Eigenbau Brushless Regler [Archiv]

martin2day

12.August.2020, 14:40

Hallo zusammen,

ein wenig animiert von dem super Baubereich vom Patrick möchte ich selber auch versuchen selber einen Bericht von mir zu erstellen. Gern darf bei mir auch Diskutiert werden, wenn es sachlich zugeht. :-)

Ich selber habe vor vielen Jahren mit den Modellbooten begonnen, eine Zardoz war damals mein Einstieg.
Das war die Zeit wo die BL-Technik gerade am kommen war... und ich war Student und hatte nicht genug Geld für die teuren Schulze Regler.
Zu dieser Zeit hatte ich bereits einige BL-Steller selber gebaut bzw. auch die BK-Steller umgebaut.

Jetzt wo ich wieder Eingestiegen bin, war ich erst einmal sehr überrascht, eine Vielzahl an Stellern, Schulze gibt es nicht mehr...
Also auch so einen günstigen Steller besorgt und gefahren...

Aber: So richtig zufrieden bin ich damit nicht... und meiner Meinung nach hat sich da ja in den letzten Jahren nicht wirklich viel getan... es sind Immer noch alles reine BL-Steller... richtige Regler sind es ja gar nicht.

Also möchte ich selber mal versuchen einen Regler selber zu bauen. :-)
Folgende Sachen sind angemacht.
- Strommessung der 3 Phasen
- Feldorientierte Regelung über den Strom
- Strombegrenzung
- Temperaturmessung und damit Verbunden Strombegrenzung
- vernünftige Wasserkühlung, nicht nur die Platikgehäuse der FET's
- angedachten Spannung: 4 - 12S
- angedachten Strom: echte 100A Dauer

Wie bereits früher ausgeführt werde ich den Regler in 2 Platinen unterteilen.
Leistungsteil mit FET's, Elkos und Strommessung und ein Steuerteil mit dem Rest.

Das Layout ist bereits fertig und die Platinen sind in der Fertigung.
Ich bin kein Hardwaredesigner... schauen wir mal ob mein Angelesenen Wissen dafür ausreichend ist....

Gruß Martin

madliz

12.August.2020, 18:24

Bravo! Eine guter Ansatz!

Mit genügend elektronischem Fachwissen wir Dir das auch gelingen.
Ich verfolge deinen Bericht mit grossem Interesse.

Grz. madliz

martin2day

12.August.2020, 20:37

Guten Abend,

danke madliz für dein Feedback... ich versuche wie immer mein Bestes :-) Informationen gibt es ja zum Glück recht viel...

Hier meine Gedanken zur Endstufe:
- 12 FET's vom Typ TO-220, diese kann ich mit der Kühlfläche direkt auf einen Kühlkörper schrauben
- 4 große Elkos für den Zwischenkreis
- ganz viele kleine MLCC's so nah wie möglich an den FET's um die Ripple Ströme möglichst gering zu halten
- Schraubanschlüsse für Batterie und Motor
- alle Stromführenden Leiter so ausbilden, dass ich sie mit Draht und Zinn aufdoppeln kann

Herausgenommen ist folgendes Layout was 97 x 58 mm groß geworden ist.
99994
99995

Auf der Oberseite sind noch 3 Shunt's a 0,5mOhm verbaut. Diese sind mit 5 Watt für bis zu 100A ausgelegt.
Die Platinen sind so ausgelegt, dass sie "günstig" in Fernost hergestellt werden können.

Gruß Martin

plinse

12.August.2020, 21:56

Hallo Martin,

da bin ich mal gespannt, wie es weiter geht. Das Vorgehen zeugt ja von gewisser Erfahrung.
Die spannungsfesteren FETs stecken ja öfter in größeren Gehäusen. Die D-Lux 250A haben sich ja auch als gut kühlbar und tuningtauglich erwiesen.
Steller, die mir sehr gut kühlungsseitig gefallen, sind die YEP120HV/YEP180HV, auch größere FETs aber SMD gelötet.
Die haben beidseitig Stromschienen, wo für die wassergekühlten Varianten Röhrchen aufgelötet werden und ich müsste jetzt genauer gucken aber es dürften die Versorgungs-Planes +&- sein, aus denen per Wasser die Wärme gezogen wird und eben diese Planes haben auch großflächig Anschluss an die Transistoren und ziehen über die elektrisch genutzten Pfade auch die Wärme raus.

Lötest du Röhrchen auf die Stromschienen, darfst du die Röhrchen natürlich nicht elektrisch verbinden, wobei die hochohmige Verbindung durch Wasser nicht stört.
Direkt mit minimalem Wärmewiderstand mit Wasser auf elektrische Leiterbahnen zu gehen, finde ich sehr charmant - eben keine Kühlung nur über die Mold-Masse... der gedoppelte 180HV hat ja auch durchaus für das SAW her gehalten und einige Forenkollegen haben auch den 120HV richtig geprügelt.

Ein von mir auch sehr gerne her genommenes Bastelobjekt ist der Flycolor 150A. Der hat Kupferbleche, die pro Phase elektrisch angebunden sind und normal per Wärmeleitpad gegeneinander isoliert auf einen Kühlkörper gelegt werden. An SMD mag ich nicht gerne löten, weil ein minimaler Fehler schnell irreparabel endet, auf diese Kupferschienen lassen sich aber Rechteckprofile kleben - vollflächiger Wärmeleitkleber in sehr dünner Schicht bietet auch eine gute Verbindung.
Meine Modifikationen bauen zwar recht groß, platt bekommen habe ich so einen Steller aber auch noch nicht und das liegt nicht daran, dass ich mir keine Mühe gegeben hätte ;)

Denk also durchaus noch mal über die Kühlung per wasserführender Stromschienen nach, würde sich ja anbieten, wenn du Leiterbahnen per Draht und Lot aufdoppeln willst, dort halt Kupferröhrchen zu nehmen statt Draht.

Grüße, Eike

martin2day

12.August.2020, 22:24

Hallo Eike,

vielen Dank für deine sehr umfangreiche Antwort.
Natürlich habe ich mir vor dem Entwurf erst einmal etliche andere Steller von verschiedenen Herstellern angesehen.
Angefangen von modernen Direct-FET's, über SMD FET's bis hin zu den dir genannten D2PAK.

Mein Gedankengang war hier folgender. D2PAK ist der Drain das Wärmeabführende PAD... in verschiedenen Notes liest man, dass man hier eine große Kupferfläche für die Kühlung anbinden soll. Bei dem oberen FET ist dies +Batterie... das passt... aber beim unteren FET ist dies eben Phase L1-L3.... nicht so schön um dies zu Kühlen. Wenn man nun + und - Leiterbahn kühlt, so kann man von dem oberen FET direkt über Kupfer abführen, von dem unteren nur über Strahlung über die Leiterplatte.... das fand ich persönlich nicht so gut gelöst.
Aber ein weiterer Punkt war für mich sehr wichtig. Ich wollte den Strompfad für das Leistungsteil und die Lage der Kondensatoren so kurz wie möglich halten. Unweigerlich kommt ich da dazu, das ich so Plus und Minus in die Mitte verlege.
Ich habe hier viel mit verschiedensten FET's probiert... mit den TO-220 war ich am glücklichsten... weil all meine Vorstellungen perfekt erfüllt worden sind.

