind für High- und Low-Site jeweils im Dreieckpack parallel geschaltet. Getrieben werden sie mit einem Treiber ( 5109B PCDI - der TI LM5109B scheint naheliegen).
Was ich vermisse ist ein Shunt!

Wie wird hier die Strommessung umgesetzt? Kann es sein, dass hier der Spannungsbafall über die Mosfets betrachtet wird? Es scheinen keine weiteren Bauteile vorhanden zu sein, die den Strom in irgendeiner weise messen könnten.

Gruß Erik

[021aet04]

3 Möglichkeiten, entweder keine Strommessung oder, wie du schon geschrieben hast, über die Mosfets oder was auch noch geht (allerdings nur mit OP), den Spannungsabfall an der Leiterbahn messen.

MfG Hannes

[Klebwax]

Ich bin mit einem ähnlichen Projekt zugange. Als Motor zum Testen habe ich einen Nabenmotor, der für ein Fahrrad gedacht ist. Er hat daher Sensoren. Um erstmal etwas funktionierendes zu haben, hab ich mir diesen Controler (https://www.aliexpress.com/item/DC-12V-24V-36V-500W-Brushless-Motor-Controller-Hall-motor-Balanced-Car-Driver-Board/32344517546.html?spm=2114.01010208.3.11.UqLewB&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_3_10065_10 068_10501_10000009_10503_10084_10000025_10083_1000 0029_10080_10082_10081_10000028_10110_10111_10112_ 10060_10113_10062_10114_10115_10056_503_10055_1005 4_10059_10099_501_10078_10079_10000022_10000012_10 103_10073_10102_10000015_10101_10096_10000018_1000 0019_10052_10053_10107_10050_10106_10051-10503_10501,searchweb201603_2,afswitch_2,single_so rt_2_default&btsid=25224643-3fbf-4088-9b8d-7791dc3c0a8d) beschafft. Das hat dann schon mal funktioniert.

32351

Obwohl für diesen Test nicht nötig hab ich ihm aber schon mal einen Kühlkörper spendiert. Der war in einem früheren Leben mal ein CPU-Kühler.

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So weit ich die Ansteuerung eines BLDC verstanden habe, braucht man den Strom nicht. Das einzige, was man braucht, ist die Position des Rotors, um das Feld des Stators passend auszurichten. Wie man die Position des Rotors bestimmt, über Sensoren oder die Back-EMF, ist eigentlich egal. Den Strom braucht man dazu nicht. Auf meinem Controler erkannt man einen Shunt. Ich vermute aber, daß er für den Überstromschutz gebraucht wird.

MfG Klebwax

[erik_wolfram]

Schön zu lesen, dass ich mit dieser Idee nicht alleine bin!

Welche Leistung besitzt der Motor denn?

Der von mir ausgewählte Motor besitzt eine Leistung von ca. 2,5 kW und ist für 60 A angedacht. Der Motor hat einen Innenwiderstand von ca 20 Milliohm. Wenn ich diesen mit 36 Volt bespaße fließen deutlich mehr Ampere als die angegeben 60 A. Die Tage werde ich aber nochmal die Induktivität messen um zu gucken wie deren Einfluss darauf ist. Nichtsdestotrotz habe ich im Stillstand einen zu hohen Strom, welchen ich begrenzen muss/möchte.
Je nachdem wie linear sich der Widerstand am Mosfet verhält erscheint mir das dann als attraktivere Methode den Strom zu ermitteln.

Ich habe mir jetzt Hall-Sensoren bestellt. Allerdings analoge ohne Schaltschwelle - ich möchte die aktuelle Rotorposition genau kennen und nicht einfach nur nach einem ausgerichteten Hall-Sensor schalten (was ich natürlich auch ohne Probleme machen könnte...)

Zunächst arbeite ich mich mal in die sensorlose Kommutierung anhand der Atmel-Dokumentation ein. Ich werde aber vermutlich eher einen STM32 einsetzen - damit habe ich mich mittlerweile mehr angefreundet (obwohl Atmel gute Module für das Auswerten von Encodern und ähnlichem bietet!)

