pwm für 140 Amper bei 12 Volt

[MIDI]

Moin miteinander

Ich baue zurzeit an meiner 3. Garten bahn lok diese wird aber größer eine V51 im maßstab 1:10 Diese soll mit 2 Motoren angetrieben werden und aus zwei (parallelgeschalteten) Autobaterien gespeist werden...

Bei meinen andern 2 Lok habe ich mit einen wiederstands draht gearbeitet der einfach an unterschiedlichen stellen abgegriffen wird...

Will ich aber bei dieser Lok nicht machen weil einfach der ganze überflüssige strom ja verbraten wird...

Deshalb bin ich letzten auf die Idee gekommen das ganze mit einer PWM steuerung zu versehen...schön und gut...

Mein problem
Was für einen transistor brauche ich um die 140 amper für beide motoren zu regeln und schaft das der OP das noch den zu steuern oder muss ich da mit 2 transisoren arbeiten

der eine steuert die motoren der andere den ersten transistor...


Bitte um hilfe bin verzweifelt...

PS: Ich hatte schon überlegt ob ich das net mit einem lastrelai mache aber das spielt ja woll bei einer frequenz von Kp 50Khz nicht mit...

[MIDI]

So nach na guten woche arbeit habe ich einen schaltplan entworfen (in TinyCAD) der mein problem lösen sollte

hier ein bild

(http://h t t p://s7.directupload.net/file/d/2175/36cctbnd_png.htm)

h t t p://s7.directupload.net/file/d/2175/36cctbnd_png.htm

(http://h t t p://w w w.directupload.net)



ich nehme statt dem BD140 5x den BD 250B von conrad die schalte ich dan parralel und dan hätte ich ja die 200 nötigen Amper (ich habe zur sicherheit ein paar Amper zuviel genommen ich sicher die ganze sache eh mit 170A ab)

würden die transistoren eigentlich noch scchalten wenn ich so viele da dran hänge oder muss ich das wieder ändern???

bitte um antwort

[Knolle_P [Webmaster]]

Hallo,
ich bin ja nur der Hobbybastler aber zuerst.
Die LED ist falschrum eingezeichnet, da die Transistoren ja PNP typen sind, werden die negativ angesteuert.

Dann seh ich im Datenblatt bei den Transistoren was von 25 Ampere als maximum, wenn man die kurzzteitige Spitzenlast nicht berücksichtigt.

Und wenn ich das Datenblatt richtig lese, dann sinkt die Verstärkung HFE bei 20 Ampere C-E Strom auf 20?!
Dann bräuchte man für 20 Ampere schon 1 Ampere Basis-Strom?
Mhh vielleicht lese ich da auch was falsch?
Da steht auch nicht für welchen Transitor das Diagramm genau ist A B oder C.

Dann ist da noch ein Diagramm mit Safty Operating Area
Je höher die zu schaltende Spannung desto kleiner der verfügbare zu schaltende Strom.
Bei 12 Volt liegt man da gerade mal bei geschätzten 10 Ampere.
Aber vielleicht kann mir jemand mal helfen ein Transistor Datenblatt zu lesen.

Grundsätzlich würde ich aber einen FET nehmen, die haben doch einen viel niedrigeren Einschaltwiderstand und dadurch geringere Verluste.

In jedem Fall wird wohl der Strom des Operationsverstärkers nicht ausreichen um die Transistoren durch zu schalten.(auch das würde bei einem Fet kein Problem darstellen)
Dann müsste man sehen das die Zuleitungen C und E alle gleich lang sind und vielleicht nicht zu "dick" damit sich der Strom gleichmässig auf alle Transistoren verteilt. So hat man quasi kleine Vorwiderstände, oder es raucht noch schneller ab wenn die Drähte dann doch zu dünn waren )

Ansonsten kenne ich mich Motoren nicht so aus. Lässt sich sowas denn ohne Probleme über Pulsweitenmodulation steuern?

