Brushlesscontroller mit Feldorientierter Regelung

[ikarus_177]

Hallo allerseits,

für meinen Quadrocopter möchte ich selbstentwickelte Brushlesscontroller verwenden.
Ich habe bereits einen Regler, der das bekannte Verfahren über Zero-Crossing der BEMF verwendet um den Motor zu kommutieren. Dieser verwendete einen ATMega8 zur Steuerung. Funkionierte, aber nur bei relativ geringen Drehzahlen (etwa bis 9000U/min), was nicht ausreichend ist, um genügend Schubkraft zu generieren.

Deshalb möchte ich nun einen schnelleren Controller verwenden. Gemäß der Lebenseinstellung "waun scho, daun scho" (Österreichisch für "wenn schon, dann auch richtig") möchte ich nun einen dsPIC einsetzen, der den Motor mittels feldorientierter Regelung / SVM regelt, da ich mir davon einen höheren Wirkungsgrad verspreche. Nun gibt es ja von Microchip die sehr gute AN1078 (siehe hier), an die ich mich beim Entwerfen der Schaltung gehalten habe (siehe Schaltplan des MCLV-Entwicklungsboards hier).

Nun habe ich aber eine Frage zur Masse. Da meine Controller von einem separaten "Netzteil" mit den nötigen Spannungen versorgt werden, hatte ich an eine sternförmige Masseführung gedacht: die Masse des Logik- und Leistungsteils werden unmittelbar beim Akku (beide Zweige werden aus Gewichtsgründen vom selben Akku versorgt) zusammengeführt, ansonsten getrennt. Nun habe ich im Schaltplan des MCLV-Entwicklungsboards (das in der AN1078 als Demoboard verwendet wird) gesehen, dass die Komponenten (z.b. der OP / Komparator) aber mit der Leistungsmasse versorgt werden.
Meine Frage: ist das so absolut notwendig, bzw. welchen Sinn hat dies (Vermeidung von Störungen durch eventuell nicht ganz niederohmige Masseführung?)? Weiters wird auf S. 28 im oben verlinkten PDF die 3,3V-Versorgung für diese Komponenten über einen 1-Ohm Widerstand von der 3,3V-Logikversorgung getrennt, die Masse des Spannungsreglers ist aber mit beiden Massen verbunden. Kann hier vielleicht jemand etwas Klarheit in die Sache bringen?
Natürlich bin ich auch für alle anderen Kommentare zu meinem Schaltplan (siehe Anhang) dankbar und offen!

Vielen Dank & schöne Grüße

[sigo]

Kann nirgends einen 1Ohm-Widerstand entdecken. Jedenfalls nicht in den Links oben.
Der MCP6024 ist ja offenbar dein Differenzverstärker, der die Ströme an den Shunts misst.
Wenn du dessen Masse am ZENTRALEN Massepunkt, also da wo das Kabel vom Akku auf die Platine kommt abholst, bist du auf der sicheren Seite. Dann ist die Spannung an SHUNT_SUM_LOW immer positiv, da es ja einen Spannungsabfall auf der Leistungsleiterbahn gibt.
Den Rest holt der Differenzverstärker-Eingang dann mit seiner Gleichtaktunterdrückung raus.

Da deine Analoge Masse ja auch separat vom zentralen Massepunkt weggeführt wird, kannst du auch auf die Analogmasse gehen. Da auf dieser keine nennenswerten Ströme fließen, ist die genauso gut.
Insgesamt gilt: Massebahnen sind kurz und kräftig. Oder du machst gleiche eine Groundplane..

sigo

[ikarus_177]

Hallo sigo,

ich meinte diesen Schaltplanauszug:


Groundplane ist wohl nicht möglich, da ich die Platine später selber ätzen möchte und ich da nur einseitiges Basismaterial verwenden kann.

Der zentrale Massepunkt, den du angesprochen hast, befindet sich auf einer separaten Platine am Copter, von dort bekomme ich einerseits unstabilisierte 12V (direkt vom Akku) + Analogmasse sowie stabilisierte 3,3V / 5V / 15V + Logikmasse.
Analogmasse und Logikmasse sind an einem einzigen Punkt auf dieser Platine verbunden (natürlich auch mit dem Akku).

Wenn ich dich richtig verstanden habe, macht es keinen allzu großen Unterschied, ob ich den OP nun mit der Analog- oder Logikmasse versorge?
Hast du eine Idee, wofür die "Trennung" im obigen Schaltplanauszug verwendet wird?

Danke dir!

[sigo]

Hallo Ikarus,

Der 1Ohm-Widerstand ist keine Trennung sondern bildet mit dem 220µF-Elko und dem anderen C dahinter einen Tiefpass (Filter). Das ist durchaus üblich. Damit kann man die Spikes und Rauschen auf der Analogspannung reduzieren. (Die Endstufe und die Digitalelektronik erzeugen ja Spitzen auf der Spannung. Auch die Digitalelektronik, die du aus den 3,3V "digital" speist, erzeigt Rauschen auf der Spannung, das man auf der Analogseite nicht braucht..

Frage: Was du als Digitalmasse bezeichnest, ist die separat von der "Powermasse" also der Masse, die die Entstufe speist, oder ist das die Masse, die auch dei MOSFETs "sehen"?

Falls die Digitalmasse auch die Masse der Endstufe ist, würde ich die evtl. eher nehmen als die Analogmasse, weil die Masse "näher" an dem ist, was gemessen werden soll. Sonst müsste ja die Spannung den Umweg über den zentralen Massepunkt machen, was eine große Schleife wäre.

Zur Not, falls Platz ist, kannst du dir in der Leiterplatte auch einen Lötbrückenjumper für beide Massen setzen. Der kann sehr klein sein. Man lötet dann einfach einen Klecks über die eine- oder andere Seite..
So hältst du dir die Option frei. Versuch macht bekanntlich auch klug..

Viel Erfolg!

sigo

[ikarus_177]

Hallo sigo,

danke für die einleuchtende Erklärung bzgl. des Tiefpasses! Jetzt seh ich's auch

Analogmasse: dickes Kabel direkt vom Akku, wird zusammen mit +12V (auch direkt vom Akku) zur Speisung der Endstufe verwendet.
Logikmasse: Masse, die von den Schaltreglern zur Spannungsstabilisierung ausgeht; ist aber (natürlich) auch mit dem Akku verbunden (wenn auch über einen kleineren Kabelquerschnitt, sind ja keine großen Ströme zu erwarten)

Nach dem zu schließen, was du gesagt hast, wäre es wahrscheinlich "besser", die Komponenten, die direkt mit der Endstufe in Verbindung stehen, mit der Analogmasse zu verbinden, oder? Warum werden dann z.B. die MOSFET-Treiber in der Application Note mit der Digitalmasse versorgt? Für die Versorgung des ADCs vom dsPIC wäre dann wahrscheinlich auch die analoge Masse besser?

Danke dir!

[derNeue]

Hallo!

Vielleicht wäre für dich auch der Attiny261 interessant, bei dem kannst du über interne PLL die Timer mit bis zu 64MHz füttern, damit sollten auch höhere Drehzahlen zu erreichen sein.

MfG Dennis