Stroombegrenzing in een ESC...

Waar ik werk hebben we een 4 kanaals 13kW servodrive (stroomgestuurd). Ik weet niet wat hij kost maar ik ben bang dat je hem niet voor 10000+ euro hebt.

Ik moet toegeven, zo'n kleine 3-phase controller is een leuk project maar opschalen kan je vergeten.

Ik ben trouwens ook aan het kijken voor een elektrische lier maar heb nog niet echt een geschikte motor kunnen vinden. Wat voor 10kW motor zat jij aan te denken?

Om even weer bij het onderwerp te blijven, heb je DC current sensing voor de stroom door je fets/uitgang? Die zou ik namelijk wel toevoegen met daaraan een comperator naar een IRQ van je microcontroller. In fout situaties wil je niet dat dat een van de FET's open blijft staan (al is het alleen maar dat alles uit blijft tijdens het programmeren van de microcontroller).

Waar vlieg je eigenlijk heden ten dagen?

Als motor dachten we aan:
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=144…

We kunnen goed "oefenen" met 1 van deze motoren, maar om tandems te trekken hebben we er twee nodig. Ik lees net dat ie in Delta geschakeld is. Als je hem in Y schakelt, heb je minder amperes nodig voor het maximale koppel, maar moet je weer zo'n enorme spanning aanleggen om hem hard te laten gaan.

[ot] PAHO Hoezo? (letterlijke interpretatie van de vraag:) Volgende week in Bassano. Voor jullie is die vraag wat relevanter, ik hoorde dat jullie niet meer bij Action kwamen?

[edit].. Over fets die perongeluk open gaan: M'n N-fets zijn daar in de huidige setup gevoelig voor. Daar zit niks tussen de FET en de microcontroller. M'n P-fets stuur ik via een NPN tor aan. Zo'n NPN tor zal uit een ge-tri-state output van de controller niet genoeg stroom kunnen trekken om open te gaan en de P-FET aan te sturen. Verder programmeer ik hem altijd zonder motor-spanning. Maar ik zal er aan denken en pulldowns op de volgende versie ontwerpen.

[edit2] Hey, hier op dit forum denken ze ook dat de inducite zo klein zal zijn dat het een probleem wordt.... http://endless-sphere.com/forums/viewtopic.php?f=30&t=20840&st…

Op endless sphere zitten wel een paar leden met enige vorm van verstand van hardware, maar het grootste gedeelte blaat maar wat, en zou je echt niet uit kunnen leggen wat het verschil is tussen de DC stroom en fase stroom van een BLDC motor. (hoezo? stroom is stroom!)

Ik zou daar niet al te veel waarde aan hechten.

Ik had nog niet door dat je met P-channel MOSFETs werkt. Daar zul je, hoe dan ook, vanaf moeten. Halve bruggen met alleen N-channels zijn niet bepaald ingewikkeld of zo, hoor. Een fatsoenlijke gate driver met een bootstrap condensator, eventueel een externe charge pump, en het moet wel goed komen.

Bij 30kW uit een DC bus van 560V (gelijkgericht 3-fase 380V), heb je het al over een DC stroom van 54A, met fase-piek stromen zo'n beetje het dubbele daarvan. Dan liggen grote IGBT's wel een beetje voor de hand.

Je zou ook een beetje af kunnen kijken bij echt zware tractie systemen (treinen en zo). Ik geloof dat dat soort systemen meestal werken met thyristors (gate turn-off of geforceerde commutatie) voor de commutatie van de motor, in combinatie met een geregelde DC bus (gestuurde gelijkrichter) om de stroom door de motor te regelen, in plaats van PWM.

@Mr. SnuGGelS: op zich heb je wel een punt; zulke driver zijn commercieel erg duur, maar er zijn nog wel een groot aantal verschillen tussen een dergelijke servodrive en een motor die min of meer in een tractietoepassing wordt gebruikt.

Klopt ook wel, de nauwkeurigheid van de servodrive waar ik het over had ligt rond de "enkele" ppm's dus veel de nauwkeurig voor het doeleinde waarvoor hij hier gebruikt wordt.

H-bruggen inderdaad altijd met N-Fets doen, is goedkoper en efficienter. Een P-fet moet bijna 3x zo breed zijn om eenzelfde weerstand te hebben als een N-fet. Nadeel is weer dat je gate-capaciteit dan weer 3x zo groot is. De meeste power-MOSFETs zijn ook gewoon alleen N.