Gruss, und vielleicht meldet sich ja wer mit mehr Ahnung.
KnolleP

[MIDI]

So

hier iszt mal der link vom meinen Transistor
h t t p://w w w.conrad.de/ce/de/product/167819/TRANSISTOR-BD-250-B-C-TO247

Der Motor ist ein kühler Lüfter motor auseinem VW Passat

und ja ein motor lässt sich problemlos über eine PWM regelung steuern

[MIDI]

ok dann werde ich es mal mit fet´s versuchen

kann ich dafür den hier verwenden

h t t p://w w w.conrad.de/ce/de/product/151503/TRANSISTOR-BUK-7514-55-A-NXP/0204025

und kann ich die dan uach einfach mehralsparallel verwenden so wie ich es im schaltplan gemacht habe?

[el-haber]

HI MIDI,
mit V-MOS wie BUZ oder Deinem BUK könnte es gehen.
Hab mir aber das Datenbalatt noch nicht durchgelesen.
Der Einschaltwiderstand für einen Motortrieber sollte beidem Transistor, der dann im Negtiven Zweig eingesetzt wird, unter 0,1 Ohm liegen.
Du brauchst pro ca. 20A einen BUK-Transistor (übersteuerung des RdSon) auch wenn dieser nominell 60A kann. Die Transistoren werden mit Gate und Source parallel geschalten. der Drain-Anschluß geht über ein Stückchen Widerstandsdraht von ca. 0,1Ohm pro Transistor zusammen.
Die Ansteuerung der Gates sollte relativ niederohmig sein, da die Gate-Kapazität schnell genug ausgeräumt werden muß. Ansteuerung mit 12V einplanen.
Steuerung der PWM mit genügend schnellem OpAmp (ab 2MHz) über Stromsensor an den gemeinsamen Source-Anschlüssen gesteuert.
Sind die Motoren immer parallel oder erden die einzeln angesteuert? Ich würde für jeden Motor eine eigene Steuerung nehmen.
Kurze Anschlüsse der Leistungswege - Flyback-Dioden mit 140A und ESR-Elkos in der Versorgung direkt im Leistungspfad vorsehen, damit die EMR während der Pausenzeit genutzt werden kann (spart Energie).
Bei 140A Motorstrom ist die PWM-Frequenz eher bei 8kHz zu wählen und kann bis 800Hz runtergehen!

CU
St.

[MIDI]

in dem punkt beide motoren einzelnt ansteuernt hast du recht das wäre echt besser aber kann man zwei pwm schaltungen mit einem poti schalten?

ich verstehe deine erklärung zu den transen nicht (bin in dem bereich (also transitoren) net so weitergebildet ich nehme lieber relais)

kannst du mir das mal als schaltplan aufzeichnen?

[Knolle_P [Webmaster]]

Hallo,
also von der Idee her mit den Widerständen in den Leitungen.
Ich habe mal ein Bild gepinnt wie ich das verschalten würde.
Was man nun für die empfohlenen 0,1 Ohm verwendet weiss ich auch nicht. Ich würde normalen Draht nehmen und alle gleich lang machen, daher meine sternförmige Anordnung der Anschlüsse, obwohl die natürlich nicht alle gleich lang sind!

Die Schaltung kann man so an meine PWM-Schalten hinter den Transistor, dann sollten die Feets die volle Versorgungspannung abbekommen abzüglich der Transistor Durchlass-Spannung.
Der Kondensator am Schaltungsausgang muss dann aber durch einen Widerstand ersetzt werden, der ja eher gross ausfallen kann und die gates der Feets sicher nach Masse zieht wenn sie nicht leiten sollen.

Der Rest des Beitrages mit 2MHZ Operationsverstärker den Kondensatoren, den Dioden und Stromsensor, übersteigt dann in jedem Fall mein Wissen.
Das sind in den Fets schon Dioden drinn aber die werden warscheinlich nich reichen um die Fets vor Überspannungen zu schützen.
Daher hier nur der Schaltplan von den Fets

[MIDI]

So ich hab jetzt mal den schaltplan überarbeitet

1. die LED gedreht

2. Die fet´s eingebaut (die kabel werden später alle geleichlang nur mein prog. macht sowas leider nicht)

Ist es richtig das ich die fets mit dem transistor aus der grundschaltung ansteuer oder ist immernoch irgentwas falsch?

wenn noch was falsch ist bitte ebend in paint nen roten kreis drum machen und in der antwort erlären!

