Motor schalten über Mosfet und Transistor

[robonooby]

Bitte erkläre noch mal wie das mit den Schaltern S1 und S2 funktionieren sollte? In welcher Ordnung soll diesen eingedruckt werden, und was sollte nach deiner Meinung die Stromfluss zu den Motor sein.

Wenn du nun S2 umschaltest wird es mit Voller Kraft (ohne PWM begrenzung) zurück (?) drehen, weil es direkt von dem Accu/Batterie betrieben wird. Ist das auch deiner Wunsch? Muss das nicht mit PWM Betrieb?

Also die beiden Schalter sind in realität mechanisch so verbaut, dass immer nur einer gedrückt werden kann. Wenn ich den Motor rechts herum drehe (Schalter S1 betätigt) dann reagiert der Controller und schaltet den Motor bei einem bestimmten eingestellten Motorstrom ab.
In die andere Drehrichtung (Schalter S2 gedrückt) soll dies nicht der Fall sein. Daher der Motor ist nicht abschaltbar.

Ich habe mir das eigentlich so vorgestellt, dass der Mosfet den Stromkreis immer geschlossen hält bis der Motorstrom zu groß wird, und erst dann abschaltet. Wenn ich dich richtig verstehe, wird aber das ganze über PWM geregelt. daher je nach dem wie groß die PWM Frequenz ist, desto schneller und Kraftvoller dreht der motor?. Das würde erklären warum bei mir der Motor in die S1 Richtung langsamer dreht. Das wäre doof...

[witkatz]

Ich vermute einen anderen Grund, vielleicht ist es ein Schuß ins Blaue aber möglicherweise hilfts:
Wenn ich die Schaltung richtig sehe, wird der Motorstrom über 0.1Ohm Shunt geführt, mit Opamp x 20 verstärkt auf einen digitalen Eingang der MCU geführt. Zw. 1A und 2A Motorstrom sieht die MCU digitale 1 auf dem Eingang, schaltet ab, der Eingang fällt ab, MCU sieht 0 -> schaltet ein, sieht wieder 1 schaltet ab usw. Evtl. ist die Verstärkung zu hoch und die Schaltung zu empfindlich für den Anlaufstrom?

[robonooby]

Ich vermute einen anderen Grund, vielleicht ist es ein Schuß ins Blaue aber möglicherweise hilfts:
Wenn ich die Schaltung richtig sehe, wird der Motorstrom über 0.1Ohm Shunt geführt, mit Opamp x 20 verstärkt auf einen digitalen Eingang der MCU geführt. Zw. 1A und 2A Motorstrom sieht die MCU digitale 1 auf dem Eingang, schaltet ab, der Eingang fällt ab, MCU sieht 0 -> schaltet ein, sieht wieder 1 schaltet ab usw. Evtl. ist die Verstärkung zu hoch und die Schaltung zu empfindlich für den Anlaufstrom?

interessante Theorie. Aber wenn er Abschalten würde, würde der controller momentan in meinem Testprogramm 5 Sekunden warten bis es weiter läuft. Daher würde man es merken, wenn er abschaltet. Was mir aber gerade eben noch aufgefallen ist. Der MCU resettet sich wenn ich den Motor komplett blockiere und dann wieder frei drehen lasse.

Ich hab ein Netzteil bei dem man Spannung und Strom frei einstellen kann. Strombelastbarkeit bis max 3 Ampere. (von Reichelt das). Und das zeigt mir maximal 0,06A an beim drehen. in beide Richtungen den gleichen Wert.
Nach den Momentanen Kalibriereinstellungen schaltet er bei ca 0,6 Ampere ab.

[Valen]

Also die beiden Schalter sind in realität mechanisch so verbaut, dass immer nur einer gedrückt werden kann. Wenn ich den Motor rechts herum drehe (Schalter S1 betätigt) dann reagiert der Controller und schaltet den Motor bei einem bestimmten eingestellten Motorstrom ab.
In die andere Drehrichtung (Schalter S2 gedrückt) soll dies nicht der Fall sein. Daher der Motor ist nicht abschaltbar.

Ok, so habe ich das auch verstehen.

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...Der MCU resettet sich wenn ich den Motor komplett blockiere und dann wieder frei drehen lasse....

Du hast auch noch einer andere Anfänger-fehler gemacht. Ich sehe kein Puffer-condensatoren an deine Spannungsversorgung-eingang und Ausgang, und Vcc und GND von dein Microcontroller. Nur an AVCC. Durch blockieren der Motor wird viel Strom aus den Batterie gezogen, und bricht den Batteriespannung zusammen. Wie viel ist schwer zu zagen ohne Oszilloskop. Aber Condensatoren an dem Eingang der Spannungsregulator und Microcontroller wurde das unterstützen.

