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Endstufe vor dem Selbstmord bewahren Suche nach: endstufe (5161) |
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BID = 760671
pg-zonk Gelegenheitsposter
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Beiträge: 66 Wohnort: CH
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Hallo zusammen.
Ich habe eine Steuerung für einen Wasserwerfer entwickelt. Im Detail soll dieser mit einem Getriebemotor geschwenkt werden. Der Werfer befindet sich auf einem Anhänger der von einem Auto gezogen wird. Bis anhin wurde er per selbstgeschweisster Rohrkonstruktion und Seilzug bedient. Mit dem Wasserwerfer wird im Winter ein Eisfeld bewässert. Die Schaltung kommt also nur bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zum Einsatz. Gesteuert wird das ganze vom Auto aus. Die Endstufe inklusive der Ansteuerung der H-Brückentransistoren befindet sich aber auf dem Anhänger, nahe beim Motor in einem IP-54 Gehäuse.
Aber nun zum eigentlichen Problem. Als Getriebemotor habe ich mir folgenden zugelegt --> siehe hier
Habe die Steuerung nun komplett aufgebaut. Die Endstufe macht aber Probleme. Schon wegen dem Titel muss man da auch nicht lange raten was für welche. Bei Volllast, also wenn der Wasserwerfer unter Druck steht, verabschieden sich die H-Brückentransistoren nach ca. 2min mit einem saftigen Kurzschluss, vermutlich durch die Spannungsspitzen des Motors.
Zu den Details meiner Schaltung die man nicht auf dem Schemaauszug sieht:
PWM Frequenz: 3.9kHz
Imax: 20A (Durch LSS)
U: 12V
Die Schaltung auf dem Auszug habe ich übrigens nicht selbst erfunden: --> Siehe hier
Das Hauptproblem bei mir ist warscheinlich die Induktivität des Motors. Ich ging davon aus dass C205 und C206 und die Bodydioden der Transistoren ausreichen würden um die Spannungsspitzen auszumerzen.
Was ich nun plane anders zu lösen und froh um eure Meinung währe:
- Ich möchte nun Freilaufdioden parallel zu den Transistoren schalten. Hat jemand Erfahrung mit einem geeigneten Typ? Spielt es eine Rolle wenn Vf der Freilaufdiode grösser ist als Vf der Bodydiode des FETs solange die Diode schneller als der FET ist?
- Ich erwäge andere Transistoren zu nehmen die höhere Spannungen vertragen und evt. schneller sind.
- Gegen die Überspannungen möchte ich zusätzlich noch Spulen einbauen. Lohnt sich das? Bei einem Strom von 20A verkleinert sich die Auswahl noch auf 25uH. Selbst wickeln möchte ich nicht unbedingt. Meine Idee währe es die Spulen in die Speisung zu hängen. Eine zwischen "Speisg_Mot" und Endstufe und eine zwischen Endstufe und "GND_Mot".
Was sagt ihr zu diesem Einfall.
- Ich möchte C205 und C206 durch besser geeignete ersetzen oder zumindest ergänzen. Ich habe da an Kondenastoren im 230V Bereich (Steinmetzkondis oä) gedacht. Dauerhafter als der Elko sind sie bestimmt. Irre ich mich da?
Tja das währen meine Einfälle... Ich hoffe ihr konntet euch ein Bild machen. Nun bin ich auf euren Kommentar gespannt und danke schon im voraus dafür. Ich hoffe Upload als PDF funktioniert. Sonst reiche ich es noch als jpg nach...
Noch einen schönen Abend und
_________________
Gruss
pg-zonk
PS: Seid lieb zueinander! |
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BID = 760680
Offroad GTI Urgestein
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Zitat :
| Ich ging davon aus dass C205 und C206 und die Bodydioden der Transistoren ausreichen würden um die Spannungsspitzen auszumerzen. | Diese Dioden sind nicht ausreichend, um als Freilaufdiode verwendet zu werden, zumal du dir damit auch die ganze Verlustleistung in den FET holst.
Als Freilaufdiode verwende ich meistens die SB560.
Kannst du mit einem Oszilloskop die Gatespannungen der Transistoren messen?
Vielleicht schalten die nicht vollständig durch. (vor allem die Highside-FETs, welche über die Ladungspumpe betrieben werden)
Hast du den Motor eigentlich entstört?