Aber in der Tat wäre ein Aufdoppeln mittels Messingrohr viel einfacher als ein extra gefertigter Kühlkörper.
Hast du von den Flycolor 150A ein Bild geöffnet ?

Ich will in der Version 1 :-) erst einmal eine perfekte Kühlung haben, weil schon rein rechnerisch hat man eine ganze Menge an Verlust über den FET's... bei einem RDSon von 2mOhm und 100A (2 FET's parallel) hat man bereits 5 Watt pro FET, nur der Verlust wenn er eingeschaltet ist.. die Umschaltverluste kommen auch noch hinzu.... und was am schlimmsten ist... der Verlust über die DIODE nach dem Ausschalten.... das sind fast 50%...
Ich bin der Meinung das bekommt man mit guter Kühlung oder eben mit diesen FET Massengräbern in den Griff.. diese Gräber bringen aber wieder andere Probleme mit sich.

Martin

plinse

12.August.2020, 22:51

...
Aber in der Tat wäre ein Aufdoppeln mittels Messingrohr viel einfacher als ein extra gefertigter Kühlkörper.
Hast du von den Flycolor 150A ein Bild geöffnet ?
...

https://www.rc-raceboats.de/forum/showthread.php?43142-Vergleich-Swordfish-220A-Seaking-180A&p=301454&viewfull=1#post301454

Moin Martin,

sicher doch, sind im Forum schon vorhanden.
Die 3 Kupferbleche liegen wie gesagt auf dem Potenzial der Phasen und die Kühlung original basiert darauf, dass da ein Wärmeleitpad drauf liegt und ein Kühlkörper drüber kommt.

Die Schwäche am Original sehe ich darin, dass die Kondensatoren über lausige Platinenpins angebunden sind - schöne unnötige Impedanz, nur damit der Steller 5mm flacher baut und dass der Kühlkörper nur durch 2 Bohrungen durchströmt wird - wasserseitig also auch nur aus 2 Röhren besteht, auch wenn es ein riesen Kühlkörper ist.

Die Pins lassen sich aber durch Zusatzkondensatoren kompensieren und in der Praxis reichen die beiden Röhren/Bohrungen, der Kühlkörper kann ja auch Wärme speichern. Mein kleiner Umbau für Alltagseinsatz ist also nur Zusatzkondensatoren und Antiblitzwiderstand nachzurüsten.

Für deutliche Überlastung vom Steller klebe ich halt zusätzlich Messingprofile auf die 3 Schienen und bringe die Wasserkühlung deutlich direkter an die Endstufe.

Grüße, Eike

martin2day

13.August.2020, 07:08

Hallo Eike,

danke dir für deine Nachricht und den Link.
So wie ich das sehe in den doch recht kleinen Bildern liegen die Schienen aber auch "nur" auf den Plastikgehäusen der FET's auf.
Plaste ist in meinen Augen ein nicht wirklich guter Wärmeleiter... wenn man sich verschiedene Datenblätter anschaut... finden man auch einige Angaben:
https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00004438-guidelines-for-using-st-s-mosfet-smd-packages-stmicroelectronics.pdf
Seite 2 z.B. für d2Pak... Wärmeübergang zur Luft 62,5C/W... Sprich bei 25° Umgebung und einem Watt auf dem FET erwärmt dieser sich dabei auf 87,5°C.
Leider findet man keine verlässliche Angaben für den Wärmeübergang am Gehäuse, wenn man einen Kühlkörper verwendet... das liegt in meinen Augen eben daran, dass die FET's eben genau dafür nicht vorgesehen sind.
Normalerweise führt man die Wärme entweder über eine sehr große Drain Kupferfläche ab, oder setzt am FET Drain direkt VIAS auf die andere Seite und kann dann auf dieser Kupferfläche mit Wärmeleitpad und einem Kühlkörper arbeiten... der Wärmeübergang von FET zum Pad ist in den Datenblättern mit weit unter 1°C/W angegeben... also kann man hier weit über 50W abführen.

Für mich macht in der Theorie eine effektive Wärmeabführung über die Plaste absolut keinen Sinn.
Und wir haben ja im Boot den riesengroßen Vorteil, dass wir fast unendlich viel 25° kaltes Kühlmedium haben.

So war mein Ansatz und den werde ich in erste Linie mal testen. :-)
Ich habe wie gesagt, auch weil ich die SMD FET's auch super finde, auch mit diesen versucht ein effektives Layout zu erstellen, eben mit den oben genannten VIAS für den Wärmeübergang auf die andere Seite und hier dann Abführung per Kühlkörper oder eben per Messingrohr. Dies ist mir aber im ersten Anlauf mit dem vorhandenen Platz nicht gelungen.
Kann man ja aber auch noch einmal aufgreifen.

Gruß Martin

plinse

13.August.2020, 08:51

Klar, Plaste leitet kaum Wärme im Vergleich zu Metall aber auch keinen Strom und die Schienen liegen auf Phasenpotenzial wie ich schon schrieb.

Auch wenn du auf einen Kühlkörper gehst mit geschraubten Laschen, wirst du entweder getrennte Kühlkörper brauchen oder die TO-220 Laschen gegeneinander isolieren müssen und schon hast du wieder deinen ungeliebten Isolator im thermischen Pfad.

Eine gut gemachte Multilayerplatine mit direkter Kühlung ausgewählter Planes halte ich dabei für einen bereits sehr guten Kompromiss, da auch die anderen Planes großflächig über die Lagentrennung entwärmen können und irgendwo muss immer isoliert werden. Das datenblatt der SMD-FETs ist da auch im Thread verlinkt, die Entwärmung von Highside und Lowside über Phase dürfte recht gleichmäßig sein.

Dazu kommt, dass der Steller sich massiv bewährt hat. Um den kaputt zu bekommen, bedarf es unbedarften Teillastgegurkes ohne Zusatzkondensatoren, Fehlprogrammierung, hochpoliger Motoren oder unbedarfter Überlast > Faktor 2,5
Kaputt bekommt man alles und gewisse Leute bekommen auch alles kaputt aber im Mittel hat der Steller einen verdammt guten Ruf und das für 35€.
Seine technischen Lösungen sich mal anzusehen, kann so verkehrt nicht sein ;-)

Grüße, Eike

martin2day

13.August.2020, 09:07

Ah okay... das habe gelesen aber so in dem Bild nicht recht gesehen... :-)
Sind die Platinen von dem Steller auf einer oder auf beiden Seiten mit FET's bestückt?

Wenn du sagst, die Schienen liegen auf Phase, und ich pro Phase 6 FET's in einer Richtung sehe, dann vermute ich mal... auf der anderen Seite sind noch mal 18 FET's... oder?

Auch und ja die Elkos über die Pins zu führen ist ungeschickt gelöst. Wobei ich hier ja noch einen Schritt weiter gehe... die großen C's schaffen eine gute Glättung... aber extrem kurze Peaks schaffen die nicht.. zu weit weg und auch nicht dafür geeignet... deshalb ja auch die MLCC's bei mir so nah wie möglich... ich vermute nämlich, dass ich sonst mit der Strommessung ein Problem bekommen werde.
Für die Stromregelung muss ich auch in der Frequenz ein ganzes Stück höher gehen...
Auch das war mir wie gesagt für den ersten Test im Layout sehr wichtig.
:-)

Schauen wir mal...
Aber danke dir für die Diskussion... es kann ja auch schnell mal passieren, dass man den Wald vor lauter Bäumen nicht sieht...