[robonooby]

Ok, so habe ich das auch verstehen.

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Du hast auch noch einer andere Anfänger-fehler gemacht. Ich sehe kein Puffer-condensatoren an deine Spannungsversorgung-eingang und Ausgang, und Vcc und GND von dein Microcontroller. Nur an AVCC. Durch blockieren der Motor wird viel Strom aus den Batterie gezogen, und bricht den Batteriespannung zusammen. Wie viel ist schwer zu zagen ohne Oszilloskop. Aber Condensatoren an dem Eingang der Spannungsregulator und Microcontroller wurde das unterstützen.

ohh okay. ja das stimmt, da sind wirklich keine Kondensatoren dran. Wie groß wählt man die am besten?
ich habe gerade mal im Wiki geschaut und bin auf den Beitrag "AVR-Einstieg_leicht_gemacht" gestoßen. hier sind am MCU auch keine Kondensatoren dran. Nur an der Spannungsversorgung. Kann ich das für die Spannungsversorgung aus dem Wiki so übernehmen für meinen Anwendungsfall?

EDIT: Hab noch den Wiki Beitrag "Abblockkondensator" gefunden und gelesen. Hier steht 100nF ist als Standart meist ausreichend. Also werde ich in meine Schaltung an jeden VCC pin vom MCU noch 100nF ran hängen und die Spannungsquelle wie im Wiki Beitrag "AVR-Einstieg_leicht_gemacht" noch Kondensatoren hinzufügen. Richtig so?

[robonooby]

So ich habe jetzt mitlerweile den Schaltplan um einige Kondensatoren erweitert.

Nun bleibt noch ein großes Fragezeichen für mich der Gatewiderstand am MOSFET.
Ich habe mich hierzu schon versucht etwas schlau zu machen. Einige Artikel durch google gefunden und gelesen. Aber so ganz raffe ich das einfach nicht. Man merkt, dass ich von Elektronik nicht sehr viel Ahnung habe^^

Was ich jetzt rausgefunden habe:
Anhand der Gate Ladung Q und der Gatespannung Vd kann man die Gate Kapazität C errechnen.
C=Q/Vd

Laut Datenblatt meines MOSFETs (IRF 7413Z) wäre
Q = 20 nC
Vd wäre bei mir 5V

Somit wäre C = 4nF

Wenn ich ca. jede Sekunde den Motor abschalte weil der Strom überschritten ist und danach wieder einschalte, dann bräuchte ich, laut Link von Picture, einen Widerstand von 39788 kOhm? Das kann doch nicht sein oder?

Hier nochmal der Ausschnitt vom Schaltplan:
Widerstand R16 ist gesucht.

Bild hier  

[Besserwessi]

100 nF Kondensatoren an den VCC / GND Pins des µC sind schon mal gut. Die Fehlenden Konensatoren könnten ggf. dazu geführt haben, das der µC bei Störungen einen ungeplanten Reset ausgeführt hat.

Der Gate Widerstand ist relativ unkritisch. Ein Mindestwert von rund 10 Ohm bis 100 Ohm ist ggf. nötig, damit keine HF Schwingungen (z.B. 10 oder 100 MHz) auftrete, für die die Schaltung nicht ausgelegt ist. Etwas mehr ist ggf. hilfreich damit nicht so extrem schnelle geschaltet wird und damit auch an kleinen parasitären Induktivitäten schon störend hohe Spannungen auftreten. Langsamer als vielleicht 0,5-1 µs sollte man aber auch lieber nicht schalten, denn dann ist der MOSFET lange im linearen Bereich und die Verluste werden höher (MOSFET wird ggf. warm). Bei 4 nF wären das dann etwa 250 Ohm als Obergrenze für den Gatewiderstand. Die Schaltung zum Ansteuern des Gates kann man nicht gut erkennen - insbesondere nicht wohin R16 geht. Damit es funktioniert sollten es etwa +5 V sind.

Für Schaltpläne und ähnliche Zeichnungen mit wenig Farben sollte man eher das .PNG (ggf. noch .GIF) Dateiformt nutzen: damit kommt man auf relativ kleine Files (z.B. etwa 5-50 kBytes) und hat scharfe Konturen.

[robonooby]

100 nF Kondensatoren an den VCC / GND Pins des µC sind schon mal gut. Die Fehlenden Konensatoren könnten ggf. dazu geführt haben, das der µC bei Störungen einen ungeplanten Reset ausgeführt hat.

