Svenska ElektronikForumet

Hej!

Jag håller på konstruera en elcykel. Beställde motor från USA tidigare i veckan, se http://tncscooters.com/product.php?sku=106126
Motorn kommer kopplas till ett drev vid trampnavet med en kedja.

För att styra motoreffekten tänkte jag använda mig av PWM-reglering. Någon form av potentiometer (gasreglage, trådtöjningsgivare el lik) skall skapa en spänning. Denna spänning blir en analog ingång till en uC. För detta ändamål tänkte jag använda mig av ELFA's PIC 2 starter Kit, det verkar prisvärt.

Här är en skiss på min idé: https://www.dropbox.com/gallery/1968407/1/Test?h=7cb605

Problemet är bara att jag inte vet riktigt hur jag skall ta hand om resterande del. Processorn kommer ju skicka en PWM styrsignal ut, men denna klarar ju inte av att driva motorn. Här får man använda MOSFET's eller H-bryggor? Och hur kopplar man dem? Känns inte riktigt som H-brygga ska vara nödvändigt, eftersom motorn endast behöver köras i en riktning. Har tyvärr inte hittat tillräckligt bra tidigare trådar som hjälpt för att förstå hur jag ska gå tillväga, därför skapar jag nu denna.

Sen vet jag inte heller frekvensen på PWM utgången. Läste i forumet att vid höga frekvenser skapas induktans i motorn och man tappar effekt. Är frekvensen för långsam så upplever man väl resultatet som ryckigt. 500-1000Hz verkar lagom?

Jag är inte heller helt hemma i terminologin, vad menas med Styrkrets, Drivkrets, Motorstyrning? Det känns som det är tre ord för att beskriva samma sak?
Vidare jobbar jag med Jakob som startade en tidigare tråd här; http://elektronikforumet.com/forum/view ... =2&t=40757

Tacksam för alla idéer eller förslag som jag kan få!
/Oscar

Detta liknar mitt el-cykelprojekt väldigt mycket (fast jag har en 800W motor). eftersom du inte behöver kunna köra motorn både framåt och bakåt så behövs inte H-brygga.
Däremot kan man använda en halvbrygga, dvs en mosfet som kopplar ihop motor till strömkälla och en som kortsluter motorn. Med tanke på att din motor endast är på 250W så är det kanske lite overkill att köra med en halvbrygga dock, då har man istället en diod över motorn. I vilket fall så kommer en drivkrets att behövas, en stackars uc orkar inte driva en stor mosfet.
För att driva en halvbrygga rekommenderar jag 73-431-63
Till den andra lösningen kan jag rekommendera 73-627-00

Angående frekvens så tror jag att 1kHz är lite + att örat hör som bäst vid enstaka kHz. Någonstans mellan 4-20KHz går bra med ordentliga drivkretsar och mosfets.

Hej Rocky och tack för dina kloka ord!

Dock förstår jag inte hur jag skall kunna använda 73-627-00. Denna drivkrets har max utström på <=2A. Min motor går kontinuerligt på 8.33A (och har antagligen ganska stora strömspikar?). Du menar att denna drivkrets ska förstärka utsignalen från uC, för att sedan gå till en till förstärkare (MOSFET?) Hur menar du när du säger att man har en diod över motorn?

Tacksam för svar!
/Oscar

Leon23: Jo, det är en drivkrets för MOSFETar. Denna behövs eftersom utgångarna på en uC inte klarar av att ge så mycket ström som behövs för att en MOSFET ska öppna sig tillräckligt snabbt. Dioden ska du koppla i motriktningen mot motorn eftersom motorn kan skapa spänningsspikar (eftersom den är induktiv) som då leds tillbaks genom motorn via backdioden.

Tack för era svar! Kul att det är några som är intresserade!

Drivkretsen sitter alltså på utgången från uC och cirkus 1A ut till mosfeten som driver motorn om jag har förstått det hela rätt. Även en diod kopplad i motriktningen mot motorn för att förhindra spänningsspikar.

Jag tittade lite på pickretsen som följer med ELFA's pic2starterkit. Den heter PIC16F690, och jag har försökt hitta information om den har en PWM reglerad utgång. Enligt Microship så tolkar jag detta som det? http://www.microchip.com/wwwproducts/De ... e=en023112
4ch PWM 10 bit? De menar alltså att uC har fyra PWM styrda utgångar med en noggrannhet på 10 bit? (0,10,20,30... 80,90,100%) ?

EDIT: Hittade denna sidan: http://www.micro-examples.com/public/mi ... lator.html och enligt den sidan har ju PIC16F690 pwm utgång. Förstår dock inte hur bitnoggrannheten ska tolkas. Får köpa den i veckan och börja lära mig programmera igen, det var ett tag sen nu.

MVH
Oscar

10 bit PWM innebär att den kan reglera en PWM signal i 1024 nivåer, 2^10=1024.

Drivkretsen ger inte 1A ut, mosfetar drar i princip ingen ström alls, vid flera kHz drar den kanske några mA. 1A är maxström ut.