Gruß Erik

[EDIT]
Habe endlich mal das Datenblatt für die Mosfets vom Typ M3016D gefunden.
Diese besitzen einen Innenwirderstand RDSON von 4 Milliohm und können bei 25° C 19 A dauerhaft ab.

Welche Mosfets sind auf deinem Board verbaut?

[Klebwax]

Welche Leistung besitzt der Motor denn?

Die offiziellen Angaben sind 24V und 250W, wobei ich diese Werte nur begrenzt ernst nehme. Die wirkliche Grenze ist bei Elektromotoren eigentlich nur die Temperatur. Eine Spannung zu erreichen, bei dem ein Durchschlag in der Wicklung erfolgt, ist unwahrscheinlich. Dazu braucht man sicher einige hundert Volt. Und ein Strom, der die Wicklung spontan verdampft, wird man auch bei diesen Spannungen nicht erreichen. Alles andere hängt aber nur an der Temperatur. Die 250W passen auch gut zu den europäischen Regeln für Pedelecs, ein Verkaufsargument für Nichttechniker. Man kann da sicher mehr herausholen.

Ich habe ein umgebautes Fahrrad mit einem etwas größeren Nabenmotor, bei dem ich im Betrieb gemessen habe. Mit ca. 800W hab ich so knappe 30kmh erreicht. Mehr war mit den eingesetzten Batterien (10S LiFePo4) nicht zu erreichen. Da waren aber die 250W Pedelecs noch kein Thema, trotzdem kamen 800W in der Motorbescheibung nicht vor.


Der von mir ausgewählte Motor besitzt eine Leistung von ca. 2,5 kW und ist für 60 A angedacht. Der Motor hat einen Innenwiderstand von ca 20 Milliohm. Wenn ich diesen mit 36 Volt bespaße fließen deutlich mehr Ampere als die angegeben 60 A. Die Tage werde ich aber nochmal die Induktivität messen um zu gucken wie deren Einfluss darauf ist. Nichtsdestotrotz habe ich im Stillstand einen zu hohen Strom, welchen ich begrenzen muss/möchte.
Je nachdem wie linear sich der Widerstand am Mosfet verhält erscheint mir das dann als attraktivere Methode den Strom zu ermitteln.

Ich habe mir meinen Controller nur von außen angesehen. Bevor ich einen weiteren bekommen habe, will ich ihn nicht gefährden. Solange ich keinen eigenen fertig habe brauche ich die fertig gekauften zum Testen meiner Mechanik. Die FETs sind stramm auf der Unterseite montiert, die Bezeichnung ist nicht lesbar.

Der Strom wird über einen Shunt gemessen. Er ist auf meinem Bild links unten zu erkennen. Nach dem Datenblatt hat der Controller eine Strombegrenzung bei 20A und verkraftet 500W (mit einem Kühlkörper).

Den Bahnwiderstand eines FETs als Shunt zu benutzen halte ich für problematisch. Erstens ist er stark von der Ansteuerung und der Temperatur abhängig. Die Rdson Werte auf der ersten Seite des Datenblattes schreibt eher das Marketing. Die realen Widerstände, der Die des FETs muß ja auch irgendwie mit dem Rest der Schaltung und dem Motor verbunden sein, finden da keine Berücksichtigung. Zum zweiten liegt am FET, je nach Schaltzustand der Brücke, die volle Betriebsspannung an. Das erschwert die Messung der kleinen Spannung zur Strombestimmung ungemein.



Ich habe mir jetzt Hall-Sensoren bestellt. Allerdings analoge ohne Schaltschwelle - ich möchte die aktuelle Rotorposition genau kennen und nicht einfach nur nach einem ausgerichteten Hall-Sensor schalten (was ich natürlich auch ohne Probleme machen könnte...)

