Freilaufdioden dimensionieren
Nick Mueller
Ich habe eine Motorsteueruung mit PWM aufgebaut. Motoreckdaten: ca 10V,
20A.
Als MOSFET hab ich den BUZ111 (80 A Dauer) verwendet, als Freilaufdioden
2 * MBR2045 (je 2 * 10A Dauer also 40A).
Ich frag mich jetzt, wie ich die richtige Dimensionierung der
Freilaufdioden feststellen kann.
- Anfassen und schauen ob sie warm werden?
- Mit Hilfe der Vorwärtsspannung/Strom-Kurve aus dem Datenblatt den
Strom ermitteln?
- "Richtig" Messen? Wie messe ich die kurzen Stromstöße vernünftig, ohne
den Aufbau zu verfälschen?
- Oder das ganze schätzomativ dabei belassen unter der Annahme dass die
Ströme durch die EMK deutlich kleiner sein müssten?
Ein Versagen der Schaltung wäre einigermassen unangenehm, da 1.3kg
Hubschrauber mit 1500 Upm Rotordrehzahl eher bleibende Eindrücke
hinterlassen.
Sachdienliche Hinweise werden gerne entgegengenommen.
Gruß,
Nick
--
Nick Müller
mailto:ni...@logictools.de oder/or sual...@mac.com
http://www.logictools.de
Manfred Winterhoff
> Ich frag mich jetzt, wie ich die richtige Dimensionierung der
> Freilaufdioden feststellen kann.
> - Anfassen und schauen ob sie warm werden?
> - Mit Hilfe der Vorwärtsspannung/Strom-Kurve aus dem Datenblatt den
> Strom ermitteln?
> - "Richtig" Messen? Wie messe ich die kurzen Stromstöße vernünftig, ohne
> den Aufbau zu verfälschen?
> - Oder das ganze schätzomativ dabei belassen unter der Annahme dass die
> Ströme durch die EMK deutlich kleiner sein müssten?
durch den Verbraucher fliesst, hier also 20A, und das nur kurze Zeit.
Dein Problem ist die Parallelschaltung, du muesstest sicherstellen,
das sich der Strom durch die Dioden passend aufteilt. Unterschiedliche
Vorwiderstaende durch asymmetrische Verkabelung (z.b. unterschiedlich
ausgefuehrte Loetstellen, unterschaetze den Widerstand von Loetzinn
nicht) koennten stoeren.
Zum Messen solltest du die Strom-/Spannungskurve ueber den Dioden mit
einen Oszilloskop ermitteln, die Flaeche darunter gibt die Energie an.
Dann kannst du ermitteln, ob du auf der sicheren Seite liegst. Aber
vermutlich betreibst du FET/Diode ohne Kuehlkoerper, wie es in Modell-
baureglern ueblich ist, liegst also weit unter der Datenblattbelastungs-
grenze.
--
Manfred Winterhoff
mawin at gmx.net
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Nick Mueller
> Im Prinzip muss eine Freilaufdiode nur den Strom aushalten, der auch
> durch den Verbraucher fliesst, hier also 20A, und das nur kurze Zeit.
Noch eine Frage z. Bauteileauswahl:
Wäre eine FRED besser? Z.B. eine BYP 103. Wichtig ist doch eine kurze
Umschaltzeit und eine niedrige Durchlasspannung. Bei der von mir
gewählten MBR 2045 steht im Datenblatt nur "very fast switching" aber
keine Zeitangaben. Hat jemand Tips für eine bessere Familie?
Raymund Hofmann
ni...@logictools.de (Nick Mueller) wrote:
> Manfred Winterhoff <ma...@gmx.net> wrote:
>
> > Im Prinzip muss eine Freilaufdiode nur den Strom aushalten, der auch
> > durch den Verbraucher fliesst, hier also 20A, und das nur kurze
Zeit.
>
> Noch eine Frage z. Bauteileauswahl:
> Wäre eine FRED besser? Z.B. eine BYP 103. Wichtig ist doch eine kurze
> Umschaltzeit und eine niedrige Durchlasspannung. Bei der von mir
> gewählten MBR 2045 steht im Datenblatt nur "very fast switching" aber
> keine Zeitangaben. Hat jemand Tips für eine bessere Familie?