PS: Ist es richtig das ich die fet´s mit +12 V über den anderen transistor ansteuer oder muss das anders?

[Knolle_P [Webmaster]]

Hallo,
ich habe mir den Schaltplan jetzt nicht komplett angeschaut aber:
Der Widerstand den ich vorgeschlagen hatte fehlt vom Gate der FETs nach Masse.
Und die Diode am Motor überbrückt den selben.
Daher würde der ganze Strom durch die Diode fliessen statt durch den Motor.
Wenn dann müsste die wohl andersherum (so kenne ich das von den Relais die über einen transistor gesteuert werden.)

Aber ob das alles wirklich so funktioniert kann ich auf die Schnelle auch nicht sagen, da ich wie gesagt nicht DIE AHNUNG habe.
Die Fets werden jedenfalls mit positiver Spannung angesteuert und für einen geringen einschalt-Widerstand ist min 10 Volt günstig, die wir ja hier locker erreichen.

Dumm ist nur das die Fets am Gehäuse "Drain" liegen haben und die wollen wir ja über Widerstands-Leitungen anklemmen. So müsste jeder Fet isoliert auf einen gemeinsamen Kühler montiert werden.
Wenn man die Widerstände in die Source Leitung machen würde, wäre das einfacher. Dann hätten wir die Drain Verbindung komplett über ein Metall-Profil (Kühlkörper) und müssten das nicht mehr einzeln verkabeln.
Das ist aber ungünstiger, da dann die Spannung am Gate im Verhältnis zu Source nicht mehr so hoch ist und der Widerstand des Fets dann ein wenig steigt.
Ob das sonst noch Nachteile hat, weiss ich nicht.
Ich bewege mich wie schon geschrieben im Grenzbereich, da ich mich Fets bislang nicht wirklich beschäftig habe.
Gruss,
KnolleP

[el-haber]

HI,
die Schaltung hat 2 Fehler:
1. wie schon richtig bemerkt - die Diode parallel zum Motor muß umgedrht werden - Es sind auch mehrere Dioden nötig, da es keine Shottky mit 140 oder 70 A gibt. Shottky ist Hier auch wichtig, da sonst die Ausschaltstromspitzen nicht schnell genug rückgespeist werden.
2. die Gates der MOS-FET brauchen gegen Source noch einen Ableitwiderstand von je ca. 1kOhm.

Ansonsten läuft die Schaltung schon mal ohne Strom-Controller.
Die beschaltung des NE555 und die des LM393 ist etwas ungewöhnlich.
Normalerweise wird eine PWM so aufgebaut:

Der NE555 liefert ein Taktsignal mit konstanter Frequenz.
Ein LM393 vergleicht über einen Integrator - wie du ihn vorsiehst - die sich ergebende Rampe mit dem Strom in den MOS-FETs. Dazu liegen die Sternpunkte der Source-Anschlüsse über einen Widerstand von ca. 0,01Ohm an Masse.
Das macht dann bei 70A eine Spannung von 0,7V aus.
Wird diese Spannung am LM überschritten, dann wirft dies ein Flipflop oder einen Schmitt-Trigger (Rückkopplung) um und die FETs sperren.

Cu

[Knolle_P [Webmaster]]

Hallo,
das war ja schnell, ich war gerade eine Ergänzung beim schreiben.
Den Widerstand für die Gates nach Source hatte ich gerade schon eingezeichnet, jetzt weis sich auch nen Wert.
Dann habe ich die Diode am Motor gedreht auf Sperr-richtung.
Was ist mit den Fets? sind so alle Überspannungen eliminiert oder schaltet man noch was antiparallel zu den Fets von Source nach Drain um verpolte Spannungsspitzen zu überbrücken. Oder kommt sowas nicht vor?
Die hatte ich nämlich sicherheitshalber auch mal eingemalt.