Das ist nicht ganz so einfach. Ich hab da mal an einem anderen Motor, der solche Sensoren hat und mechanisch wesentlich zugänglicher ist als ein Nabenmotor, Messungen gemacht. Die theoretisch sinusförmige Hallspannung, aus der man eigentlich leicht den Winkel errechnen kann, war praktisch ziemlich deformiert. Ich führe das auf mechanisch Ungenauigkeiten und Sättigungseffekte zurück. Ich hab da zwar einen Plan, wie ich das mal messtechnisch erfassen kann, das wird aber noch ein wenig dauern.

Lineare Hallsensoren lassen sich leicht aus alten CD-Laufwerken gewinnen. Der Spindelmotor hat typischerweise solche Sensoren.

32358

Wenn man genau hinschaut, sieht man die Sensoren unter den drei oberen Wicklungen. Sie haben 4 Anschlüsse, sind also reine Hallsensoren ohne eingebaute Elektronik. Damit kann man preiswert experimentieren.

Mein erstes Ziel ist es, einen eigenen Controller zu bauen, der das Gleiche leistet, wie der fertig gekaufte. Die nächsten Ziele sind dann eine digitale Anbindung an einen Fahrzeugcontroller (ein 0 bis 5V Signal ist nicht optimal), eine Drehzahlreglung, eine feinere Ansteuerung, höhere Leistung und ein besserer Wirkungsgrad. Das liegt aber alles noch in weiter Ferne. Zuerst geht es darum, daß bei einem blockierten Motor oder beim Abbremsen aus vollem Lauf kein Rauch aus dem Controller kommt.

Ich komme aus dem PIC Lager, wenn es nicht gerade etwas extrem simples ist setze ich PIC24xxx ein. Die PIC24xxMC (MotorControl) Varianten haben eine komfortable Ansteuerung für eine 3-Phasen Brücke, mit der ich bisher gut klargekommen bin. In dieser Richtung wird es also bei mir weitergehen.

MfG Klebwax

[erik_wolfram]

Ich möchte ebenfalls die Temperatur messen um die Leistung entsprechend anzupassen.
Bei dem von mir verwendeten Turnigy Brushless Motor ist die Temperatur meines Erachtens nach einer der wichtigsten Einflussfaktoren. Bei meinen ersten Versuchen ist dieser gut warm geworden. Später möchte ich auf jeden Fall eine temperaturabhängige Leistungsanpassung - das fehlt mir bei den meisten Brushlessreglern - hier wird nur zeitlich die Leistung begrenzt (10-15 s max. Strom).

Das mit den Mosfets und dem sich ändernden Innenwiderstand dachte ich mir auch - deshalb würde ich davon auch absehen und lieber einen herkömmlichen Shunt einsetzen.

Wie sieht die Hallspannung aus? Ich habe mir zunächst erstmal recht empfindliche Sensoren beschafft (ca. 30T) - vermutlich zu empfindlich... (Allegro A1120)

Mit PICs hatte ich noch keinen Kontakt - dafür sehr viel mit Atmel und jetzt STMs. Da ich grade einen Datenlogger umgesetzt habe werde ich hier wohl zu einem STM32 greifen.

[erik_wolfram]

Hallo, ein kleines Update.

Die Hall-Sensoren sind angekommen und ich habe diese heute getestet. Leider bin ich davon ausgegangen, dass die Sensoren analog sind - sie haben aber eine Schaltschwelle (ich hatte die Sensoren schonmal verwendet - aber wohl falsch in Erinnerung gehabt...). Bei meinem Brushless messe ich damit 7 Pulse / Umdrehung (14 Pole). Bei einer Drehzahl von 1300 1/min waren die Flanken sehr sauber.
In wie fern ich damit eine genaue Lagemessung umsetze ist mir noch unklar.

Nichtsdestotrotz werde ich mich als nächstes an die Leiterplatte für die Sensoren machen.