Gruß Martin

MiSt

13.August.2020, 09:11

Ein paar Anmerkungen meinerseits:

Es gibt für jeden FET einen Gatewiderstand?
Die Substratdioden der FETs kann man durch explizite Schottky-Dioden deutlich entlasten. Das produziert schon mal weniger Verluste, ist den Herstellern in Fernost aber anscheinend zu teuer. Außerdem gibt es noch den aktiven Freilauf, der noch mehr bringt in dieser Hinsicht, bei den bekannten Risiken und Nebenwirkungen im Falle einer Störung der FET-Ansteuerung z.B. durch Feuchtigkeit ...
Die Qualität der Wärmeleitung von Epoxy (= FET-Plaste-Gehäuse) wird unterschätzt. Der Übergang per Kupfer ist natürlich super, der Übergang zur Luft ist unterirdisch schlecht, aber per Kunststoff ist viel näher am Kupfer als am Wert für die Luft

plinse

13.August.2020, 12:01

Am Ende geht es um einen guten Kompromiss.
Was nutzt die perfekte Kühlung, wenn sie zu Lasten der Kondensatoranbindung geht, ...

Letztendlich beobachte ich halt die Steller am Markt und auch deren Potenzial daran zu basteln und da ist der Flycolor 150 eine günstige und gut modifizierbare Basis.
Die beiden Pins zu den Kondensatoren lassen sich überbrücken, an die Brücken lassen sich ggf. direkt Zusatzkondensatoren klemmen, ... das geht alles mit Hausmitteln.

Wenn ich dann sehe, wie viele Steller echt lausig gekühlt werden, teils nur mit Kühlplatte auf Schrumpfschlauch über zig Schichten an Kunststofff, dann sind die hier diskutierten Lösungen bereits Gold dagegen.

Ja, der Flycolor ist beidseitig bestückt, die unten liegenden FETs erreicht die Kühlung quasi nur über deren Pins und die Leiterbahnen. Andererseits zeigt die Erfahrung, dass die Steller unter Belastung mit 150A Peak und 120A ausbeschleunigt mal gerade handwarm werden - im Sommer bei warmem Wasser und 5000er LiPo.
Echte Hitzenester, die dann durchwärmen, scheint es nicht zu geben. Gucke ich auf meine YEP150 werden die deutlich heißer, lassen sich aber auch deutlich bescheidener mit Wasser kühlen. Im Flieger gut durchlüftet machen die aber eine hervorragende Figur - durchlüften lassen die Dinger sich halt gut, thermisch an Wasser anbinden weniger gut...

Deinen Ansatz mit den MLCCs finde ich gut. Ich erschlage das ganze durch Masse an Kondensatoren und Antiblitz, damit trotzdem meine Stecker am Leben bleiben ;)

Grüße, Eike

Jo-nny

13.August.2020, 12:24

Hallo Martin,

ein sehr interessantes Vorhaben.
Selbst entwickelte ESC´s scheinen immer mehr in Mode zu kommen. Und ich rede wirklich von Eigenentwicklungen oder zumindest selbst designte Endstufen mit (umgerüsteten) vorhandenen Steuerteilen. Einem käuflichen Steller eine WK aufzukleben und/oder neue Kondensatoren anlöten kann eigentlich jeder machen, der sich traut.

Ich habe mir für meine SAW-Rigger 2018/19 ebenfalls Regler selber gebaut mit eigenen Endstufen-Designs. Inspiriert wurde ich da von dem JAG´s-Team, welche ebenfalls seit Jahren ihre Regler selber entwerfen. Bei meinem Design habe ich versucht, auf möglichst viel Platinenmaterial zu verzichten zwecks der besseren Wärmeabführung und der kompakteren Bauweise. Als Steuerteil kommt ein von Jörg umgebautes Schulze zum Einsatz. Ich war mal eine Zeit lang auf der Suche nach Alternativen wegen immer weiter schwindender Erhältlichkeit der Schulze, aber bis jetzt gibt es noch keine potente Lösung. Entwirfst du das Steuerteil auch selber oder greifst du auf ein Vorhandenes zurück?

Vielleicht gibt dir das auch etwas Inspiration. Der Regler kann zwar die 500-550A für etwa 10s Stemmen, jedoch braucht er für mehr eine Wasserkühlung auf den Hi-/ LoSide-Schienen. Für die Verbindung gebe ich Michael recht mit dem Epoxy. Man kann sich Wärmeleitpaste (oder -kleber) auch gut selber herstellen. Einfach mit diversen (z.B. metallischen) Füllstoffen experimentieren und nicht nur Wärmeleitfähigkeit sondern auch Stromleitfähigkeit kontrollieren.

Ausserdem kann ich empfehlen, dir einfach ein paar 0.5, 1.0 und 1.5mm Bleche aus Elektrokupfer zu besorgen. Damit kann man besser Source, Drain und Phasenleitungen bilden als jedes mal neue Platinen machen lassen zu müssen, wenn was nicht passt. Ausserdem haben die ein vielfaches mehr an Querschnitt als die 70um dünne Kupferschicht auf Platinen.

Gruß,
Johannes

martin2day

13.August.2020, 17:08

Hey,

das Thema scheint ja interessant zu werden :-)
@Eike: Danke dir für die Information, dass der 150er zweiseitig bestückt ist. Eigentlich spricht die Aussage wieder für meinen Ansatz.
6 FET's parallel bringt halt auf der einen Seite eine sehr niedrigen RDSon... bringt aber andere Probleme mit sich. Bei 120A muss ein FET ja dann nur noch 20A können... ein normal "gute" FET hat 2mOhm RDSon... das sind dann gerade mal 0,8Watt... der müsste das komplett ohne Kühlung können... kann er aber nicht, weil andere Sachen meiner Meinung nach nicht so optimal aufgebaut sind.
Ich habe mir ja auch einiges angesehen und daher kommt ja die Idee es mal selber zu versuchen... :-)
Und eine große Anzahl an C's kann nicht schaden... aber wie gesagt, nicht nur große C's... man brach zum entkoppeln beides... Große C's und Kleine die extrem nahe an der Quelle sitzen.

@Johannes:
Ein toller Ansatz... und der erfolgreiche Einsatz zeigt auch, dass es funktioniert.
Ich werde bzs. habe das Steuerteil schon neu entwickelt. Ich möchte hier nicht auf fertige Sachen setzen, um da nicht eingeschränkt zu sein.
Gerade wie weiter oben geschrieben wirkt das Layout von soooo vielen Parallelen FET's auch Probleme mit sich.
Gerade das Umschalten macht mir hier am meisten Sorgen... ein FET sollte möglichst schnell umgeschaltet werden, dann erhält man aber auch eine Steile Flanke und somit einen hohen Stromfluss.
Nun haben FET's mit niedrigem RDSon aber die Eigenart das sie einen recht hohen GateCharge haben.. mit anderen Worten sie benötigen recht viel Energie um umgesteuert zu werden... der auf vielen Stellern eh schon recht klein ausgelegter Treiber ist meiner Meinung nach mit den vielen FET's überfordert... was machen die Hersteller? Verbauen einfach einen hohen GATE Widerstand....
Damit steigen aber die Umschaltverluste extrem stark an... das ist meiner Meinung nach auch das.. was hier gekühlt werden muss.... weil wie man oben sieht... bei 0,8Watt dürfte gar nix warm werden....