Ich bin aber immernoch skeptisch:
Aus meiner Erfahrung mit Spielzeugmotoren ) usw. denke ich das zumindest einige Motoren mehr Strom ziehen wenn sie blockieren oder eben langsam drehen bis sie mal in "Schwung" gekommen sind mit der Last die Sie zu bewegen haben.

Mit der simplen Pulsweiten-Modulation regeln wir aber weder die Drehzahl des Motors noch regeln wir die genaue Energiemenge die da fliesst. Wir setzen lediglich den Anzeil der Zeit im dem Strom fliessen darf.

Drehen wir also die Pulsweite so weit auf das der Motor entlich in Bewegung kommt, wird der mit weniger Eniergie klar kommen um richtig Gas zu geben.
So wird es recht blöd zu regeln sein, da der Motor immer hochdreht?!
Würde hier die Stromsensor-Technik überhaupt etwas bringen oder nicht sogar stören? Da der Motor sich wenn er belastet wird nicht mehr Energie genehmigen kann wie es ohne Sensor ja zum Teil der Fall ist?!

Gruss,
Knolle_P

[MIDI]

kann ich den jetzt eigentlich 2 PWM schaltungen mit einem poti steuern?

[Knolle_P [Webmaster]]

Ich weiss nicht ob das so nötig ist.
Du kannst ja 5 weitere Fets drann hängen und damit den anderen Motor ansteuern.
Die Fets einfach parallel zu den schon vorhandenen.
Masse ist überall die selbe, Gates auch einfach an die anderen mit drann hängen und nur den Source Anschluss wider mit Widerstandsdraht zusammenklemmen und von da aus an den Motor.
Nur wenn was mit Sensor kommt, dann müsste man 2 Schaltungen aufbauen, wobei dann auch nur der hintere Teil um den Opamp.
Gruss,
KnolleP

[el-haber]

HI,
die Frequenz der PWM kann als konstant angesehen werden. das bedeutet, daß über den Taktgeber durchaus mehrere PWM-Schaltungen angesteuert werden können. Hat allerdings den Nachteil, daß dann alle Steuerstrecken gleichzeitig einschalten!
Im Anhang ein Blockdiagramm einer PWM mit Stromsteuerung über mehrere Transistoren und Stromverteilung über die Sens-Widerstände. Sense-Spannung so einstellen, daß sie bei vollem Teilstrom unter 0,5 Volt bleibt (Leistungsproblem der Widerstände und Steuerproblem der MOS-FETs)
Die Spannungen an den Sense-Widerständen werden durch Ausgleichswiderstände (Blockpfeil - je 100 Ohm) gemittelt an den Vergleicher gebracht.
Die Shottky-Dioden halten den Strom im Motor in der Abschaltphase aufrecht!
Es ist am Motor-+ und dem Sternpunkt noch ein ESR-Kondensator von zusammen 10.000 uF einzusetzen. (exakt berechnet: (70A/8000Hz)/12V sollten 860uF reichen. - überdimensionieren wegen Alterung und Anlauf/Blockierbetriebsreserven)

Die Dioden in den FETs schützen diese ausreichend. Allerdings sind sie zu langsam, um die Abschaltspitzen ohne die "Freilaufdioden" aufzufangen. Die parallel zum Motor eingesetzten Dioden haben die Aufgabe, den Strom während der Abschaltphase zu erhalten und so die gesamte Schaltung und Stromquelle zu entlasten. Gebremst wird hier noch nicht über die Motoren. Dazu wäre noch eine Spannungsregelung an den Motoren notwendig und auch mit der selben PWM auszuführen.

Die Stromregelung des Motors hat den Sinn, daß er mit einer Nenn-Kraft betrieben wird und die resultierende Spannung dann die Drehzahl begrenzt. Der Motor "verbraucht" den gespeicherten Strom in Abhängigkeit zur Last, so daß die Stromregelung immer die richtige Energiemenge nachschiebt.
Die Spannungsregelung greift also in die I-Grenz-Vorgabe ein und reduziert diese als Stellgröße.

CU
St.