DIY Brushless Regler für Modellbaumotoren (max. 20A)

[Che Guevara]

Hi,

also der Controller läuft jetzt schonmal, allerdings gibts noch einige Baustellen:
- Der Anlauf funktioniert nur manchmal. Momentan gebe ich einfach ein festes Drehfeld vor und hoffe, dass es eingehalten wird. Nach einiger Zeit schalte ich dann auf Interrupt um. Allerdings hab ich wohl noch nicht die "optimale" Frequenz gefunden.
- Die Schaltung funktioniert wie gesagt nur zwischen 9 & 10V , werde aber gleich mal die Kondensatoren gegen andere mit mehr Spannungsfestigkeit austauschen, evtl. (hoffentlich) liegts ja daran.
- Das Einlesen der PWM ist noch nicht fertig programmiert, ist aber lediglich das Setzen einiger Register / deuten des Wertes.
- Strom & Spannungsmessung sind auch noch nicht drin, sind aber genauso schnell gemacht.
- Richtungsumkehr per Konfiguration.
- PWM-Timer auf Hi-Res umschalten, um mehr Auflösung zu bekommen (geplant sind ca. 2000 effektive Steps). Leider ist das DB des XMega an dieser Stelle nicht sehr lesefreundlich geschrieben, auch das Internet schweigt sich weitestgehend darüber aus ...
- Einige "Kleinigkeiten" wie Blockiererkennung , Überstromdrosselung , Datenausgabe per UART (/TWI) , Temperaturmessung , ...

Technische Daten:
- Pwm Frequenz 32kHz (sauberer Lauf & schöneres Geräusch bzw. kein Geräusch als bei 16kHz)
- Auflösung: ca. 800 Steps (geplant: ca. 2000)
- Spannung: zw. 10 & 20V
- Strom: max. 20A
- InputSignal: Pwm (geplant: 1kHz)
- Output: UART (115200 Baud)
- 2 Leds zur Statusanzeige
- Strommessung --> Überstromerkennung & -drosselung
- Temperaturmessung --> Übertemperaturerkennung
- Spannungsmessung --> Unterspannungserkennung

Was mir aufgefallen ist:
- Anscheinend wird die Drehzahl auch ohne Software Regler geregelt, ich weiß aber nicht, warum das so ist. D.h. wenn ich den Motor versuche mit dem Finger abzubremsen, zieht er automatisch mehr Strom und versucht, die Drehzahl zu halten (im Rahmen der Stromversorgung).
- Die Drehzahl ändert sich in beide Richtungen (pos. & neg. Beschleunigung) sehr rasch.
- Mein TestMotor läuft fast perfekt, an einem Turnigy-Plush 10A läuft er erst garnicht an (hat einige Unwuchten / Schrammen).
- Die ganze Sache gestaltet sich leichter als gedacht.

ToDO:
Andere Motoren testen (insbesondere mit anderen kV Zahlen).
Oben erwähnte Dinge erledigen, anschließend mit Last an einem Lipo testen, Sicherheitsabstand einhalten und hoffen.

Wenn jemand Tipps / Fragen / Anregungen hat, immer her damit.

Gruß
Chris

[BMS]

Hallo,
das scheint bei dir ja alles wie am Schnürchen zu laufen
Was mir noch eingefallen ist: Die IR2184-Treiber haben eine kleine Totzeit beim Umschalten, und zwar damit highside- und lowside-MOSFET nie gleichzeitig leitfähig sind (Vermeidung von "Querströmen").
Bei hohen PWM-Frequenzen kann das ins Gewicht fallen. Das Datenblatt gibt typ. 5µs deadtime an. Bei 32kHz, also einer Periodendauer von ~31µs sind 5µs etwa ein Sechstel. Der Treiber wird also auch nur bis zu einem bestimmten Tastverhältnis folgen.
Das Tastverhältnis der PWM darf aber sowieso nicht zu lange nahe 100% sein, da der Bootstrap-Kondensator regelmäßig über den lowside-MOSFET nachgeladen werden muss.
Grüße, Bernhard

[Che Guevara]

Hi,

heute Nachmittag hat noch alles funktioniert, doch dann kam das Problem der Spannungsversorgung: Funktioniert nur zwischen 9V & 10V (ca.).
Hab mal nachgemessen und festgestellt, dass die Bootstrap Spannung Schuld ist. Diese ist nur in diesem Bereich vorhanden..
Hab schon versch. Kondensatoren ausprobiert (100nf, 220nf, 200nf), doch das alles scheint nichts zu ändern.
Gibt es da irgendwas spezielles zu beachten? Könnte es sein, dass die Diode ( 1N4148 ) Schuld ist? Oder das LNT (max. 3A)?
Der µC wird übrigens auch andauernd resetet (wenn die Bootstrap nicht funktioniert) --> evtl. kurzzeitig zuviel Strom?

