PWM und die Methode der Pause

[Jan Stumpf]

Hallo zusammen,

ich habe da eine Frage zur PWM-Ansteuerung von Gleichstrommotoren (24V). Es
gibt ja zwei Möglichkeiten die "Auszeiten" innerhalb einer Periode
anzusteuern. Einerseits Freewheelen (Also alle Mosfets aus und den Motor
frei laufen lassen) oder die beiden Low-Side-Fets als Kurzschluss schalten.
wie es z.b. der HIP4081A normalerweise macht. Was ist denn energetisch und
was ist für die Mosfets sinnvoller? Der Strom, der durch das Bremsen erzeugt
wird, heizt ja auch die Fets auf. Gefühlsmäßig würde ich ja das Freewheelen
vorziehen. Aber... ;-)

Vielen Dank im Voraus

Jan Stumpf

 

[Rick Sickel]

Jan Stumpf wrote:

Hallo zusammen,

ich habe da eine Frage zur PWM-Ansteuerung von Gleichstrommotoren (24V). Es
gibt ja zwei Möglichkeiten die "Auszeiten" innerhalb einer Periode
anzusteuern. Einerseits Freewheelen (Also alle Mosfets aus und den Motor
frei laufen lassen) oder die beiden Low-Side-Fets als Kurzschluss schalten.
wie es z.b. der HIP4081A normalerweise macht. Was ist denn energetisch und
was ist für die Mosfets sinnvoller? Der Strom, der durch das Bremsen erzeugt
wird, heizt ja auch die Fets auf. Gefühlsmäßig würde ich ja das Freewheelen
vorziehen. Aber... ;-)

Wenn die MOSFETs nicht angesteuert werden, leiten die Dioden in ihnen.

Über denen fällt eine Spannung von 0,7 bis 1V ab. Steuert man zusätlich
einen MOSFET an, wird der Spannungsabfall auf jeden Fall kleine, d.h.
der Wirkungsgrad steigt.

In eine Vollbrücke gibt es dann noch zwei mögliche Ansteuervarianen,
entweder man läß die Spannung zwischen +U und -U umschalten, was z.B.
auftritt, wenn man zeitweise keinen MOSFET ansteuert oder man schaltet
die Motorspannung zwischen +U und 0 bzw. -U und 0 um.
Diese beidben Varianten unterscheiden sich in ihrem
Übertragungsverhalten. Will man bei der ersten Variante eine Spannung
von Null am Motor einstellen, so muß man mit einem Tastverhältnis von
1:1 zwischen +U und -U umschalten. Bei der zweiten Variante muß man gar
nicht schalten.
Bei der ersten Variante tritt also eine höhere Wechselspannungsamplitude
auf, d.h. es müssten theoretisch höhere Ummagnetisierungsverluste im
Motor auftreten.

Rick

 

[Klaus Wagner]

Hallo Jan,

Soll´s denn bremsen oder nur die Drehzahl verringert werden? Dementsprechend
musst Du die Schaltung ansteuern. Zum Einstellen einer bestimmten Drehzahl
benötigst Du -auch abhängig von der Last- ein bestimmtes
Impuls-Pausenverhältnis. Im konstanten Wechsel Energie zuführen und im
nächsten Moment durch Bremsen in Wärme zurückverwandeln ist Unsinn.

Ich vergleich´s mal mit dem Autofahren: Wenn Du stehen bleiben willst, musst
Du brensen. Wenn Du von 140 auf 120 kommen willst, genügt es, das Gas
zurückzunehmen. Kräftig bremsen und wieder gasgeben bewirkt nur eine Füllung
der K..Tüten durch die Mitfahrer. (Verzeih´mir den Vergleich!)

Gruß
Klaus

 

[Jan Stumpf]

Hi!

Soll´s denn bremsen oder nur die Drehzahl verringert werden?
Dementsprechend
musst Du die Schaltung ansteuern. Zum Einstellen einer bestimmten Drehzahl
benötigst Du -auch abhängig von der Last- ein bestimmtes
Impuls-Pausenverhältnis. Im konstanten Wechsel Energie zuführen und im
nächsten Moment durch Bremsen in Wärme zurückverwandeln ist Unsinn.