Auch aus diesem Grund habe ich das Steuerteil selber gebaut um die Treiber korrekt auszuwählen und die FET's entsprechend schnell zu schalten.

@Michael: natürlich hat jeder FET einen eigenen Gate-Widerstand im einstelligen Ohm Bereich. :-)

Einen schönen Abend
Martin

plinse

13.August.2020, 17:36

Hallo Martin,
deine Einschätzung ist richtig, dass die Schaltverluste überwiegen, deshalb sind viele ESC auch nur bedingt teillastfest - niedrige Teillast ja, hohe Teillast mit vollen Schaltverlusten UND hohen Strömen dann nicht mehr.
Das sieht sogar bei höheren Spannungsklassen bei IGBT-Invertern noch so aus, selbst da überwiegen klassisch die Schaltverluste, obwohl die IGBT eine Durchlassspannung von mehreren Volt haben und damit entsprechend hohe Durchlassverluste.
Deshalb laufen ja auch die schönsten Wetten auf die Preisentwicklung von SiC FETs.

Dass die Treiberbaustufen oft genug unterdimensioniert sind, kann ich bestätigen. Ich habe mal mit einem Scope die Flankensteilheit der Treiber von einem der Steller durchgemessen, der gerne zum "aufdoppeln" genommen wird. Die Flanken wurden deutlich flacher, so dass die aufgedoppelte Endstufe nur als Bruchteil nutzbar geworden wäre, zusätzlich zum überlasteten Treiber. Deshalb habe ich nach ein paar Doppeldeckern auch die Richtung zu basteln verworfen. Abgebrannt ist zwar keiner, besser kühlbar sind sie durchaus geworden, ABER sie blieben bei Belastungstests nicht in dem Maße kühler, wie sie es hätten bleiben müssen, um von einem Erfolg zu reden.
Guckt man da auf einen YEP150, den betreibe ich an 4s mit Spitzen bis 210-220A und das seit 4 Jahren. Ein Doppeldecker bleibt an der Stelle kälter - wird aber wie gesagt, doch zu warm. Die Praxis zeigt, dass ausreichend dieser Doppeldecker auch funktionieren, habe mir das ja selbst im Forum nur abgeguckt, wenn das dann aber bis ~300A gut geht, ist es gegen die 220A Spitzen auf dem einfachen Steller keine Verdoppelung ;-)

Deshalb habe ich meine Spielereien dann auf den Flycolor 150A verlagert, der kann die Ströme auch ungedoppelt mit minimalen Modifikationen, die den Preis nicht mehr als verdoppeln ;-)

Eine potente Treiberstufe ist eine echte Motivation, selbst aktiv zu werden :cool:

@Johannes:
Was mach die Schulze-Steuerplatinen so herausragend? Ausreichend dimensionierte Treiberbausteine mit Reserven oder noch andere Kriterien?

Grüße, Eike

martin2day

13.August.2020, 17:43

Wie bereits angedeutet, die Platinen für das Leistungsteil sind bereits gefertigt und geliefert.
5 Stück für 17€ inkl. Versand.... :-) Kann man machen, finde ich.
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Die Elkos passen auch... was ein Glück...
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@Eike: Konsequenter wäre es, wenn man nicht nur die FET's verdoppelt, sondern auch noch die Treiber.... aber so was habe ich auch noch nicht gesehen... und all das sind die Überlegungen, warum ich nur auf max. 2 FET's setze.. diese aber lieber versuche ordentlich anzusteuern und ordentlich zu kühlen... na schauen wir mal... kann man ja immer neu machen.
Weißt du noch wie lange das durchsteuern in etwa gedauert hat?

Gruß Martin

Jo-nny

14.August.2020, 12:00

Hallo Martin,

dann bin ich mal gespannt, wie dein Steuerteil später aussieht. Wieviel Treiberleistung hast du geplant und wie hoch / niedrig dimensionierst du deine Gate-Ri´s?

Es ist halt immer ein wenig hin- und herrechnerei. Man kann mit der gleichen Treiberleistung entweder wenig FET´s schnell schalten oder viele FET´s langsam, steuerbar über die Vorwiderstände. Der größte Vorteil von hohen Gate-Ri´s sind die sich reduzierenden Rippleströme und Spannungspeaks. Ein BL-Regler stirbt seltener an Überhitzung denn an Fehlkommutierung oder fehlgeschalteten Transistoren durch eben diese Peaks.
Zum anderen benötigt man mit einer hochohmigen Gateaufladung auch weniger Treiberleistung.
Ich habe bei meinen Tests viele Experimente mit Roxxy-Steuerteilen gemacht. Auch die hatten ein m.M.n. sehr gutes Steuerlayout mit guter Versorgung, am Oszi sieht man aber die Spannungsripples von Gate und Bootstrap. Und genau die sind es, die die FET´s zerschießen (können).
100024100023

Deswegen verstehe ich nicht, warum z.B. YEP-Treiber mit recht "wenig" Leistung (Ich glaube, es waren so um die 1-1.5A) einen FET mit über 0,5A aufladen müssen. Immerhin sitzen auf so einem Leistungsteil 6 FET´s pro Bank. Wie ich bereits woanders mal geschrieben habe: Man baut sich eher eine Zeitbombe.

Ich kann daher den Ansatz, FET´s lieber etwas langsamer und schonender zu schalten, sehr gut verstehen. Man muss die Turn-On-Delay Time von ein paar NS nicht ausreizen. Wenn man sich mal den Spaß macht und nachrechnet, was wir für "geringe" Drehzahlen fahren im Gegensatz zu den möglichen Schaltfrequenzen von FET´s, dann langweilen die sich sowieso.

@Eike
Ich kann und werde hier keine Geheimnisse ausplaudern, die mir nicht gehören oder die ich nicht selber gemessen habe. Wenn du Detailfragen hast, dann frag bitte Jörg oder Gunnar direkt. Aber allgemein bekannt dürfte die sichere, zeitlose und schlicht zu bedienende Software von Schulze sein. Ich kann aus eigener Begutachtung sagen, dass Schulze auch einfach beim Platinenmaterial qualitativ abgeliefert hat. Bauteile auswechseln ist bei den chinesischen Einmal-Platinen eben wie oft möglich?...einmal?

Gruß,
Johannes

martin2day

14.August.2020, 12:58

Hallo Johannes,

jetzt kommt aber mächtig Schwung hier rein :-) Danke dir für deine sehr guten Input.
Genua das was du da schreibst, habe ich mir auch ganz lange überlegt... jeder Steller den ich bisher in der Hand hatte (höherer Strom) hatte viele FET's und recht große Gate-Widerstände.
Geht man nach der Theorie und nach den vielen Applikation Notes... dann sollte man den FET möglichst schnell schalten....
Die Frage war für mich immer... warum machen die das alle so... und warum schafft man rechnerisch eine ganz andere Leistung wie in der Ralität.