Der Gate Widerstand ist relativ unkritisch. Ein Mindestwert von rund 10 Ohm bis 100 Ohm ist ggf. nötig, damit keine HF Schwingungen (z.B. 10 oder 100 MHz) auftrete, für die die Schaltung nicht ausgelegt ist. Etwas mehr ist ggf. hilfreich damit nicht so extrem schnelle geschaltet wird und damit auch an kleinen parasitären Induktivitäten schon störend hohe Spannungen auftreten. Langsamer als vielleicht 0,5-1 µs sollte man aber auch lieber nicht schalten, denn dann ist der MOSFET lange im linearen Bereich und die Verluste werden höher (MOSFET wird ggf. warm). Bei 4 nF wären das dann etwa 250 Ohm als Obergrenze für den Gatewiderstand. Die Schaltung zum Ansteuern des Gates kann man nicht gut erkennen - insbesondere nicht wohin R16 geht. Damit es funktioniert sollten es etwa +5 V sind.

Für Schaltpläne und ähnliche Zeichnungen mit wenig Farben sollte man eher das .PNG (ggf. noch .GIF) Dateiformt nutzen: damit kommt man auf relativ kleine Files (z.B. etwa 5-50 kBytes) und hat scharfe Konturen.

Vielen Dank schonmal für die schnelle Antwort.
Ja die 100nF Kondensatoren hatte ich Anfangs weggelassen weil beim Arduino Nano, diese auch nicht im Schaltplan stehen. Hab die Grundschaltung vom Nano übernommen gehabt. Aber nun sind an jedem VCC Eingang des Kontrollers so Nah wie möglich die Kondensatoren dran. Bin mal gespannt ob das wirklich viel Hilft. Außerdem habe ich direkt vor den Spannungsregler noch einen 1000uF Elko und parallel dazu noch einen 100nF Kondensator gehängt.

Das mit dem Gate Widerstand hilft mir schonmal sehr weiter. Dann werde ich mal einen 100 Ohm Widerstand testen. Notfalls kann man den Widerstand ja wieder relativ leicht auslöten und einen anderen rein hängen.
Dann habe ich aber hier schonmal nen guten Anhaltswert. Der Gate Widerstand R16 hängt in meinem Schaltplan an +5V des Spannungsreglers.
Aber wie errechnest du die 250 Ohm als Obergrenze? Mit 0,5-1us schaltzeit, meinst du die Zeit die der MOSFET braucht um durchzuschalten, daher wie schnell der "Kondensator" im MOSFET aufgeladen ist? Und nicht die Zeit wie oft ich den MOSFET und somit den Motor ein und ausschalte oder? Ich glaube hier liegt nähmlich auch mein Gedankenfehler in der obrigen Rechnung?


Danke für den Tipp mit den Bildern hochladen bzw. den Schaltplänen. Bei mir wird das alles halt sehr deutlich angezeigt. Hab nen großen Monitor und da ist alles scharf. Aber scheinbar trifft das bei anderen leider nicht zu. Werde ich das nächste mal drauf achten.

was ich auch noch nicht ganz verstehe, ist warum der Motor in die Richtung, wo er durch den MOSFET geschleift wird so wenig Leistung hat?
Ich habe mal mein kleines OSZI zwischen MOSFET und Transistor gehängt und es wird sauber geschalten, wenn der Motorstrom überschritten wird. die Gate Spannung hält er beim laufenden Motor sauber bei 4,8V. Also keine Anzeichen von PMW. Leider kann ich die Motorseite nicht ans Oszi hängen, da mein Oszi nur maximal 5V kann.

[Besserwessi]

Die Sinnvolle obere Grenze für den Widerstand am Gate betimmt sich nach der Zeit für das Umschalten. Da kann man nicht die PWM Periode oder Schaltfrequenz nehmen, denn die Zeit für das Umschalten sollte schon deutlich kürzer sein.

Der MOSFET sollte eigentlich schon recht niederohmig sein - wenn da ohne PWM viel Leistung verloren geht, müsste der MOSFET auch viel zu heiß werden.

So wie es aussieht wird das Bild auch noch mal bei Upload/Download verkleinert, wohl weil es immer noch zu groß ist. Dabei geht wohl einiges verloren, unabhängig vom Monitor.

[robonooby]

ahh dann war genau das mein Fehler. Ich hab die Schaltfrequenz eingesetzt

Also ich habe gerade nochmal näher geschaut. Nach ca. 5 Minuten laufen lassen des Motors, ist der MOSFET nicht warm geworden. Daher geht hier wohl keine Leistung flöten.
Aber zwischen Motor + und Motor - Messe ich beim lauf des Motors 2,7V
in die andere Richtung ohne MOSFET die vollen 8,9 V meines Netzteiles.
Aber ich weis einfach nicht warum?!
Kann es an zu klein gewählten Leiterbahnen liegen? Weil sonst hängt ja außer dieser Diode nichts zwischen Motor + und V+ Batterie/Netzteil.

EDIT: Leiterbahnbreite ist aktuell noch 1mm bei der Testplatine.