Weiterhin habe ich noch einen ACS709 Stromsensor +/-75 A zu liegen - ich habe es aber heute nicht geschafft diesen zu testen - ich bin mal gespannt, wie gut dieser geeignet ist. (Innenwiderstand liegt bei ca. 1mOhm)
Die Verlustleistung ist natürlich auch nicht ohne mit P = (60 A)^2 * 0,001 Ohm = 3,6 W.

Hast du hierzu schon einen Plan?

[Klebwax]

Bei meinem Brushless messe ich damit 7 Pulse / Umdrehung (14 Pole). Bei einer Drehzahl von 1300 1/min waren die Flanken sehr sauber.
In wie fern ich damit eine genaue Lagemessung umsetze ist mir noch unklar.

Wichtiger ist, wie es bei kleinen Drehzahlen, im Stillstand aussieht. Beim Anlaufen kommt es besonders auf den Winkel an.

Die Auswertung der drei Signale ist eigentlich recht einfach. Jeder Sensor sieht ein um 120° Drehwinkel versetztes Signal. Dabei beziehen sich die Signale auf eine "elektrische" Umdrehung. Da du 7 Pol-Paare hast, ist das 1/7 einer mechanischen Umdrehung. Der Ansteuerung ist das aber egal, sie wiederholt sich 7 mal pro Umdrehung . Die Signale sind theoretisch sinusförmig wie hier:

32370

Dein Sensor liefert ein Signal, wenn das Feld positiv ist, und kein Signal, wenn das Feld <= 0 ist. Bei drei Sensoren gibt es 8 mögliche Kombinationen. Alle Signale auf 1 (an allen Sensoren gleichzeitig ein Feld in der gleichen Richtung) oder alle Signale 0 (an allen Sensoren kein Feld) kommt nicht vor. Es bleiben also 6 gültige Codes. Damit kann man die 360° einer (elektrischen) Umdrehung in 60° große Teile zerlegen, die Position also mit einer Genauigkeit von +- 30° bestimmen. Wie die Codes für den jeweiligen Drehwinkel sind, kann man sich überlegen. Beobachtet man die drei Signale (Scope, LA oder drei LED) und dreht den Motor von Hand langsam, kann man das verifizieren. Das Ganze muß sich 7 mal bei einer mechanischen Umdrehung wiederholen.

Wenn man jetzt die drei Spulen so ansteuert, daß deren Feld möglichst orthogonal zur Rotorposition ist, sollte der Motor laufen. Dies bekommt man aber wegen der Auflösung der Sensoren bestenfalls auf +- 30° hin. Das wird dann als Blockkommutierung bezeichnet.

Mit analogen Sensoren könnte man die Auflösung verbessern. Bei den Messungen, die ich mit analogen Sensoren gemacht habe, waren die Signale leider nicht so schön sinusförmig wie im Bild. Die Magnete waren offensichtlich unterschiedlich und die Mechanik wohl nicht genau genug. Auch spielte wohl Sättigung in den Sensoren eine Rolle. Ohne intelligente Nachbearbeitung der Signale wird es schwer werden, die Auflösung real zu verbessern.

MfG Klebwax

[Unregistriert]

gibt allgemein einen guten einstieg in das thema
https://www.youtube.com/watch?v=HyhQXWIJhug

ich verfolge das projekt gespannt weiter

[Klebwax]

Weiterhin habe ich noch einen ACS709 Stromsensor +/-75 A zu liegen - ich habe es aber heute nicht geschafft diesen zu testen - ich bin mal gespannt, wie gut dieser geeignet ist. (Innenwiderstand liegt bei ca. 1mOhm)
Die Verlustleistung ist natürlich auch nicht ohne mit P = (60 A)^2 * 0,001 Ohm = 3,6 W.

Hast du hierzu schon einen Plan?