Ich vermute mal, dass eben das von dir genante Thema mit den recht hohen Peakströmen ein Thema ist.
Und genau da liegt meiner Meinung nach die Schwierigkeit.
Wenn man sich im Layout ein wenig vertut, und das kann schnell passieren, dann bekommt man bei höheren Frequenzen und höheren Strömen ein Problem.
Das will ich selber mal ausloten und ausmessen... um auch zu lernen natürlich.
Nur weil es alle so machen, muss es ja nicht richtig sein... stimmts? :-)

Mein Treiber kann 4A Spitze... und hat einen eingebauten 0,9 Ohm Widerstand... ich werde bei den Widerständen erst mal so beginnen, dass ich 1A pro FET als maximal begrenze... und dann einfach mal sehen in welche Richtung ich gehen kann bzw. muss.
Auch habe ich als Netzteil für die FET's keinen Spannungsdoppler genutzt sondern nutze hier einen Stepper mit 12V-1A.... sicher ist sicher.... deshalb auch erst mal ab 4S.

Ich verstehe den Ansatz mit dem Langsam schalten gar nicht... wenn man sich mal dieses Schaubild ansieht.
100025
Einfach mal die Schaltverluste grafisch dargestellt... am Fet liegt wenn nicht druchgesteuert die Betriebspannung an... also z.B. 20V.... es fleißt kein Strom also 0A...
Jetzt geht es anders herum... Strom geht auf z.B. 100A hoch und Spannung über dem FET geht gegen "fast" Null... aber genau der Punkt dazwischen ist das Thema...
Und da P=U*I ist hast du hier schnell mal 20Watt und mehr Verlust... und wenn du nun 10 mal so langsam schaltest, dann hast du die die 10 Fachen Verluste...

Soweit die Theorie. :-)
Mal sehen was in der Praxis machbar ist.

Gruß Martin
PS: Aber wenn man sich so einige Layouts ansieht... dann wundert mich teilweise gar nichts... gar keine Block-C's an den Treibern... z.b.... da wundere ich ab und an das das überhaupt geht...
Was noch viel mehr für mein Vorhaben spricht... :-)

GunnarH

14.August.2020, 15:48

Hallo Martin,
das "langsame" Schalten hat neben der Treiberbelastung und möglichen Schwingungseffekten auch EMV Gründe, für einen kommerziell vermarkteten Regler muss man jemanden finden der einem den CE zertifiziert.
Dazu haben FETs auch eine interne "Hochlaufzeit" von um die 200ns, daher muss man die Verlangsamung der Schaltflanke durch die Vorwiderstände auch immer in Realtion dazu betrachten.
Abgesehen von der EMV Optimierung des Layouts (das liegt gefühlt irgendwo zwischen Kunst und Voodoo) ist das alles aber reines Handwerk.
Wieviel Quadratmillimeter Leiterbahnquerschnitt hast du eigentlich bei der Leistungsplatine? Das sieht mir irgendwie nicht nach einer 10 lagigen Platine mit 100u Kupfer aus.
Bei 3 beinigen TO263 hab ich allerdings eh Bedenken dass man mit 2 FETs 100A mittleren Strom über eine Akuladung fahren kann, da würde ich mindestens 7 beinige nehmen oder besser noch TO-LL.
Woran allerdings die meisten Flugregler im Boot scheitern sind die Drehzahlgradienten beim Hochdrehen sowie dem Ein/ Austauchen der Propellerblätter oder des ganzen Propellers.
Von daher wird der spannende Teil die Steuerplatine.

Gruß
Gunnar

martin2day

14.August.2020, 17:16

GunnarH

14.August.2020, 18:10

Hallo Gunnar,

danke dir ebenfalls für deine Ausführungen... :-)
Ich kann dir leider nicht 100% folgen... EMV ist ein Thema, ganz klar und für eine CE muss man da Sachen erfüllen, wo ich als Privater mehr Spielraum habe.... aber das man dazu einen höheren Gate - Widerstand einsetzt, ist doch nur vertuschen von Problemen die man anders nicht lösen kann.
Und wie weiter oben schon geschrieben arbeiten die Steller ja meist mit recht niedriger Frequenz.. jedes Schaltnetzteil hat ein zig Faches an Frequenz und auch teilweiße mehr Strom.. und da bekommt man es doch auch in den Griff...
Kannst du mir das genauer erklären?

Hallo Martin,
Du hast kein geschlossenes Metallgehäuse um deinen Regler, der strahlt offen in alle Richtungen.
wenn du eine Regler mit 40MHz fährst merkst du das ;) Unsere ersten Eigenbauten haben wir komplett mit Alufolie vom Mittagessen eingewickeln müssen, trotz 47Ohm Vorwiderständen.
Das machen wir auch mit 2.4GHz immer noch (mit Aluklebeband und Kapton), auch die sind nicht komplett immun gegen Störnebel.

Auch verstehe ich nicht, was du mit der internen Hochlaufzeit um die 200ns meinst?
Mein Typ der zum Einsatz kommen soll hat laut Datenblatt eine Turn-On Delay Time von 23nS... meinst du den Wert?

Die "Rise Time". "Delay" ist nur ein Offset, der tut nicht weh wenn man nicht verschiedene FET Typen mischt (was man eh nicht machen sollte).

Aber wie gesagt ich bin da auch absoluter Anfänger... ich sehe das als Projekt um zu lernen und was neues Auszuprobieren.
Aber wenn schon wenn man einige einfache Layout Tipps sich ansieht, dann sieht man sofort was bei vielen nicht optimal aufgebaut ist.
Aber schauen wir mal...

Naja, auch wenn man weiß was man tut muss man oft Kompromisse allein schon aus Platzgründen eingehen. Und ja, nicht jeder Designer hat das Wissen und Talent dazu, aber ich würde nicht davon ausgehen dass alle zu blöd sind.
Gut, bei einem kommerzeillen Regler kommts am Ende auch auf jeden Cent an, da ist das Kriterium nicht "Optimal" sondern "Ausreichend".

... Die von dir genannten FET's sind alles SMD Bauteile... das wollte ich eben erst einmal vermeiden, einfach weil man die über das Kupfer kühlen sollte.

Du willst TO220 nehmen? Da gibts seit 20 Jahren nicht neues, dann braucht du vermutlich 4 Stück für einen echten 100A Regler

Mit dem Drehzahlgradienten sollte ich so eigentlich gar kein Thema haben, weil das Regelverhalten ja auf dem Stromvektor und nicht auf der Back-EMK passiert ausgeführt ist... das hat auch den rissigen Vorteil, dass ich einen maximalen Strom einstelle und der wird auch nicht überschritten... ganz egal was passiert.
Selbst wenn der Motor blockiert ist, dann fließt nur der maximal einstellte Strom.
Hat das schonmal jemand gemacht? Für eine Timinganpassung abhängig von der Last leuchtet es mir ja noch ein, aber Timing erkennen und das bei hohen Drehzahlgradienten stelle ich mir eher schwierig vor, frei drehend schafft ein hoch drehender 4 Pol Motor bezogen auf die Feldfrequenz grob geschätzt 10000U/s^2, mit 100kHz abgetastet ist das eine Winkelauflösung von 36°.
Und eine auch nur ungefähre Strommessung auf der Phase musst du erstmal hinkriegen, MGM die sich zumindest an einem Phasenstromschutz versucht haben scheitern schon daran um Faktoren.
Das heißt nicht dass es nicht geht, aber da es meines Wissens keiner macht fürchte ich dass das eher ein Gedankenmodell als eine praxistaugliche Lösung ist.