So sehe ichs auch. Nur ist das Argument, daß der Rick im anderen Posting
gebracht hat auch interessant. Sperren die Freilaufdioden automatisch nur
halt nicht so effizient (weg. höherem Spannungabfall) ? Kann das jemand
bestätigen? Wenn ich alle Mosfets ausschalte und den Motor per Hand drehe
gehts vom gefühl her leichter als, wenn die unteren beiden sperren.

mfg
Jan

 

[Tilmann Reh]

Jan Stumpf schrieb:

So sehe ichs auch. Nur ist das Argument, daß der Rick im anderen Posting
gebracht hat auch interessant. Sperren die Freilaufdioden automatisch nur
halt nicht so effizient (weg. höherem Spannungabfall) ? Kann das jemand
bestätigen? Wenn ich alle Mosfets ausschalte und den Motor per Hand drehe
gehts vom gefühl her leichter als, wenn die unteren beiden sperren.

Logisch: im letzeren Fall schließt Du den Motor kurz. Das macht man
gerne, wenn man wirklich bremsen will.
Im normalen Betrieb willst Du aber nicht wirklich bremsen, also ist
dann das Freilaufenlassen sinnvoller.

Das Ansteuern des FETs, wenn dessen Diode leitet (Synchrongleichrichter),
hilft Dir hier nicht weiter - in den Pausen arbeitet der Motor generatorisch
und wird die Freilaufdiode nur sehr kurz "benutzen" (wegen Induktivität),
anschließend würdest Du heftig bremsen.
Durch eine satte Induktivität in Reihe zum Motor kannst Du den Brems-
Effekt verringern und die Effizienz bei synchroner Ansteuerung etwas
verbessern, aber wozu den Aufwand treiben?

--
Dipl.-Ing. Tilmann Reh
Autometer GmbH Siegen - Elektronik nach Maß.
http://www.autometer.de

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In a world without walls and fences, who needs Windows and Gates ?
(Sun Microsystems)

 

[Thomas Rehm]

Jan Stumpf wrote:

ich habe da eine Frage zur PWM-Ansteuerung von Gleichstrommotoren
(24V). Es gibt ja zwei Möglichkeiten die "Auszeiten" innerhalb einer
Periode anzusteuern. Einerseits Freewheelen (Also alle Mosfets aus
und den Motor frei laufen lassen) oder die beiden Low-Side-Fets als
Kurzschluss schalten.
Die PWM-Frequenz ist üblicherweise so hoch, dass das "Kurzschließen"

in den Impuls-Pausenzeiten _nicht_ zu einem Abbremsen des Motors führt.
Denn die Induktivität integriert die Spannungsimpulse zu einem
annäherndem Gleichstrom auf - es gibt also auch keine Bremswirkung,
wenn die Vollbrücke den Motor "kurzschließt".
Andererseits führt das Abschalten einer Induktivität stets zu einer
Induktionsspannung, welche dann die Reverse-Dioden in den FETs
zum Leiten bringen - die FETs werden also u.U. mehr belastet als
wenn sie durchgeschaltet sind.

Anders sieht es aus, wenn Du die PWM bei laufendem Motor ganz
abschalten willst. Dann wirkt ein Kurzschluss als elektrische
Bremse des Motors. Aber diesen Fall meintest Du wohl nicht.

Thomas.

 

[Jan Stumpf]

Hi!

Die PWM-Frequenz ist üblicherweise so hoch, dass das "Kurzschließen"
in den Impuls-Pausenzeiten _nicht_ zu einem Abbremsen des Motors führt.
Denn die Induktivität integriert die Spannungsimpulse zu einem
annäherndem Gleichstrom auf - es gibt also auch keine Bremswirkung,
wenn die Vollbrücke den Motor "kurzschließt".
Andererseits führt das Abschalten einer Induktivität stets zu einer
Induktionsspannung, welche dann die Reverse-Dioden in den FETs
zum Leiten bringen - die FETs werden also u.U. mehr belastet als
wenn sie durchgeschaltet sind.
aha, genau war das, was ich wissen wollte! Also werde ich die Ansteuerung

mit Kurzschluss in den Pausezeiten lassen (das andere wäre auch
komplizierter anzusteuern).

Anders sieht es aus, wenn Du die PWM bei laufendem Motor ganz
abschalten willst. Dann wirkt ein Kurzschluss als elektrische
Bremse des Motors. Aber diesen Fall meintest Du wohl nicht.
nein, den meinte ich nicht.

Vielen Dank für die Hilfe!

Allen nen guten Rutsch!

Jan