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Was ich schon immermal machen wollte: einen gaanz normalen DC- Motor ;-) so bis ein paar A Dauerstrom mit einem Pulsgenerator geregelt ansteuern.
Dafür braucht man eine Voll-Brückensteuerung, schliesslich soll er in beide Richtungen regelbar sein.
Fangen wir mal klein an,
- mit einen normalen nmos FET kann man eine einfache Regelung in eine Richtung machen, mit einem BUZ 11 zum Beispiel, und dazu einer Schutzdiode die den Abbau der Feldenergie (Überspannung) aus der Motorwicklung verdauen muss.
- Eine Beschreibung von FET's ist im gelben Riesen ab S.8.10, Schaltungen sind ab S.8.28.
- eEin FET ist ein Spannungsschalter, am Eingangswiderstand seines Gates kann man höchstens die Steilflankigkeit durch eine Strombegrenzung einstellen da die Gate-Source Kapazität überwunden werden muss- die beiden Elemente bilden dann zusammen einen Tiefpass.
- Eingeschaltet ist ein selbstsperrender nmos FET in ?SourceSchaltung wenn sich sein Gate auf einem Spannungspegel 'ein paar Volt' über seinem Source befindet. U_GS > U_T. Bei NMOS mit geringem Einschaltwiderstand kann diese Spannung also auch wesentlich über dem Drainpotential liegen!
Der Spannungspegel ist teilweise 'TTL-Kompatibel'.
- Dazu schreibe ich ein kleines Programm mit dem ich am Archie in Basic über Systemtreiber ein Taktsignal geben kann. (passiert, kann Scheibenwischermotoren steuern)
Wenn das geht kann ich
- Mit einem leistungsfähigeren FET (habe ich schon) mit geringerem Innenwiderstand weitermachen, der dann 0,0004 Ohm oder so hat- damit wird nichtmal mehr etwas warm! ausserdem schaltet der bis zu 100A :*)
Wenn Das geht kann ich
- einen Halbbrückentreiber bauen der mit einem 'Brückentreiber' Chip (habe ich auch schon) gesteuert wird. Der Motor wird alternativ auf Masse oder auf High gelegt, damit ist entweder der High- oder der Lowside- Treiber aktiv.
- Der Highside- Treiber ist auch ein nmos FET gleicher Bauart, pmos Bausteine mit so niedrigen Innenwiderständen gibt's nicht.
- Das Ansteuerproblem (Gatepotential liegt über dem der Versorgungsspannung wenn aktiv) wird dadurch gelöst das man von einem getakteten Betrieb ausgeht in dem ein Kondensator während des Low-Zyklus mit Betriebsspannung aufgeladen wird und dann während des kurzen High-Zyklus das Gate versorgt.
- Dafür muss die Ansteuerelektronik einer Seite im Ruhezustand den Lowside-Teiber aktivieren. Soll in eine Richtung getaktet werden muß halt langsam die Pulsbreite des Highsidetreibers erhöht werden, statisch durchlaufen kann er aber nicht ohne extra Stromversorgung.
Wenn das geht kommt
- der nächste Schritt: es werden beide Brücken aufgebaut, daraus ergibt sich ein Vollbrücken Treiber
Wenn der Funktioniert komme ich auf die Sache mit dem kleinen Computer zurück den ich auch unbedingt irgendwann mal bauen wollte. Der sollte dann nämlich in ein Steckergehäuse eines Paralleschnittstellenanschlusses passen und per Steckernetzteil und serieller Schnittstelle oder IIC oder SPI programmierbar sein :-)
- Jau, das geht auch. (IIC genommen)
- Jetzt wäre noch interessant das ganze direkt über USB anzusteuern.
Es geht jetzt um DC-Motoren mit Leistungsaufnahmen bis 40A (dauer) bei 5 - 24V Versorgungsspannung.
- STP100N FET's haben Innenwiderstand von 0,0004 Ohm im Ein-Zustand und können bis zu 100A Strom vertragen wenn sie ihre max. Leistungsaufnahme nicht überschreiten (TO220-Gehäuse, kühlen wenn nötig)
- HIP2100 Halbbrückentreiber erlaubt die Verwendung eines n-mos Treibers für die High-Side. Benötigt 12V, kommt mit 9V noch klar.
- CNY74 Optokoppler mit offenem Transistorausgang.
- NE555 Oszillator, monoflop ...
- Generation eines Rechtecksignales mit in etwa 1:1 Taktverhältnis erlaubt eine Ladungspumpe mit zwei Dioden und zwei Kondensatoren zur Spannungsverdopplung, auch mehrstufig möglich
- Generation eines pulsweitenmodulierten Signales für Motorsteuerung
- VND670SP.pdf ist ein Vollbrückentreiber mit zwei integrierten Highside-Treibern der 15A Dauerstrom verträgt (20A Peak) Die externen Treiber müssen noch angeschlossen werden.
- VN771K.pdf ist ein Vollbrückentreiber in einem SO-28 Gehäuse bis 9A, 36V
- STP100NF04L.pdf nmos Treiber mit 3,6 mOhm Einschaltwiderstand bei 40V Maximalspannung , TTL Kompatibel
- AtmelAVR.pdf ist ein Kontroller mit analog eingängen und 16 IO und spi schnittstelle u.s.w. im 28 Pin Gehäuse.
- Halbbrücke mit HIP angesteuert, Low- und Highside einzeln, auch > 1 sekunde Highside ist ok bei verwendetem Kondensator
- Ladungspumpe 'im Handbetrieb' läuft mit 5 V auf 9,6V, zweistufig mit NE555 auf 12,6V
- NE555 als Rechteckgenerator, 5V Versorgung funktioniert, genügt auf jeden Fall für einen HIP2100- bis zu welcher Frequenz unbekannt. Testen nötig.
- Steuerung des HIP2100 über Rechner mittels Optokopplern
HIP 2100 habe ich erstmal genug :-)
- Aufbau des zweiten Halbbrückentreibers
- Die Bauteilauswahl habe ich noch ein wenig geändert, auf die Ladungspumpe kann man verzichten, wenn der Richtige H-Brückentreiber verwendet wird :-)
Aufgaben
- Die Firmware noch um zusätzliche Funktionen erweitern: Schleppmoment, Virtuelle Masse/Kreiselkräfte von Rädern, 'Turbulenz'-Ansteuerung, Programmgesteuertes Feedback.
Dazu eignen sich IGBT's, die auch als niedliches Modul verfügbar sind. Gehen dann bis einige kV und auch einige hundert A.
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