Schrittmotor Steuerung über MOSFET H-Brücke

[daniel.weber]

Hallo zusammen,

ich habe mir eine kleine Platine gebastelt die einen Mega32 und eine doppelte H-Brücke enthält. Ursprünglich war die Schaltung für die Ansteuerung zweier DC-Motoren gedacht. Nun habe ich aber noch einige von den Schaltungen über und wollte mal testen, ob ich damit Schrittmotoren betreiben kann.

Also das Programm schnell angepasst und einen bipolaren Schrittmotor an beide H-Brücken angeschlossen.

Nun mache ich das im Programm so;
Ich setze die beiden Spuhlen nach dem Schema im RN-Wissen mit der erforderlichen Polarität unter Strom, warte dann 10ms und mache den nächsten Schritt (sind ja bei Vollschritt 4 Schritte). Das mache ich 4 mal und dann gehts wieder an den Anfang.

Das Ergebniss ist, dass sich der Motor recht gemütlich dreht und dabei recht viel Strom zieht. Nun müsste ich doch durch Erhöhung der Frequenz, also durch Verringerung der Wartezeiten zwischen den einzelnen Umschaltphasen (die 4 Schritte) die Drehzahl erhöhen können? Das klappt aber so nicht - nur was mache ich falsch? Oder habe ich etwas total falsch verstanden?

Für Tipps und Anregungen wäre ich sehr dankbar.
Die Platine könnt ihr euch hier ansehen (http://projects.web4clans.com/index....tor-control-v1)

edit:
die MCU läuft derzeit mit 16Mhz.

[ranke]

... was mache ich falsch?

Vielleicht gibst Du Ihm aus dem Stillstand heraus eine zu hohe Drehzahl vor. Der Läufer kann wegen seiner mechanischen Trägheit dem Drehfeld nicht folgen und zittert allenfalls etwas oder läuft zufällig einige Schritte in die eine oder andere Richtung. Die Drehzahländerung pro Zeiteinheit darf nicht zu hoch sein.
Kannst Du etwas genauer beschreiben was sich tut (oder was sich nicht tut)?

[daniel.weber]

hm ja das kann sein.
Also der Motor läuft sehr unruhig und erzeugt starke Vibrationen, ich meine auch machmal zu sehen, dass er einen Schritt zurück springt.

Wie geht man dabei am besten vor? Sollte mal beim Anfahren zunächst mehr Zeit zwischen dem Umschalten der Phasen vergehen lassen und das dann langsam verringern?

[Hessibaby]

Eine Spule ist falsch herum gepolt

[Besserwessi]

Zum Anfahren sollte man die Geschwindigkeit langsam erhhöhen. Von der Software ist das meist eine Logische Ebene höher angesiedelt. Also erstmal die Routine um den Motor mit gegebener Geschwindigkeit dehen zu lassen, und dann außen rum die Routine die den Motor von A nach B fährt mit ggf. gegbener Maximaler geschwindigkeit. Da wird dann erstmal nach jedem Schritten die Geschwindigkeit vorsichtig erhöht.

Wenn man wesentlich schneller als 10 ms/Schritt werden will, wird man eventuell auch eine Stromregelung und mehr Spannung brauchen. Sonst geht der Strom zu schnell zurück und man hat zunehmend weniger Drehmoment.

Bei niedreiger Geschwindigkeit hat man eventuell noch Schwingungen um die jeweilige Sollpostion drauf. Dem könnte man noch etwas entgegenwirken mit zusätzlichen Zwischenschritten (Halbschritte).

[daniel.weber]

Hallo Besserwessi,

danke für die Tipps, ich hatte den Strom bereits durch einen PWM an den Gates begrenzt. Leider habe ich eben meine Treiberschaltung gegrillt, muss wohl ein Fehler im Layout gewesen sein, ich vermute, dass die Massefläche zu nah an den Hochstrombahnen liegt, somit gab es einen Funkenübersprung. Es kann natürlich auch sein, dass die Fets einen Hitzetot gestorben sind, obwohl die für min 40A ausgelegt sind.

Ich werde die Fets am Wochenende mal austauschen und es nochmal versuchen

edit:
habe gerade nochmal ins Datenblatt geschaut, ich habe die max. Gate Source Spannung um 4 Volt überschritten, daran könnten die dann auch gestorben sein :/

[021aet04]

Einen Überschlag glaube ich nicht. Als Faustformel gilt (für Luft) 1mm/kV. Der Fet dürfte durch die zu hohe GS-Spannung kaputt gegangen sein.

MfG Hannes

[daniel.weber]

so nach langer Suche und langem grübeln habe ich wohl das Problem gefunden. Da ich meine Treiberschaltung über Mosfets aufgebaut habe und die scheinbar eine recht lange Schaltzeit von 4ms haben, hat es beim Umschalten zwischen den Phasen immer einen kurzen Kurzschluss gegeben, das hat die Mosfets so stark erwärmt, dass sie das qualmen anfingen *g*

Nun warte ich min. 4ms beim Umschalten. Das setzt mich aber vor ein weiteres Problem, die Geschwindigkeit des Motors ist begrenzt, da ich nie unter 4ms pro Phasenumschlag kommen kann. Hat irgendwer eine Idee wie man das lösen könnte? Warum sind die Mosfets so langsam? Ich verwende IRFR1205 und IRFR5305. Das muss doch machbar sein, auch ohne extra Treiber IC.

[Feuerring]

wie kommst Du denn auf 4ms ... gemessen oder Datenblatt.

bei H-Brücken die mit PWM gesteuert werden ... solltest Du einen guten Gate-Driver verwenden damit die Umschaltzeit / Ladungsänderung so schnell wie möglich geht. In der Zeit der Umsteuerung hat ein Mosfet die höchste Verlustleistung, um so länger diese dauert und um so häufiger dies ist, um so mehr muss der Mosfet Verbraten ...

z.B. High Speed, High Voltage, High Side Gate Driver >>>> LTC4440
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/44405fa.pdf

[Besserwessi]

Ohne Treiber wird das schalten schon etwas langsamer. Aber 4 ms müssen es nicht sein. Beim P-Mosfet kann es wegen des extra Transistors dazwischen realtiv langsam werden, es sei denn man hat da realtiv niederohmige Widerstände und braucht da schon etwas mehr strom (z.B. 10 mA).

Wenn man den N-MOSFET direkt vom Port, nur mit einem kleinen Widerstand (z.B. 33 Ohm) treibt, sollte man bei den Schaltzeiten auf Zeiten von 1-5 µs kommen können. Das ist nicht wirklich gut, sollte aber schon reichen.

Der N MOSFET hier ist allerdings nicht so die beste Wahl. Die 55 V spannungsfestigkeit braucht man wohl nicht, dafür wäre aber eine niedrigere Schaltschwelle sinnvoll.

Das Problem mit dem realtiv langsamen p-FET kann man etwas umgehen, wenn man PWM nur mit den N-MOSFET macht. Der Strom fließt dann zeitweise durch die Freilaufdioden (im N FET, oder extern).