60A sind schon ganz schön sportlich. Du rechnest da 3,6W pro Milliohm aus. Nun sind 1 Milliohm leicht zu erreichen, eine schlecht angezogene Schraubklemme, eine Sicherung, eine Leiterbahn oder selbst eine Lötstelle. Dieser Rechner (https://www.becker-mueller.de/bm_Leitertemp5.php?ax=1) liefert für eine Leiterbahn mit den typischen 35µ Dicke, einer Breite von 1,25mm und 25mm Länge schon mal 10 Milliohm. Da bleiben dann bei 60A 0,6V liegen. 1m Kabel mit 2,5² hat auch schon 13 Milliohm und setzt rund 45W um (SMD Lötkolben haben auch diese Leistung).

Ich hab mal Sicherungen für 60A bestellt und war erstaunt, was ich bekommen habe. Auf dem Katalogbild sahen sie wie gewöhnliche KFZ-Flachsicherungen aus. Hier mal ein Größenvergleich:

32373

Viele von den "einfachen" Schaltungen leben von diesen Widerständen. Sie arbeiten als Strombegrenzung.

Wenn es um die Messung des Gesamtstrom des Motors geht, wird typisch ein Shunt benutzt. Auf dem Bild meines Controlers kann man den Draht, vermutlich Konstantan, erkennen. Ich hab chinesische Volt/Amperemeter, da waren entsprechende Shunts mit 75mV bei 100A mit bei.

32374

Als Maßstab hab ich ein TO220 Gehäuse draufgelegt. Die Anschlußschrauben sind übrigens M8. Mit den eingesägten Schlitzen, die man unter dem TO220 erkennen kann, ist er abgeglichen worden.

Für einen ersten selbst entwickelten und programmierten BLDC Controler wäre mir das alles zu heftig. Jeder Fehler führt zur "Kernschmelze". Ich hab bei Experimenten mit hohen Strömen schon Kabel komplett von der Isolierung befreit. Ein wenig kann ein Netzteil mit einstellbarer Strombegrenzung helfen, aber für mehrere kW ist das nicht umsonst. Ich werd erstmal mit wenigen A starten und mich an die 10 bis 20A (250W+) herantasten.

Im Augenblick haben aber andere Projekte Vorrang.

MfG Klebwax

[erik_wolfram]

Hallo,
ich bin mir meines Vorhabens bewusst. Im Endeffekt denke ich, dass der Regler der vor mir liegt die gleichen Probleme hat. Zudem sind meines Wissens die 60 A für 15 s begrenzt. Weiterhin hatte ich noch nicht die Möglichkeit die volle Leistung auszukitzeln (ich denke das erlaubt der Regler nicht ohne weiteres).

Ich habe zunächst eine Autobatterie mit einer 60 A ANL SIcherung verwendet. Den Strom habe ich jetzt mal mit dem Hall-Sensor (ACS709) und einem Oszilloskop betrachtet - ich erhalte einen Sägezahnähnlichen Verlauf mit ca. max. 20 A wenn ich versuche den Motor mit einem Bremsklotz vom Fahrad zu blockieren. Als nächstes werde ich mir den Strom parallel nochmal mit einem Shunt angucken um zu prüfen wie "Richtig" der Hall-Sensor misst.

Die 60 A / 2 kW sind ein gesetztes Ziel - das steht aber noch in weiter Ferne! Wenn ich erstmal 10 - 20 Ampere umsetzen kann bin ich zufrieden. Generell mache ich das ja um mehr zu lernen.

Als nächstes werde ich mich noch etwas tiefer mit der Materie beschäftigen und entsprechende Arbeiten durchforsten.
@FOC: Interessantes Video - ich muss es mir aber nochmal in Ruhe anschauen!

Jetzt werde ich nochmal nach analogen Hall-Sensoren für die Rotorlage suchen - hat hier ggf. jemand einen Tip für mich?

[Klebwax]

Ich bin gerade über diesen Post in einem anderen Forum (http://www.mikrocontroller.net/topic/418072#4888858) gestolpert. Er beschreibt eine Halbbrücke für hohe Ströme. Weiter unten gibts noch paar Erläuterungen dazu. Da kann man bestimmt etwas abkucken.