Bootstrappen is in dit geval niet handig maar een voltage-doubler met een NE555 is zo gemaakt, dan kun je met een simpele gate driver gewoon alles N-fets doen.

Voor de hogere vermogens zit ik inderdaad ook te denken aan IGBT bruggen, zeker met de hoge spanningen. Ik vraag me eigenlijk af of het BLDC nog wel opgaat bij de hogere vermogens, uiteindelijk zul je toch weer met sinusvormige stromen zullen gaan sturen (met een frequentie tot 0Hz).

Ik denk dat je voor de grotere vermogens het beste af bent met een motor en een sturing uit een heftruck, het is alleen de vraag of deze niet op zijn bek gaat als je een geforceerd negatief toerental krijgt.

Over Action, klopt inderdaad. Vliegen nu wat verder zuidelijk .

Zijn die heftruck motoren niet meestal serie- of shunt motoren, in plaats van borstelloze DC motoren?

Is het de bedoeling dat het geheel op accu's gaat werken (heel even dan, lijkt me), of gewoon op 3-fase 380V? In het laatste geval lijkt het me nog een grote uitdaging om een 70V/200A voeding te vinden.

Ik dacht dat de heftruck motoren "maar" tot iets van 6kW of zo gingen.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op woensdag 13 oktober 2010 19:10:48 (14%)]

Op 12 oktober 2010 00:25:58 schreef rew:
[...]
Tof dat te weten. Thanks. Ik weet zelf weinig van dat soort vuistregels omdat ik me er nooit mee bezig heb gehouden. Dus voor mij is 1nH net zo uit de lucht gegrepen als 1 mH.
[...]

Wel, we nemen het voorbeeld van een gewone MOSFET: Datasheet IRF640 en kijk eens op pagina 2 bij "internal drain inductance" en "internal source inductance": 4.5nH en 7.5nH, nu spreken we nog over korte verbindingen. Je zit al snel met enkele tientallen nH, en verdere paracitaire inducties op de print en verbindingen vullen het geheel aan. Dit heeft zijn consequenties bij zeer snel schakelen, daar er over deze inducties (bij zeer snelle stroomwisselingen) ook spanningspiekjes ontstaan. Bij geparallelde MOSSEN in iets onbalans komt dat nog meer tot uiting. Soit.

Op 11 oktober 2010 18:57:49 schreef Emilien:
@big bang: heeft u al comerciele uitvoeringen van ESC gezien?
http://www.castlecreations.com/products/phoenix_ice.html
Deze controllers zijn heel ingewikkeld en kosten maar tussen 25 en een hondertal euros...Is dat zinnig zichzelf proberen te ontwikkellen en te bouwen?
U is aan zwaar en peperduur IGT/MOSFET modules te spreken...Gewicht van een ESC van 50A is maar....48gr !

Euh neen, kende ik niet. Het zijn dus verderlichte dingen, voor een gemiddelde prijs en zwaar aan de stroom? Ik had nog niet door dat het 'airborn' moest zijn.

- - big bang - -

[Bericht gewijzigd door big bang op donderdag 14 oktober 2010 01:41:32 (12%)]

Turnigy CA120-70 Brushless Outrunner + Phoenix ICE 200 ESC

Op 13 oktober 2010 14:21:40 schreef SparkyGSX:
Ik had nog niet door dat je met P-channel MOSFETs werkt. Daar zul je, hoe dan ook, vanaf moeten. Halve bruggen met alleen N-channels zijn niet bepaald ingewikkeld of zo, hoor. Een fatsoenlijke gate driver met een bootstrap condensator, eventueel een externe charge pump, en het moet wel goed komen.

Absoluut! Mijn V1.0 versie werkt nu met P-fets. Mogelijk heb ik de bovenste fets even "p-fets" genoemd, terwijl ik "de bovenste N-fet" bedoel.

Op 13 oktober 2010 18:50:34 schreef SparkyGSX:
Is het de bedoeling dat het geheel op accu's gaat werken (heel even dan, lijkt me), of gewoon op 3-fase 380V?