Der DeadTime bin ich mir bewusst, bringt mir aber momentan nichts. Trotzdem danke für den Tipp!

Gruß
Chris

[BMS]

Eine Realisierung gibt es z.B. hier:
http://www.elektor.de/Uploads/Cache/...ized.454x0.jpg
(Elektor Wheelie)
Dort wird eine 1N4936 verwendet. Der Bootstrapkondensator ist 4,7µF parallel zu 100nF.
Grüße, Bernhard

[Che Guevara]

Ich hab gerade mal zwei 220nF parallel geschaltet und es ist schon etwas besser --> dachte mir schon, dass er zu klein ist.
Kann ich da auch einen Elko verwenden? Sieht so aus (das macht vieles einfacher).
Werde mal die Teile morgen besorgen, dann wird sich zeigen obs funktioniert.
Hab heute übrigens mal die Kosten pro Regler grob überschlagen und festgestellt, dass die reinen Materialkosten nur unwesentlich höher liegen als bei gekauften Reglern.

Vielen Dank & Gruß
Chris

[Che Guevara]

Hi,

also ich hab jetzt den Fehler gefunden:
Die Gate Widerstände waren zu groß (hatte 39Ohm). Hab jetzt mal 19.5Ohm und die Bootstrap funktioniert, werde aber wohl noch auf ca. 5Ohm runter gehen.
Jetzt muss ich noch einen / zwei Fets tauschen, einen hats wohl erwischt.
Dann kommt mal das Anlaufproblem dran. Wie macht man den sowas? Ich geb einfach eine feste Frequenz auf den Motor, ist das so richtig?

Gruß
Chris

EDIT:
Also der Fet ist getauscht, der Motor läuft sauber an und auch der normale Betrieb sieht sehr gut aus!
Jetzt kommt die Drehzahlregelung:
Ich hab die Idee, wenn die gewünschte Drehzahl (PWM-In-Signal) nicht geändert wurde, kann ich während der ersten paar Kommutierungen die akt. Kommutierungsfrequenz messen und Tiefpassfiltern. Das ist dann die Soll-Drehzahl, anhand dieser könnte ich dann die Drehzahl regeln.
ALLERDINGS:
Wenn der Motor schon von Anfang an mit erhöhter / dynamischer Last betrieben wird, ist die Soll-Drehzahl versch. Motoren nicht gleich.

Das wäre aber vermutlich auch nicht so schlimm, ist ja bei gekauften (sprich: bei meinen akt. Treibern, z.b. Turnigy Plush) ja auch nicht anders und der Copter fliegt.
Was meint ihr?

[Che Guevara]

Hi,

also Spannungsmessung, Anlauf und Drehzahlregelung funktionieren jetzt (teilweise eingeschränkt).
Das Problem ist jetzt, dass wenn ich den Propeller montiere und den Motor auf min. ca. 3/4 der max. Drehzahl bringen will, sich der µC resettet. Als Spannungsquelle verwende ich einen Lipo, das ist also definitiv nicht das Problem. Auch alle Kabel sind auf die Spannung / Strom ausgelegt ---> der Fehler muss am Layout liegen. Kann es sein, dass die Idee, eine 3V3 Fläche zu machen, doch nicht so gut war? Ich werde jetzt erst mal eine Drossel einfügen und dann mal versuchen, den Fehler etwas einzugrenzen.

Gruß
Chris

EDIT:
Hab gerade mal versucht, den µC per LNT zu versorgen und den Rest per Lipo. Trotzdem resettet sich der µC wieder, muss also wohl an was anderem liegen... Evtl. sind die Widerstände der BEMF Schaltung falsch ausgelegt, sodass der µC kurzzeitig zuviel Spannung abbekommt. Muss ich gleich mal testen.