MfG Klebwax

[erik_wolfram]

Danke für den Hinweis,

der Treiber IR2110 und die IRF3207 scheinen ja schonmal eine interessante Kombination zu sein! Schön wäre es natürlich, wenn der Rdson etwas kleiner als 4,5 mOhm wäre...
Ich werde nochmal gucken, ob ich noch andere Alternativen finde. Momentan vergleiche ich noch den ACS709 mit einem 2 mOhm Shunt - bis jetzt sieht das eigentlich recht gut aus. Der ACS709 hat den Vorteil, dass er galvanisch getrennt ist und ein mehrfachabgriff so kein Problem ist.

Bei Reichelt habe ich jetzt den Allegro 1324 LUA-T Hallsensor gefunden - leider mit 5 V Betriebsspannung. Momentan arbeite ich für VErsuchsmessungen nur mit einem Arduino, da geht das ohne Probleme. Für einen STM und 3,3 V Pegel wäre eine passende Spannung schöner...

[EDIT] grade gefunden: IRFS7530 mit max 2 mOhm

[Klebwax]

[EDIT] grade gefunden: IRFS7530 mit max 2 mOhm

Bevor du über den Rdson der FETs spekulierst, denk an die 16mm² Stromschienen in dem Beispiel aus dem Link oder an die M8 Schrauben an dem Shunt in meinem geposteten Bild. Wenn du das nicht im Griff hast kommts auf ein paar Milliohm in den FETs nicht an.

MfG Klebwax

[erik_wolfram]

Hallo,

das mit dem Querschnitt ist mir bewusst. Ich werde vermutlich massive (gefräste) Kupfer-Schienen/Einlagen vorsehen. Nachdem ich mich fast für den IRFP3006 entschieden habe bin ich bei der Suche bei Infineon auf viele interessante application notes gestoßen. Neben einem 1 kW Brushless-Treiber wird detailiert ein 5 kW Treiber beschrieben:
INFINEON (http://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/20v-300v-n-channel-power-mosfet/40v-75v-n-channel-power-mosfet/channel.html?channel=ff80808112ab681d0112ab6a5d540 4c8#ispnTab3)
Ich denke da bekommt man viele nützliche Anregungen, grade was die Querschnitte angeht. Außerdem scheinen mir die Bauformen sehr attraktiv (Rdson < 1 mOhm) - wie gut (und teuer) die erhältlich sind ist etwas anderes...

Gruß Erik

[Unregistriert]

Hi Erik,

suche mal das:
HB-UM-1BLDC0412_A3930.pdf

VG
Peter

PS: SD Card läuft?

[erik_wolfram]

Danke für den Hinweis. Der A3930 scheint interessant, aber ich frage mich, wie gut dieser Regler anlaufen kann. Da er Digitale Hallsensoren verwendet fällt die Auflösung der Rotorlage recht gering aus.
Andererseits ist der Baustein eine gute Alternative, wenn man eine eigene Ansteuerung umgehen will.
Bis jetzt möchte ich mich aber erstmal selber versuchen um viel lernen zu können.

Ich habe mich jetzt noch weiter bei Infineon umgeguckt. Nun gefällt mir der IRFS7434 recht gut:

Rds(on) < 1 mOhm
Vds = 40 V
Icont. = 240 A

Das Package ist ein D²PAK-7 - damit ist Drain und Source mit einem relativ großen Querschnitt herausgeführt.
Vds könnte ein bisschen größer ausfallen. Kosten tut der ca. 3,10 € / stk.

Bei einem Milliohm Widerstand und einem Strom von 70 A beträgt die Verlustleistung lediglich 4,9 W - wenn ich 2 verwende nur 2,45 W pro Mosfet.
Zunächst habe ich mal kurz ein Layout für die Halbbrücken skizziert um Querschnitte und Lage der Kontakte/Anschlüsse grob festzuhalten. Die Spannungsversorgung werde ich durch große Kupferbleche mit einem großzügigen Querschnitt versehen.
Generell werde ich mit zwei Leiterplatten arbeiten: eine Isolationsgefräste Leiterplatte mit 70 µm (oder mehr wenn verfügbar) für die Leistung und eine geätzte mit 35 µm für die Ansteuerung/Logik.