Von daher bin ich auch recht zuversichtlich was die Endstufe angeht...

Aber ich freu mich schon mal, dass das Thema hier so gut diktiert wird.

Gruß Martin
Wie gesagt, die Enstufe ist weitgehend Mechanik, viel hilft viel.

Gruß
Gunnar

martin2day

14.August.2020, 20:18

Hey Gunnar,

ja das mit den Störungen kenne ich noch von früher... da hatte ich auch das Thema mit 40Mhz das ich nur 20m weit gekommen bin :-) :-) :-)
Lag aber auch mit dran, dass ich unbedingt ein Schaltnetzteil als BEC haben wollte... :-)
Ich kann dir also super folgen... mit einem Optokoppler war es dann aber fahrbar!

Woher kommen die 200nS... das musst du mir bitte mal erklären... habe ich so noch nie gehört bzw. gesehen.
Im Datenblatt gibt es nur die Turn-on Delay Time mit 23nS und die Turn-on Rise Time mit 19nS. Einen so hohen von dir genannten Wert finde ich da nicht.

Das Platzthema bzw. Gewichtsthema ist in meinen Augen die größte Herausforderung bei den Booten... sonst wäre das alles kein Thema. Aber das sind nun mal die Voraussetzungen.

TO-220... kannst du begründen, warum einer davon nur 25A können soll? Das würde mich sehr interessieren. Die Frage ist natürlich für mich auch... was sind bei dir 50A... wo misst du diese... an der Batterie oder am Motor?
Ich weiß, dass das Limit bei den TO-220 bei 150A ist, da schmilzt das Bein von denen weg....:-)
Wenn dem so wäre mit den 25A, dann würde ich ja nicht weit kommen... das wäre nicht so toll.

Zur Steuerung:
Gemacht... :-) ja klar... die Industrie macht das schon immer so... Feldorientierte Regelung gibt es schon lange bei den großen FU's.
Und es ist mittlerweile eben auch bei den BLDC's angekommen... da gibt es schon sooo viel zu im Internet.
Das wird meiner Meinung nach nicht mehr lange dauern... dann kommt das, da bin ich mir sicher. :-)
Hier mal ein recht einfaches aber gut erklärtes Video dazu:
https://www.youtube.com/watch?v=Nhy6g9wGHow

Gruß Martin

GunnarH

14.August.2020, 21:40

Hallo Martin,
wenn ich bei einem Bootsregler von echten 100A rede meine ich den Durchschnittsstrom über eine Akkuladung, also grob gerechnet Peak 200-250A und ausbeschleunigt 100-120A, beim Wenden vielleicht 30-50A.
Die 200ns Rise Time habe ich vom NP110N055 die z.B. bei den Schulze 32.200 drauf sind, das sind in der 60V Kategorie immer noch mit die besten 3 beinigen TO263 FETs, und der 32.200 hat für 200A Nominalleistung 5FETs. Mit sehr gute Kühlung könnte das für 100A vielleicht mit 2 FETs gehen, ich würde aber auch da eher 3 nehmen, von Schulze gabs mit der Bestückung einen 32.120 (der wegen der einseitigen Kühlung allerdings bei Weitem keine 100A Durchschnitt über eine Akkuladung geschafft hat).
TO220 wüsste ich jetzt keinen 60V FET unter 3mOhm was über die Hälfte mehr ist als bei den NP110N055, damit komme ich dann auf genannten 4 FETs.

Gruß
Gunnar

Ch.Lucas

15.August.2020, 10:30

Hi,
kleiner Einwurf. Es ist ja ganz schön wenn immer neue Steller mit verbessterte Technik entstehen. Vor 25 Jahren habe ich mit Hans Lehner die Sensorlosen Steller im Modellbau eingebracht. Die Sensorlosen sind für die Masse Modellmotoren sicherlich der beste Weg , sparen die Hallsonden und die Kabelei. Für Hochleistungsanwendungen würde ich aber mir doch Gedanken zu Stellern mit einer Positionserkennung per Hallsonden ect. machen. Es macht auf der Regelelektronikseite einiges Einfacher und auch besser. Timingverstellungen im Betrieb gehen einfacher und über eine größeren Bereich ohne die Komutierung zu verlieren. Das wäre das eine.
Das andere wäre dass man jede Phase mit einem Seperaten Quadratensteller versorgen kann und dann nicht nur 120 Grad sondern über die vollen 180 Grad bestromen kann. Motor macht mehr Leistung , etwas höherer Wirkungsgrad sind damit zu realisieren. Und jede der Phasenelektroniken sind gleich aufgebaut und austauschbar. Damit lassen sich dann Motoren realisieren wie die Modularen Magnetmotoren die je Phase (Statorzahn) einzeln versorgt werden und von Wilden Magnetpolanzahlen umrundet werden. 7 Phasen mit 8 Polen 5 Phasen mit 4 Polen , kein Problem.
Vor allem die Hallsonden würde ich Heute überlegen , es gibt da tolle kleine Sonden IC die nur einen Positionsmagneten auf der Motorwelle benötigen und den Rest sauber erledigen. Wie gesagt eine Überlegung wäre es wert wenn man neues Ausbaut.

Happy Amps Christian

martin2day

15.August.2020, 13:01

Hey,

bin gerade unterwegs, deshalb erst einmal nur eine kurze Antwort!
Gunnar: Okay... so in etwa würde ich aber die 100A auch definieren...
wenn ich 100A möchte, dann sollte er 100A für 10min permanent schaffen.

Die von dir genannte FET in den Schulze Stellern ist ja nun auch kein so extremes Teil, oder?
Da gibt es auch etliche im TO-220 Gehäuse... z.B den NCEP60T20
Nachteilig ist in meinen Augen auch noch der sehr hohe Gare Charge bei den dir genannten Typen... da dauert das durchsteuern noch länger...
Der Test wird es zeigen... wo ich raus komme...

Christian: ein Hallsensor wäre absolut kein Thema... die Controller haben noch etliche mehr Schnittstellen mit an Board. Machbar ist da super vieles... ich möchte aber erst mal mit einer Sache anfangen... und die ausreichend testen...��
Im Autobereich wird ja bereits oft mit Sensoren gearbeitet...

Gruß martin

GunnarH

15.August.2020, 15:41

OK,
die NCEP60T20 kannte ich noch nicht, die sind in der Tat eher besser als die NP110N055
Bei nur 2 FETs für einen 100A Regler würde ich wegen dem Package Limit das sehr nah an den zu erwartenden Anfahrströmen liegt totzdem eher 7 beinige TO263 nehmen, die Beine kann man bei denen auch einfach abwinkeln um die wie TO220 einzulöten, die Rückseite wolltest du bei den TO220 ja so wie die Platine aussieht auch auflöten und nicht schrauben.