PICen har inbyggd pwm med 10-bit upplösning (dvs 0-100% i 1024 steg).
PICen inbyggda pwm Körs helt i bakrunden och PICen är helt ledig att utföra annat, allt som behöver ges är ett värde mellan 0 och 1023 så sköter den resten själv.
PIC16F690 är ett bra val, den har ju även A/D-omvandlare på 10-bit till en ev. vridpot som gashandtag.

vid flera kHz drar den kanske några mA

Nja det är väldigt mycket beroedne på inkapacitans men bör väl inte vålla några större problem med dessa lägre effekter som det verkar handla om i detta fall då större mosfetar med högre gate kapacitant inte är ett måste.

Tack igen för era kloka ord. Har behövt jobba med ett annat projekt i veckan så hade inte haft tid att fortsätta där jag slutade. Känns som det sitter många ingenjörer/studenter här inne. Trevligt. Måste dock fortsätta besvära med ett par frågor till:

Om mosfeten endast drar några mA, vad behövs då drivkretsen till? 73-627-00 verkar vara ett bra val ty låga switchförluster.
Sen undrar jag hur en MOSFET fungerar (vad som är skillnaden från en vanlig småsignalstransistor, typ BC3xx. hittar någon en bra länk så länka gärna, har sökt men inte förstått mig på det hela). Har jag förstått det rätt används mosfets i tillämpningar där höga strömstyrkor ligger på utgångarna (ty småsignalstransistorer endast klarar typ max 1A) och mosfet har även låga inre resistanser (så effektutvecklingen i mosfeten blir liten, P=R*I^2 och den blir således inte "så varm"). En Mosfet verkar även ha någon form av mättnadsgrad på spänningen? Vgs-Vthreshold... Antar att man vill mätta mosfeten och inte jobba i det linjära området?
Motorn ligger som sagt på 8.33A vid full effekt. Med lite överdimensionering väljer jag då en IGBT (mosfet?) på elfas hemsida, som exempelvis: 71-256-51.

Jag skissar upp en ny bild på förslag till motorstyrningen här:
https://www.dropbox.com/gallery/1968407/1/Test?h=7cb605

Så när styrsignalen ger en nolla på utsignalen, leder inte längre MOSFET och spänningen som motorn inducerar går tillbaka in i batteriet? Spänningen som induceras har jag läst kan bli flera kV men med mycket små strömmar, då borde batteriets +36V tolkas som 0V och energin leds tillbaka in i batteriet? Är det några stora energier vi snackar om (typ att man kan utnyttja det som regenarativ funktion) eller är jag ute och cyklar? Hahahah..
Obs! Behöver jag vara rädd om att batteriet inte klarar av detta? Vi har köpt ett färdigt LiFePO4 batteri med styrkrets och celler. Har inte råd att ha sönder detta batteri!

Sista frågan: Vissa komponenter behöver 5V men batteriet vi valt ger 36V. Hur löser man detta på ett bra sätt? Buck-omvandlare (linjär omvandlare?) tar väl hand om överbliven spänning (31V) och gör av med detta i form av värme? Då är det inte så bra om det går mycket ström i kretsen. 1W räcker för att bränna de flesta komponenter. P=U*I vilket ger att maximal strömstyrka får bli ca 0.3A för att spänningsomvandlaren inte skall bli för varm.

Återigen tacksam för all hjälp.
/Oscar

De 2 komponenterna du länkar till är helt ok. Anledningen till att du vill ha en drivkrets som klarar av så pass höga strömmar är för att kunna ladda upp mosfeten så snabbt som möjligt.
En vanlig bipolär transistor är en ren förstärkare. Ex. en transistor kan ha en förstärkning på 100ggr. det betyder att för varje mA som går bas-emitter så kan 100mA gå kollektor-emitter.

En mosfet fungerar mer som en variabel resistans, den har mycket stor resistans då gaten är oladdad och nästan ingen resistans då gaten är laddad.
Utifrån sett så är gaten en kapacitans. När en spänning läggs på gaten så kommer den att laddas. En tom kondensator kommer till en början att ses som en ren kortslutning, därför är det viktigt att under en kort tid kunna ge en stor ström. När gaten väl är uppladdad så drar den i princip ingen ström längre.
Den data som är intressant är hur stor resistans mosfeten har då den är ledande (Ron).
Mosfeten börjar leda ganska tvärt vid en viss spänning (Vgs-threshold). Det brukar finnas grafer på detta i databladet. De flesta mosfets börjar leda vid 2-4V, med en drivkrets på 12V leder mosfeten fullt ut.

Mosfeten du valt är i största laget, en mosfet som tål hög spänning/ström har i allmänhet en högre gate laddning och ger därmed förluster. En mosfet som klarar 60V klarar jobbet lika bra.
Med en diod över motor så får du ingen laddning tillbaka till batteriet. Dioden kortsluter ju motorn då mosfeten inte leder. Utan dioden skulle du teoretiskt kunna ladda batteriet, men spänningen skulle stiga till många kV och spränga mosfeten.