Ein Bild des Entwurfs ist im Anhang. Der Nutzen fällt mit 100 x 47 mm noch recht gering aus. Hinzu kommen noch Befestigungsschrauben und Temperatursensoren an den Flächen U, V und W für den Motoranschluss.
Ob ich die Anordnung nochmal ändere wird sich später zeigen.

Jetzt überlege ich wie ich die Kühlung gestalten könnte:
Eventuell würde ich die Kupferschienen oberhalb der Leiterplatte vorsehen und Thermal-Vias nutzen um die Wärme der Mosfets auf die Unterseite der Leiterplatte zu führen und dort über eine Isolationsfolie einen Kühlkörper anbinden.
Die Ansteuerungsplatine würde ich dann mit größerem Abstand oberhalb der Leistung anordnen - da habe ich aber noch bedenken wegen der großen Ströme und möglichen Einkoppelungen.

@Peter: Ja die SD-Karte läuft - habe jetzt einen schicken Datenlogger mit Touchscreen :)


32404

[Thomas$]

bei dem Rds(on) spielen eher die Umschaltverluste eine Rolle
so ganz grob 0.5* (ton+toff)* I * U * fpwm

[Unregistriert]

Hi Erik,

der A3930 ist "nur" der Treiber, der Rest wird bei mir durch MC realisiert. Durch eine Lageregelung des BLDC gibt es beim Anlaufen kein Problem.
..und die Bierkiste soll bergauf doch genauso schnell wie bergab fahren .. oder?

Ob man bei einem Sack voll Bauteilen mehr lernt, als bei einem fertigen IC glaube ich nicht.

Analoge/digitale HallSensoren..eine Steuerung erkennt Schrittfehler, mehr ist nicht notwendig.

VG
Peter

[erik_wolfram]

Also bei durchgeschalteten zwei von vier FETs pro Halbbrücke komme ich auf max. 5 W Verluste (Ohmisch und Umschalten) pro FET Worst-Case.
Unter der Annahme, den Motor nur 15 Sekunden bei Maximalleistung laufen zu lassen sollte sich das in Grenzen halten.

Das Layout habe ich mitlerweile etwas abgeleitet - allerdings zunächst zu Gunsten der Ansteuerung. Der Querschnitt scheint mit 70 µm Leiterdicke akzeptabel für die 35 A pro FET (mit den 15 Sekunden).
An die großen Schraublöcher möchte ich mit 10 - 15 mm² Kupferschienen die Abwärme ableiten und die entsprechenden Potentiale zuführen. Falls ich die Leiterplatte doch nicht fräsen sollte könnte ich einen zweiten Layer auf der Rückseite nutzten um mit Thermal-Vias und großflächigen Kontaktflächen eine bessere Wärmeabfuhr zu erzielen.

32412

Die Gate-Anschlüsse und deren Leiter werde ich mir nochmal genauer angucken - vor Allem um Induktionen zu unterbinden. Die Versorgungsspannung soll theoretisch horizontal zugeführt werden um vertikal Induktion zu vermeiden.
Die Abstände muss ich sicher noch großzügiger gestalten.
Thermisch werde ich mir die Schaltung ebenfalss nochmal vornehmen und gucken, wie ich die Abwärme besser in Griff bekomme.
Nichtsdestotrotz nehme ich eine Leistungsdrosselung in kauf, wenn die Leiterplatte zu grenzwertig gestaltet ist.