MfG Mathias |
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BID = 760710
pg-zonk Gelegenheitsposter
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Zitat :
| Diese Dioden sind nicht ausreichend, um als Freilaufdiode verwendet zu werden, zumal du dir damit auch die ganze Verlustleistung in den FET holst.
Als Freilaufdiode verwende ich meistens die SB560. |
Jaa da wirst du recht haben. Danke für den Vorschlag der SB560. Ich werde sie mal ausprobieren. Reichen Freilaufdioden allein in Kombination mit der alten Schaltung?
Zitat :
| Kannst du mit einem Oszilloskop die Gatespannungen der Transistoren messen?
Vielleicht schalten die nicht vollständig durch. (vor allem die Highside-FETs, welche über die Ladungspumpe betrieben werden)
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Nein das kann ich im Moment nicht. Ein KO hätte ich zwaar, aber weil die Mosfets zerstört sind muss ich zuerst neue bestellen. Ich werde mir aber die Ansteuerung und die Ladungspumpe nochmal durchdenken.
Zitat :
| Hast du den Motor eigentlich entstört? |
Ich selbst nicht. Bin davon ausgegangen dass der das integriert hat. Habe ihn jetzt mal auseinandergenommen (mechanisch ist der Aufbau recht interessant) und siehe da: Keine Entstörung... Naja dafür kostet er nicht viel. Ich werde die noch nachholen. Zum Thema Entstörung findet Google ja so einiges.
Das Zerlegen brachte auch zu Tage dass das Erregerfeld per Permanentmagnet am Stator erzeugt wird.
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BID = 760724
Offroad GTI Urgestein
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Bin grade ein wenig überfragt, was ist ein KO?
Zitat :
| aber weil die Mosfets zerstört sind muss ich zuerst neue bestellen |
Falls du noch keine Kühlung hast, dann bestell doch gleich noch einen Kühlkörper mit. Dann halten die FETs wärend der Versuchsphase (und natürlich auch im Betrieb) vielleicht etwas länger durch.
Noch mal zur Kühlung:
Zitat :
| nahe beim Motor in einem IP-54 Gehäuse. |
Ist das Gehäuse sehr klein? Falls Ja, könnte das einen Wärmestau verursachen und deshalb deine Transistoren zerstören.
MfG Mathias
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BID = 760779
pg-zonk Gelegenheitsposter
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Ein KO ist ein Kathhodenstrahloszilloskop.
Das Gehäuse hat Innenmasse von 213mm * 137mm * 100mm, und besteht aus Aluminium. Ich bezweifle dass sich bei diesem Volumen und dem Metallgehäuse die Wärme derart staut. Schaden wirds aber sicher nicht wenn ich die Temperatur im Betrieb mal messe. Ich überlegs mir auch, die FETs mit dem Gehäuse thermisch zu verbinden. Ist hald etwas komplizierter. Kühlkörper habe ich übrigens schon von Beginn an verbaut.
In meinem Fall haben die defekten Transistoren übrigens immer Durchgang von Drain nach Source. Ist das ein Zeichen auf Überspannungen?
Habe den Motor nun folgendermassen entstört: 100nF parallel zum Motor, und je einmal 47nF von beiden Kohlenhaltern zum Gehäuse. Ich werde noch an beide Motoranschlüsse jeweils eine Induktivität (Ferritring + zuleitung 8 Mal herumgewickelt) dazwischenhängen. Also nicht in der Zuleitung der Endstufe wie beim ersten Posting. Würdet ihr das noch anders machen?
Auch das habe ich natürlich nicht selbst erfunden --> Siehe hier
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BID = 760885
Offroad GTI Urgestein
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Offtopic :
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Zitat :
| Ein KO ist ein Kathhodenstrahloszilloskop. |
Ah ja, kleines Missverständnis meinerseits |
Zitat :
| Ich überlegs mir auch, die FETs mit dem Gehäuse thermisch zu verbinden |
Das würde ich bei einem Alu-Gehäuse auch versuchen.
Hast du die Schaltung auch mal mit einem ohmschen Widerstand und bei geringerem Strom (20W Halogenlampe o.ä.) getestet?
Falls die FETs dann immernoch heiß werden, könnte etwas mit der Ansteuerung nicht stimmen.