Een 5Ah 40C LIPO haalt de 200A officieel. Uiteindelijk gaan we denk ik er twee parallel zetten en belasten de LIPOs dus niet over de 20C. Daarnaast denk ik aan een generator die continue staat bij te laden (zolang de accus niet vol zijn)..... Of we dan een wikkel-truuk gaan toepassen om direct de 70V te maken of wat anders weet ik nog niet....

Op 14 oktober 2010 07:54:48 schreef Emilien:
Turnigy CA120-70 Brushless Outrunner + Phoenix ICE 200 ESC

Die haalt de spanning van 70V niet. Scheelt een factor twee. Gaat hem niet worden. Bovendien, waar kan ik de sensors aansluiten?

Op 14 oktober 2010 01:41:12 schreef big bang:
Ik had nog niet door dat het 'airborn' moest zijn.

Nee hoor. Hoeft niet licht. Maar die Phoenix is TE licht. Electrisch. En hij doet niet aan sensoren.

Voor 70V zijn IGBT's en thyristor sturingen waarschijnlijk niet handig; dan kun je toch beter 120V MOSFETs of zo gebruiken, denk ik.

Gezocht bij Mouser: IPP041N12N3GXK TO-220 120V / 120A voor ~5 euro per stuk.
Voor 200A zou ik er toch 3 of zelfs 4 parallel zetten (let ook op temp. derating en zo). Bij 4 stuks parallel zou je er voor 3 halve bruggen dus 24 nodig hebben, dat is dus 120 euro alleen al voor de MOSFETs. Met een paar forse gate drivers en een goede layout en zo zou dat wel moeten werken. Je kunt beginnen met normale halve bruggen met enkele MOSFETs, en in een later stadium meerdere MOSFETs parallel gaan zetten.

Voorlopig is mijn "groeiplan" eerst IRFS3006-7PPBF voor experimenten tot 42V. In de uiteindelijke situatie betekent dat dat we niet de maximale snelheid halen. Da's op z'n minst voor tijdens het testen niet zo'n ontzettend probleem....

Daarna IRFP4468PBF voor hogere voltages, en wel de maximale snelheid. Ook dan zit ik aan 120/150 euro voor de fets alleen....

60V FETs voor 42V voeding is nogal aan de krappe kant; ik zou 75V of 80V FETs nemen, zodat je ook tijdens de transients niet in avalanche breakdown gaan.

100V FETs voor 72V voeding zou kunnen, de marge is dan alsnog 28V, maar ook dat lijkt me krap. Je kunt proberen of je met goed gekozen / geregelde gate stromen en grote snubbers weg kunt komen, maar dat zal niet meevallen.

Bij het uitschakelen van een spoel zul je altijd overshoots krijgen, vanwege alle paracitaire eigenschappen (inducties van lijnen, capaciteiten van diodes, etc.). In hoeverre je deze overshoots kunt onderdrukken, hangt vooral af van je kennis, ervaring, meetapparatuur, beschikbare tijd en geduld.

Het zou best kunnen dat de 60V fets bij 42 V gefrituurd raken. Dat merken we dan wel weer.

Ik zat nog te denken, als inderdaad de inductie "te" klein is, kan ik dan een spoeltje er tussen monteren? Probleem is zeker dat niemand 200A spoeltjes verkoopt....

Als de inductie te klein is, lijkt het met eenvoudige om de PWM frequentie te verhogen, om op die manier de rimpel onder controle te houden.

Eerst gewoon eens meten. Eerst met een weerstand van bijvoorbeeld 1Ohm schakelen.

while (1) P
  PORTB = 0x80;
  PORTB = 0x00; 
  delay_ms (100);
}

10Hz herhaling, ik verwacht pulsjes van 100ns (2 clocks). Dan eens kijken wat de stroom doet. Kijken of de fets voldoende aangestuurd worden en zo.

Dan ditzelfde (of evt langer als de fets dit niet bij zouden houden) met de motor er tussen.

100ns is wel wat weinig; met redelijke gate drivers is de dode tijd meestal 400-500ns.

Je kunt natuurlijk ook beginnen met een wat lagere voedingsspanning voor de FETs, dan blijft de stroom ook evenredig lager.

Jep Lage voedingsspanning (7.4V dan gaan ze hopelijk wel een beetje redelijk open. Met een gedoseerd aantal "nopjes" er tussen kan ik dan de pulsbreedte rustig opvoeren totdat er WEL wat gebeurd.

De test-motor:

[edit] Update wikkelingen hebben een weerstand van 51 mOhm.