DIY Brushless Regler 60 A mit Hall Sensor

[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:



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 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:



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.



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 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
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