Beispielsweise, dass 2 FETs einer Seite gleichzeitig durchschalten, und so einen Kurzschluss der Versorgungsspannung verursachen. Dies passiert z.B., wenn ein FET nicht schnell genug abgeschaltet wird, der andere aber schon leitet.
MfG Mathias
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BID = 760898
berufsbastler Schriftsteller
Beiträge: 615
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Zitat :
pg-zonk hat am 17 Apr 2011 18:01 geschrieben :
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...
In meinem Fall haben die defekten Transistoren übrigens immer Durchgang von Drain nach Source. Ist das ein Zeichen auf Überspannungen?
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Kann man so nicht sagen, kann auch Überstrom sein.
Hast du irgendeine Art von Stromüberwachung um überhaupt auf zu hohe Ströme reagieren zu können?
Sitzen die Kondensatoren direkt vor der H-Brücke? sollten Sie, zumindest ein Teil.
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BID = 760952
pg-zonk Gelegenheitsposter
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@Offroad GTI:
Beim Thermisch verbinden werde ich mir was einfallen lassen. Ist wirklich die sauberste Lösung.
Den Test mit einer ohmschen Last hab ich gemacht als ich die Endstufe fertig hatte. Habe dazu eine 21W Bremslichtbirne fürs Auto genommen. Die FETs wurden dabei nicht mal Handwarm, woras ich schliesse dass die ansteuerung insofern i.o. gewesen sein sollte. Auch der Trockentest mit Motor im Leerlauf funktionierte ohne Probleme.
@berufsbastler
Wie meinst du das mit der Stromüberwachung? Also R203 habe ich als Strombegrenzung über den Motor eingebaut, damit der Automotor nicht gerade abstellt beim Anfahren das Werfers . Wenn aber eine Halbbrücke komplett durchschaltet bringt der natürlich nicht viel... Ich könnte ihn vor die H-Brücke einbauen, so hätte ich auf jeden Fall eine Kurzschlussstrombegrenzung.
Bei Überstrom löst übrigens ein gewöhnlicher 230V / 20A Leitungsschutzschalter aus dem Baumarkt aus. (Hat auch prima funktioniert ) Der LSS ist auch gleichzeitig mein Hauptschalter für die komplette Steuerung.
Eine elektronische Stromüberwachung habe ich nicht konzipiert.
Die H-Brücke habe ich auf einer Trägerplatte aus Hartpapier aufgebaut. Die Kondensatoren sitzen auf einer Platine, die auf der selben Trägerplatte montiert ist. Die Kabellänge zur H-Brücke beträgt somit höchstens 20cm. Für die Verbindung habe ich 2.5mm2 Litze genommen.
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BID = 760977
Offroad GTI Urgestein
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Zitat :
| Also R203 habe ich als Strombegrenzung |
Das halte ich für überflüssig um nicht zu sagen unnütz. Da verheizt du den "kostbaren" Strom der Autobatterie doch nur. Davon abgesehen, sollte die Batterie mit den 20A keine allzu großen Probleme haben.
Zitat :
| jeden Fall eine Kurzschlussstrombegrenzung |
Die hättest du in der Tat, aber wohl nicht sehr lange. Der arme Widerstand müsste dann nämlich eine Verlustleistung von Pv=(12V)^2/0,2Ohm=720W in Wärme umwandeln. Und das bedeutet für den Widerstand wohl ... ...
Denn ich bezweifel ganz stark, dass der Widerstand diese Verlustleistung verträgt.
Also mein Rat: Das Ding einfach weglassen, und statt dessen eine KFZ-Flachsicherung rein.
P.S.:Hast du den LSS eigentlich bei Kurzschluss oder bei Überstrom getestet?
MfG Mathias
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BID = 761156
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Naja, kostbar ist es wie mans nimmt. Entladung der Batterie dürfte kein Problem sein. Die Steuerung läuft nur bei laufendem Automotor. Die Ursprüngliche Idee des Widerstandes war den Getriebemotor etwas zu schonen, vor allem im Falle wenn der Werfer blockiert. Der Innenwiderstand des Motors im Stillstand beträgt 0.5R + noch die 0.2R ergibt eine Pv von ca. 58W -->Spannungsteiler. Der Strom würde somit nicht grösser als etwa ca. 17A werden. Der Widerstand ist übrigens ein 100W Typ.
Aber ich bin der gleichen Meinung dass es eine schlechte Idee ist den Widerstand in die Speisung reinzutun.