MBR2045 ist wohl eine schottky diode -> also sehr schnell (trr~10-50nS)
Die Diode im FRED-FET ist eher langsamer.
Je nachdem wie die Schaltung aussieht, ist es eh unwarscheinlich, daß
ein nennenswerter Strom durch die Freilaufdiode fließt.
(Es wird bei dieser Anwendung wahrsch. keine Energie aus dem Motor
entnommen zum Bremsen o.Ä.)
Kritischer sind evtl. Spannungsspitzen verursacht durch:
Motorinduktivität und Streuinduktivität.
(induktionsarmes RC-Netzwerk parallel zum Motor)
Heutige FET's aber sehr robust sind gegen diese Sogenannte Avalanche-
betrieb (Durchbruch durch Überspannung in Vorwärtsrichtung).
Gesetzt den Fall, der Motor würde auf eine Drehzahl gebracht, die höher
als die Leerlaufdrehzahl bei der Akkuspannung ist, fließt strom durch
die inversdiode im FET, aber ist in diesem Fall durch die niedrige D-S
spannung keine schnelle Diode nötig.
Wichtig: Je schneller der FET bei gleicher Technologie, desto höher ist
die Erforderliche Treiberleistung (wg. Kapazitiver Last am Gate).
D.h: Die Ansteuerleistung steigt, wenn die gleichen Schaltverluste im
FET beibehalten werden sollen.
>
> Gruß,
> Nick
>
> --
> Nick Müller
> mailto:ni...@logictools.de oder/or sual...@mac.com
> http://www.logictools.de
>
--
Raymund Hofmann
Sent via Deja.com http://www.deja.com/
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Manfred Winterhoff
> Wichtig ist doch eine kurze Umschaltzeit und eine niedrige Durchlasspannung.
> Bei der von mir gewählten MBR 2045 steht im Datenblatt nur "very fast
> switching" aber keine Zeitangaben. Hat jemand Tips für eine bessere Familie?
nimmst, was in der Bastelkiste liegt und MBR ist ok, FRED zu
teuer.
Nick Mueller
> was in der Bastelkiste liegt und MBR ist ok, FRED zu
> teuer.
Das ist nicht so das Argument. Es soll vernünftig, ordentlich und sicher
funktionieren. Im Moment wird der BUZ bei Probeläufen nur handwarm, die
Freilaufdioden jedoch warm (nicht heiß, ich schätze mal so 40..50 Grad).
Wenn ich eine optimale Diode finden würde, könnte ich sie evtl. direkt
am Motor montieren.
Nick Mueller
> Je nachdem wie die Schaltung aussieht, ist es eh unwarscheinlich, daß
> ein nennenswerter Strom durch die Freilaufdiode fließt.
Oh doch! Ich hatte mit einem Motor kleinerer Leistung (1/10) die
Schaltung ohne Dioden getestet, und der BUZ ist ganz schön warm
geworden. Erst mit den Freilaufdioden blieb der FET praktisch kalt.
Dafür werden die Dioden jetzt warm (aber nicht so sehr). :-)
> (Es wird bei dieser Anwendung wahrsch. keine Energie aus dem Motor
> entnommen zum Bremsen o.Ä.)
Nein, nicht zum Bremsen. Aber PWM -> Spule -> Spannung weg -> Induktion
usw.
> Wichtig: Je schneller der FET bei gleicher Technologie, desto höher ist
> die Erforderliche Treiberleistung (wg. Kapazitiver Last am Gate).
Ich werde mir mal die Flanken am Gate ansehen ... 11 us Anstiegs und
Abfallzeit. Geht aber über den vollen Spannungsbereich Eingangsspannung
.. Masse. Wirklich rasend schnell ist das ja nicht, oder? Ich steuere
das Gate über Optokoppler an, um mir das Netz nicht allzusehr zu
versauen (ein Massepunkt ganz nah am Akku jew. für "Analog-Teil" und
Motor).
Manfred Winterhoff
> Das ist nicht so das Argument. Es soll vernünftig, ordentlich und sicher
> funktionieren. Im Moment wird der BUZ bei Probeläufen nur handwarm, die
> Freilaufdioden jedoch warm (nicht heiß, ich schätze mal so 40..50 Grad).
sollten die Freilaufdioden gar nicht warm werden, bei
PWM 50% am waermsten.