Tack Rocky_AL för snabbt svar!

Nu förstår jag varför man behöver använda en drivkrets och varför mosfeten skall laddas upp så fort som möjligt!
Tyvärr(?) klarar ELFA's mosfetar 600V/1200V Allesammans vilket är onödigt högt för min tillämpning. Det finns några varianter på 600V som har Ic som ligger mellan 10-19A. Det är väl lämpligt att kanske då hitta en MOSFET som klarar att leverera ca 12A i så fall, exempelvis 71-007-04. Motorn skall ju ha 8.33A men vill ändå överdimensionera något med hänsyn till strömspikar.
Dock måste jag fråga vad som avses när det står specificerat att de klarar av att avge 90-150W? Det låter ju otroligt mycket.
I databladen har jag svårigheter att hitta hur stor resistans denna har, men det var ju väldigt tydligt med värmeavledningsförmågor och dyl i alla fall...

Diod antar jag att jag kan välja någon godtycklig, exempelvis 70-003-26.

EDIT: Vad är skillnaden mellan IGBT och Fälteffekttransistorer (ELFA)?
EDIT2: Denna transistor verkar ju vara mycket bättre; 71-006-54. rDS= 0.011Ohm. Dvs effektutvecklingen blir P=R*I^2 = 0.011*8.33^2 = 0.76W, hanterbart. Med TO220-kapsel finns det säkerligen färdiga kylflänsar som passar direkt på också.
EDIT3: Kjell's färdiga motorstyrningskit använde F530. 71-148-95. Denna har rDS=0.06Ohm. 4W blir ju för varmt! Är 71-006-54 bättre? Det verkar ju så i alla fall. Kjell: http://www.kjell.com/?item=87550&path=239000000

MVH
/Oscar

Felet är att du tittar på IGBT i stället för FETar.

IGBT klarar högre spänningar men är i övrigt sämre, så till det här ska du inte ha en IGBT.

Effektsiffrorna är vad den klarar att när den är kyld till 25°C har jag för mig. Det är inga nivåer man normalt klarar så lägg dig med god marginal på den sidan.

Vilken mosfet du än väljer så kommer du att behöva ett kylelement. Den effekt som går förlorad då mosfeten är på är oftast mycket mindre än det man förlorar då mosfeten går från på till av eller tvärtom. När du väljer mosfet så kan det vara bra att välja en som klarar kanske 2-3ggr så mycket ström som din motor drar eftersom motorn drar väldigt mycket då den är stillastående eller om man gasar väldigt fort. Spänningsmässigt duger 2ggr batteriets spänning för att vara på den säkra sidan.

En IGBT är i princip en mosfet som styr en bipolär transistor.

Edit: Tänk på att det är en N-channel fet du ska ha.

Nu var det ett tag sen.

Kraftöverföringen är färdig och jag har testat cykeln direkt med motorn kopplat till batteriet lite, det är ändå lite drag i 250W motorn
Motorstyrningskretsen är ihoplödd på ett experimentkort och ser lite barnsligt ut just nu, men det fungerar ändå helt okej. Motorn regleras med ett gasreglage (potentiometer typ) som varierar spänningen mellan 0.8V och 4.2V. PWM signalen ut från uC ser även den helt okej ut och det verkar som den gör det den ska göra. Switchfrekvensen på PWM signalen är just nu 6000Hz eftersom motorn verkar trivas bäst där.

Nu har jag ett annat problem; Trots 100% PWM så får jag inte ut full effekt ut från motorn. Säg att jag får ut kanske 40% jämfört med kraften jag får ut jämfört med att direktkoppla mot batteriet. Regleringen i sig fungerar bra med gasreglaget men jag förstår inte varför jag inte får ut full effekt över motorn?

De tre felkällor som jag kan tänka mig är:
-Vgs-threshold inte tillräckligt?
-Det ligger nån liten spänning över motordioden som gör att motorn i sig inte får 36V och underpresterar vid typ 34V?
-Drivkrets och PIC inte får +5V när drivkretsen puttar ut ström mot mosfeten. EDIT: Satte dit avkopplingskondensatorer, gjorde ingen skillnad.

Jag hade tänkt etsa ett kort för att ha större lödbanor där det råder höga strömmar och få det lite snyggare. Här är mitt förslag till elschemat gjort i EAGLE:
http://www.dropbox.com/gallery/1968407/1/Test?h=7cb605

/Oscar
EDIT: La även upp en bild på cykeln och kraftöverföring.

Är du helt säker på att du får 100% PWM? För då skall motorn gå väldigt nära som att du kopplat den direkt till batteriet, under förutsättning att allt annat fungerar som det skall förstås. Vad gäller Vgs-thr så har du vad databladet säger så skall det inte vara några problem annars runt 15V eller så är normalt så mosfeten är fullt öppen.