Weglassen werde ich ihn trotzdem, da er sich vor allem schlecht auf das Drehmoment auswirkt und die Zuleitungen so lang sind dass sie den Widerstand grundsätzlich ersetzen.
Seriös getestet habe ich den LSS nicht. Ausgelöst hat er wegen Überstrom, da sich das Auslösen etwa 1 - 2 Sekunden verzögert hat. Ich denke dass die Verkabelung zu hochohmig ist für Kurzschlussströme die den LSS interessieren.
Übrigens danke ich euch für diese Diskussion. Es verleiht einem ein sichereres Gefühl bei dem was man tut. Ich habe nämlich im Thema Entstörung usw. recht wenig Erfahrung.
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BID = 761181
berufsbastler Schriftsteller
Beiträge: 615
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Der Motro wird nicht per PWM gesteuert oder?
Die Brücke ist nur für rechts und linkslauf?
Ich würde aber einen Messwiderstand für den Strom einbauen und bei zu hohem Strom abschalten.
Einfach einen 5 bis 10 mOhm Shunt in den Gnd-Zweig und mit OP verstärken und bei zu hohem Strom die Mosfets abschalten.
Dein LSS oder auch eine Sicherung ist viel zu langsam um die Mosfets zu schützen.
Bei einem Kurzschluss sind die in Zeiten von weit unter einer ms durchgebrannt. Und das ist meist mit einem Drain-Source kurzschluss.
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BID = 761198
Offroad GTI Urgestein
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Zitat :
| Der Motro wird nicht per PWM gesteuert oder? |
Doch, wird er:
Zitat :
| Zu den Details meiner Schaltung die man nicht auf dem Schemaauszug sieht:
PWM Frequenz: 3.9kHz
Imax: 20A (Durch LSS)
U: 12V |
P.S.:Deine Idee mit dem Messshunt und dem OPV finde ich auch gut. Und lässt sich mit relativ einfachen Mitteln realisieren. Ist halt die High-Tech Variante einer Schmelzsicherung.
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BID = 761232
berufsbastler Schriftsteller
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och das kann man ja fast noch von hand schalten :wink:
Dann hat vielleicht sogar das verwendete PWM IC einen Eingang für ein Stromsignal und kann selbstständig den Strom begrenzen.
Evtl. wäre noch ein transformatorischer Stromwandler interessant, der müsste aber natürlich mit den hohen Strömen und der niedrigen Frequenz klar kommen.
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BID = 761308
pg-zonk Gelegenheitsposter
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Habe nun die Erkenntnisse einfliessen lassen. Habs mal umgezeichnet. Die Änderungen sind rot.
Habt ihr da noch etwas hinzuzufügen? (zB. C205 / C206 anders platzieren oder Änderungen an den Werten...)
Ersetzen wird sie den LSS ja nicht, aber eine elektronische Stromüberwachung währe grundsätzlich möglich und gar keine schleche Idee um zu verhindern dass der Motor nicht ständig zuviel Strom zieht und schlussendlich durchbrennt (also ersatz für R201). Das ganze Konstukt wird nämlich, wie berufsbastler schon richtig geraten hat, von einem AtMega8 gesteuert, da ich als nächstes noch eine Winkelmesseinrichtung inklusive programmierbarem Umkehrpunkt realisieren will. Ich werds mir mal anschaun.
Tja, ich weiss nicht ob ein transformatorischer Stromwandler hier zuverlässig funktioniert, auch wenn Speisung mit dem PWM Wechselstrommässig aussieht. Vor allem vor der Berechnung und dem Bau eines solchen Teils graut es mir, wenn das ein wenig genau kommen sollte
Ich denke auch dass sich das sowiso nicht lohnt weil ein Shunt bis ca. 100A billiger kommt.
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BID = 761311
ElektroNicki Inventar
Beiträge: 6429 Wohnort: Ugobangowangohousen
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Ich habe mit einer Glimmlampe parallel zum Drain-Source-Kanal in Verbindung mit ausreichend spannungsfesten Transistoren gute Erfahrungen gemacht.
Mich wundert aber, dass eine induktive Last im Leerlauf besonders fiese Impulse abgibt.
Bei meinem ernsthaften Spannungswandler hats mir die Transistoren nur im Leerlauf zerballert.
Da flackert die Glimmlampe auch besonders.
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