Gruß
Gunnar

martin2day

15.August.2020, 16:14

Gunnar,

ich habe ja 5 Platinen fertigen lassen... da teste ich erst mal das was ich angefacht habe und dann wird man ja sehen wo die Reise hin geht!
Dann kann ich ja etwas experimentieren...
und nein... die TO-220 werden auf einen Kühler mit der Metallseite geschraubt!

Und wie schon mal geschrieben ... ich werde und kann den Strom begrenzen!
Heist der Strom wird da auch nicht so hoch sein...

Gruß Martin

plinse

15.August.2020, 17:18

Letztendlich gab es die sensierten Brushlesssteller ja vor den sensorlosen, wobei sich dann am Markt durchgesetzt hat, fast alles mischen zu können.
Irgendwo habe ich aber noch ein Boot mit sensorbehaftetem Pletti und dazu passendem alten Schulze rum fliegen :cool:

Die Autos sind zum Großteil von dem Konzept nicht weg gegangen wegen der Anfahrschwäche von sensorlosen Systemen (hoch steuern, bis man regeln kann), nebenbei hat der Hersteller den Vorteil, so Motor und Steller als Paket anzubieten und im Rennbereich der Autos ist das Markenbewusstsein glaube ich noch stärker ausgeprägt. Dderartiges Anfahrverhalten brauchen Boote ja auch nicht.

Die Vorkommutierung frei von den Randbedingungen der Rotorlageerkennung einstellen zu können, hätte schon seinen Charme, da hat Christian natürlich recht, ABER die klassisch erhältlichen Motoren sind reine PM-Motoren. Nehmen wir einen Lehner, da besteht der Rotor nur aus Magnetringen, der hat überhaupt keine Reluktanzausprägung.
Erweiterte Vorkommutierungsbereiche bringen da nicht wirklich was bzw. die Grenzen der sensorlosen Steller reichen dann. Ich habe es noch nicht gehabt, dass ich einen Wert hätte einstellen wollen, der nicht irgendwo einigermaßen in der Mitte der verfügbaren Einstellwerte liegen würde.

Motoren, die mit ~70° Vorkommutierung vorteilhaft laufen, sehen anders aus als das, was wir im Modellbau gerade sehen und das, was sie differenziert, bekommt man in 3-6cm Motorendurchmesser kaum rein :rolleyes:

Grüße, Eike

Sika

15.August.2020, 17:40

1. Auf welcher Basis baust du dein Steuerteil (uC)? Nimmst du eine OpenSource-Firmware (Flieger/Quadcopter) oder hast du die Firmware selbst entwickelt? Wenn ja, auf welcher Basis?

2. FETs schnell schalten: unserer Erfahrung mit dem Umbau auf Basis von "getunter" Schulze-Steuerteilen hat gezeigt, dass zu schnelles schalten nicht gut ist, weil es Überschwinger in der Phasenspannung erzeugt. Die Überschwingen reichen leicht über die max. zulässige Spannung der FETs hinaus und dann sterben die FETs bzw. Regler - z.B. schon beim Anfahren. Langsameres schalten (mit höheren Gate-Vorwiderständen) erhöht zwar die Verlustleistung, hält aber die Spannungs-Spikes im Zaum. Wie Gunnar geschrieben hat, geht dort aber auch das Leiterplatinendesign mit ein. Schleifen legen in den FET-Ansteuerleitungen - vermutlich um die Leitungslänge für alle 3 Phasen gleich zu halten - so wie das Flier macht - ist hier tödlich. Da helfen dann auch keine höheren Gatewiderstände. Optimalerweise sitzt vermutlich der FET-Treiber auf dem Leistungsteil (=alte Schulze 32.170/40.160).

3. Wenn ich deine Leistungsplatine richtig interpretiere, dann willst du keramische Kondensatoren mit Elkos mischen. Das habe ich mal ausprobiert (hätte da noch hunderte 10uF 50V keramische Kondis abzugeben), aber das Ergebnis war eine Katastrophe: die Mischung erzeugte eine Schwingung zwischen den Kondis - ein "klingeln" auf den Phasenleitungen. Das kann vllt. gehen, aber die Kapazitäten müssen vermutlich genau aufeinander abgestimmt sein (wie auch immer man das macht).

Jörg

martin2day

15.August.2020, 20:04

Hallo Jörg,

auch dir vielen Dank für deine Umfangreiche Antwort und die vielen enthaltenen Erfahrungen und Informationen.
zu 1.: Ich verende einen STM32. Von dem Chip gibt es fertige Bibliotheken und auch fertige Tools vom Hersteller.
Es gibt auch einige Evaluation Boards für die Motoransteuerung über Vektor... mit einem habe ich bereits gespielt.

zu 2.: Ich bin da ganz bei dir... es muss alles zusammen passen, dass man schnell schalten kannst...
Die Bauteile müssen passen, die Platzierung muss passen und auch das Layout muss passen. Das es da Überschwinger gibt und die FET's kaputt gehen kann ich mir sehr gut erklären.... erst recht wenn ich mir die Wege der Endstufe ansehe... vom Elko über die FETs... zum Motor über die FETs zurück bis zum Elko...
Das ist meist ein richtig schöner großer Kreis... das muss schwingen.
Und ja ich habe ein zweites Layout erstellt, wo ich die Treiber auf dem Leistungsteil platziert habe. Damit habe ich extrem kurze Wege und fast kein Kreis... aber... ich befürchte hier andere Effekte... wie zum bsp. den Miller Effekt... man hat ja dann unmittelbar neben dem Leistungsteil wo sehr viel Strom fliest die FET Ansteuerung.. wenn hier mal ein FET durchsteuert obwohl er nicht soll... das will ich nicht haben.... deshalb erst einmal der Test mit der Variante. :-)

Ihr seht... Überlegungen habe ich schon gemacht... ob sie richtig waren wird sich zeigen.

Ich habe vor allem extrem viel Wert auf das Layout gelegt.. um eben keine Schleifen zu haben... hin und Rückleitung liegen immer nebeneinander.
Und da kommen wir auch schon zu den keramischen Kondis... genau das was du sagst... das muss ja unweigerlich eintreten... :-) Den Effekt nehme ich aber auch in kauf... Wenn der FET durchsteuert, dann kann der keramische den Strom sofort kurzzeitig liefern... weil er eben extrem nahe sitzt.
Stück für Stück kommt dann der große Elko mit ins Spiel... er muss dann aber auch den kleinen erst mal wieder aufladen... das das ein wenig Schwingt... das muss passieren.... :.-) Aber: ich will mit diesen genau diese Überschwingen unterdrücken..... weil eben der Kreis ohne keramischen C viel viel größer ist....
Ich habe das mal simuliert... mal sehen wie das in der Praxis dann aussieht.

Was für C's sind das die du da noch da hast? 1206 zufälligerweise? :-)

Gruß Martin

PS: wie gesagt theoretisch habe ich mir einige Gedanken gemacht... praktisch wird man sehen was passiert :-) :-) :-)

plinse

16.August.2020, 10:55

...
3. Wenn ich deine Leistungsplatine richtig interpretiere, dann willst du keramische Kondensatoren mit Elkos mischen. Das habe ich mal ausprobiert (hätte da noch hunderte 10uF 50V keramische Kondis abzugeben), aber das Ergebnis war eine Katastrophe: die Mischung erzeugte eine Schwingung zwischen den Kondis - ein "klingeln" auf den Phasenleitungen. Das kann vllt. gehen, aber die Kapazitäten müssen vermutlich genau aufeinander abgestimmt sein (wie auch immer man das macht).