Den A3930 werde ich im Hinterkopf behalten. Zunächst kümmere ich mich erstmal um die Leistung und werde dort ein vorhandenes Evaluationboard zur Inbetriebnahme anbinden.
Dann werde ich weiter sehen.
Das mit der Schrittauflösung werde ich nochmal überdenken - hier reicht mein vorhandenes Wissen (noch) nicht aus um das beurteilen zu können.

Gruß Erik

[EDIT] Vielleicht möchte ich den Regler auch zum Rekuperieren nutzen - das steht aber noch in weiter ferne...

[Siro]

Ich würde die Stege der Leiterbahnen an den Mosfetbeinchen dicker machen..
Das ist sicher Polygon in Eagle, da kannst Du ja die Dicke einstellen. (Width) Jedes Öhmchen zählt.

Die Stege bei den Masseflächen unter dem Mosfet behindern meiner Meinung nach den seitlichen Wäremabluss über die Kupferfläche.
Auch wenn es sich besser löten lässt mit den Stegen, würde ich sie dort weglassen.

[erik_wolfram]

Vielen dank für den Hinweis.
Das hatte ich auch vor. Bei einem andere Layout habe ich das schon gemacht, das Layout dann aber verworfen.
Bei diesem hatte ich es noch nicht übernommen...

[Slowly]

Moin Erik,
benötigst Du eventuell noch ein paar Teile? Ich habe mal aus einer SMD Bestückung einige Restbestände bekommen.
Auf die Schnelle:
75N06HD 75A E-FET
2N0807 80A Transistor
2N0605 80A N-Channnel
IR2113 High/LOW side driver.

Sag Bescheid ;-)

[erik_wolfram]

Danke für das Angebot,

leider kam mir erstmal was dazwischen so, dass ich keine Zeit mehr für das Projekt hatte.
Die FETs sind jetzt ausgesucht - leider passt da nichts was du hast.
in der Zwischenzeit habe ich noch eine interessante Seite gefunden:
LINK (http://www.etotheipiplusone.net/?p=4090)
Von dort werde ich sicher ein paar Sachen übernehmen.

Gruß Erik

[erik_wolfram]

Wieder ist lange nichts passiert.
Aber der Leistungsteil liegt nun vort mir und die Halbbrückenansteuerung ist auch so gut wie fertig.
Ich habe mich hierbei sehr an dem 1kw Infineon Beispiel gehalten. Alldings habe ich da ein Verständnisproblem:

-um den Strom zu bestimmen wird Urson gemessen.
-die Spannung wird mit einem LM324 um den Faktor 30 verstärkt
-der LM324 wird mit 12 V versorgt
-bei dem verwendeten MIcrocontroller handelt es sich um einen XMC1302 - dieser Veträgt maximal Vcc + 0,3 V an allen Eingängen. (mit Vcc max 5 V)
-wenn die Halbbrücke auf Masse schaltet leuchtet mir die Verstärkung ein

Aber wenn die Halbbrücke auf Versortgungsspannung schaltet wird diese um den Faktor 30 Verstärkt - der OPV LM324 kann dann zwar nur grade so 12 V ausgeben
- die sollten dem Mikrocontroller aber nicht gefallen???

Habe ich da einen Denkfehler? Zwischen OPV und MC ist ein 2,2 kOhm Widerstand.

[RoboHolIC]

Zwischen OPV und MC ist ein 2,2 kOhm Widerstand.
Ohne den µC zu kennen - üblich sind Chip-interne Klemmdioden an jedem Pin hin zu Vcc und GND. Die können oft einige Milliampere ableiten. Im hiesigen Fall beträgt der Ableitstrom etwa (12-5) Volt / 2,2 KOhm, also etwas mehr als 3 mA. Dieser Strom fließt in die Chipversorgung. Es muss sichergestellt sein, daß dieser fremde Strom in allen Fällen auch verbraucht wird, sonst könnte die Vcc via Vcc-Klemmdiode auch mal über das erlaubte Maß gepusht werden. In dieser Schaltung kaum; bei minimalistischen, extremen LowCurrent-Designs könnte das aber durchaus passieren.