Bei welcher Frequenz ? Du wirst zwischen 1kHz und 20kHz
verwenden, bis 50kHz sollte Schottky problemlos gehen.
Da der Transi nicht warm wird, schaltet die Diode rechtzeitig
ab, die Schnelligkeit reicht also, die Waerme kommt von der
Durchlasspannung. Du kannst ueber ein RC-Netzwerk am Motor
die Impulse zu Lasten des Transistors veraendern, also
Leistung von den Dioden wegnehmen.
Andere Moeglichkeit: Synchrongleichrichter, also einen FET
als Freilaufdiode, aber der muss sehr genau gesteuert werden,
glaube aber nicht das Modellbauregler so was machen.
> Wenn ich eine optimale Diode finden würde, könnte ich sie evtl. direkt
> am Motor montieren.
Raymund Hofmann
ni...@logictools.de (Nick Mueller) wrote:
> Raymund Hofmann <raymund...@my-deja.com> wrote:
>
> > Je nachdem wie die Schaltung aussieht, ist es eh unwarscheinlich,
daß
> > ein nennenswerter Strom durch die Freilaufdiode fließt.
>
> Oh doch! Ich hatte mit einem Motor kleinerer Leistung (1/10) die
> Schaltung ohne Dioden getestet, und der BUZ ist ganz schön warm
> geworden. Erst mit den Freilaufdioden blieb der FET praktisch kalt.
> Dafür werden die Dioden jetzt warm (aber nicht so sehr). :-)
Wie ich sagte, hängt das von der Schaltung ab:
z.B.:
VCC D2
+-|<-+
| |
Motor O |
| |
+----+
|--- |
G--| |<-- |
|--+->|-|
FET | D1
|
GND
D1 ist hier parasitär im Fet vorhanden und würde nur leiten, falls
energie aus dem Motor geliefert würde (wohl kaum in dieser Anwendung).
D2 ist hier empfehlenswert, weil man nie genau weiß, wie sich der Motor
induktiv verhält.
Bei entsprechender Induktiven Komponente des Motors sorgt D2 hier
dafür, daß die Energie aus der Induktivität nicht im Avalanche-Betrieb
des FET's verheizt wird, sondern nur ein Teil davon in D2.
>
> > (Es wird bei dieser Anwendung wahrsch. keine Energie aus dem Motor
> > entnommen zum Bremsen o.Ä.)
>
> Nein, nicht zum Bremsen. Aber PWM -> Spule -> Spannung weg ->
Induktion
> usw.
>
> > Wichtig: Je schneller der FET bei gleicher Technologie, desto höher
ist
> > die Erforderliche Treiberleistung (wg. Kapazitiver Last am Gate).
>
> Ich werde mir mal die Flanken am Gate ansehen ... 11 us Anstiegs und
> Abfallzeit. Geht aber über den vollen Spannungsbereich
Eingangsspannung
> .. Masse. Wirklich rasend schnell ist das ja nicht, oder? Ich steuere
> das Gate über Optokoppler an, um mir das Netz nicht allzusehr zu
> versauen (ein Massepunkt ganz nah am Akku jew. für "Analog-Teil" und
> Motor).
Kontrollierte Flankensteilheit ist kein Fehler, man will ja keinen
Störsender Bauen.
Abhängig von der Schaltfrequenz sollte die Flankensteilheit am Drain
hier vielleicht 5-10V/us betragen.
>
> Gruß,
> Nick
> --
> Nick Müller
> mailto:ni...@logictools.de oder/or sual...@mac.com
> http://www.logictools.de
>
--
Udo Piechottka
Raymund Hofmann schrieb:
> MBR2045 ist wohl eine schottky diode -> also sehr schnell (trr~10-50nS)
> Die Diode im FRED-FET ist eher langsamer.
> Je nachdem wie die Schaltung aussieht, ist es eh unwarscheinlich, daß
> ein nennenswerter Strom durch die Freilaufdiode fließt.
Das ist falsch.
Es fließt der gleich Strom nach Abschalten des FET weiter (im PWM-Betrieb
mit angemessener Frequenz)
> (Es wird bei dieser Anwendung wahrsch. keine Energie aus dem Motor
> entnommen zum Bremsen o.Ä.)
Aber die Induktion des Motors. Der eingestellte Strom fließt über die
Freilaufdiode weiter.
Gruss Udo