Jörg

Gedanklich ist das ganze super aber umsetzungstechnisch weckst du gerade trübe Erinnerungen. Blöd, dass Wechselnetze so eine Killerklausur war. Wer auf Verständnis gelernt hat, hat üblicherweise das Studium mit x-tem Anlauf an der Klausur abgebrochen und auf bestehen gelernt ist nicht viel hängen geblieben :doh: ;)

Du baust dir einen Reihenschwingkreis aus den Kapazitäten und den Leitungen dazwischen. Da die Keramikkondensatoren eher sehr kleine Kapazitäten haben, scheint tatsächlich die Leitung bis zu den eingangsseitigen Elkos zu reichen, eine resonanzfähige, ausreichend destruktive Induktivität aufzubauen, die bereits mit den kleinen, keramisch erreichbaren Kapazitäten ausreichend schwingt. Blöd.
Um die resonant arbeitenden Umrichter ist es auf Arbeit auch ruhig geworden. Die müssen massiv abgestimmt werden und mit Pech macht man an der Maschine ein Redesign und dann funktioniert wieder nichts mehr. Theoretisch vielleicht toll, Ziel war immer im Tal vom "Klingeln" zu schalten, so begeistert waren die Inverterkollegen aber auch nicht. Ein hoch sensibles System mit geringen theoretischen Vorteilen ist industriell auch nicht unbedingt nutzbar. Klassisches Vorgehen, einen Umrichter mehrfach zu verwenden, wird dann schon schwierig und wenn es dann bereits zickig wird, wenn sich die Länge der Phasenleitungen ändert...

Von solchen Ansätzen habe ich Ewigkeiten schon nichts mehr gehört.

Was ich bisher mit verschiedenen Kondensatoren gemacht habe, sind nur Mischungen aus großen und kleinen Elkos, da dann teilweise auch ziemlich kleinen Elkos, weil auch die bereits schneller sind.
Eine Beobachtung dabei war, dass die kleinen Elkos besonders nahe an der Endstufe zahlreich sein sollten und beobachtet werden müssen. Das sind tatsächlich Verschleißteile, auch im Rahmen von unseren geringen Betriebsstunden, speziell wenn man mit den kleinen direkt auf die Platine geht, am Eingang der Platine die meist knapp dimensionierten und oft suboptimal angebundenen Kondensatoren der Stellerhersteller belässt und dann noch eine Zusatzkondensatorbank vor den Steller hängt.

Es ist tatsächlich mehr als ein reines Aufsummieren von Kapazitäten. Worauf ich dabei achte ist nicht zuletzt, ob die Elko-Deckel trübe werden oder ausbeulen, ein klares Zeichen von auskochen. Ist dieses Zeichen zu sehen, ist Zeit für einen Tausch der Elkos, am besten auch gegen mehr Bauteile und die Kapazitätswerte sind dann auch nachgemessen dahin. Kann natürlich sein, dass Resonanzen die kleinen Elkos zusätzlich belasten und dass man sich da unbewusst was bastelt, was man nicht will.

Ich habe dies Thema inzwischen einigermaßen aufgegeben aber hier mal ein Beispiel:

http://speed-mania.de/Bilder/rennboote/161016_yep12hv_doppeldecker/161016_YEP120HV_Doppeldecker_12.jpg
Man sieht die "Viel hilft viel-Platine" eingangsseitig von schräg unten, die serienmäßigen Kondensatoren sind auf der Rückseite des Stellers verdeckt und nachdem es zu kleine Kondensatoren auf der Unterseite tatsächlich weg gekocht hatte, habe ich eine Rutsche größere dort installiert, immer noch kleinere Typen als eingangsseitig aber auch satter dimensioniert als im ersten Anlauf. Nicht ganz so flink, immer noch nahe dran, danach war "Frieden".

Das Bild ist ganz klar ein klassischer Fall davon, dass ich was zusammen gepfuscht habe, auch nicht selbst erfunden, das ist der gerne mal gedoppelte YEP120HV.
Die Umsetzung ist halt eine freie Interpretation meinerseits und hat ganz ordentlich funktioniert, bis ich das Interesse an dem Boot verloren habe. Für den Steller kamen einige Betriebsstunden zusammen.

Grüße, Eike

MiSt

16.August.2020, 15:11

Der "Miller-Effekt" als dynamische Vergrößerung der Gate-Drain-Kapazität hat aber mit der Einbaulage der Treiber, also auf Leistungsteil oder Steuerteil, nichts zu tun?

https://www.mikrocontroller.net/articles/Wellenwiderstand

Da steht drin, dass eine Serienterminierung, wie sie de facto mit den Gatewiderständen (neben dem Effekt der Strombegrenzung) gemacht wird, eigentlich zur Quelle positioniert gehört? Würde darauf hinauslaufen, die Treiber doch auf das Leistungsteil zu setzen und die Widerstände als Fächer an den Treiber? Habe ich so noch nie gesehen :confused:.

martin2day

16.August.2020, 16:50

Hey zusammen,

erst einmal noch einmal vielen vielen Dank für eure so umfangreichen Antworten... das freut mich persönlich sehr, dass dieses Thema hier so gut ankommt und das es noch dazu sehr sachlich und fachlich diskutiert werden kann... da sind sicher paar gute Sachen für mich dabei :-)

Von solchen extra Kondensatoren per Kabel angebunden halte ich nicht so viel... ich versuche so etwas im Layout immer zu vermeiden.
Oft sieht man so was hier:
100033
Das Kabel ist ab und an sehr lang gewählt... ich versuche den Strom immer durch die Kondensatoren zu zwingen... das wird auch so in vielen Notes geschrieben.
Das ganze sieht dann so aus:
100034
Das hat bisher immer sehr gut funktioniert... ich mache das mit allen Stromanbindungen so.

Zum Thema Schwingkreis. Ich hatte hier mal eins sehr erleuchtendes Experiment durchgeführt... mit einem Multimeter das auch die Induktivität messen kann habe ich ein ca. 50cm langes Kabel erst einmal als Kreis hingelegt und dann die Induktivität gemessen....
Wenn man nun das Kabel so hinlegt, dass die Andern parallel liegen (also nebeneinander) dann drittelt sich die Induktivität.... so viel hätte ich nicht erwartet.
Auch das setze ich immer im Layout um... hin und Rückleitungen werden immer so kurz wie möglich, aber auch immer nebeneinander platziert.

Das ist auch einer der Gründe warum ich das allgemein bekannte Layout mit den vielen FET's erst mal nicht einsetzen möchte.
Die Plus und Minus Leitungen sind ganz außen... und es ist von den Elkos bis zu den FETs recht weit.
Eben das von Jörg angesprochenen Schwingen denke bzw. hoffe ich damit auch zu minimieren... weil bei mir liegt + und - komplett nebeneinander... also ist die Leitung sehr kurz und hat dazu noch eine sehr geringe Induktivität.
So sieht es bei vielen Stellern aus:
100035

Und so sieht es bei mir aus...
100036
Ein recht kleines Detail, aber es sollte viel bringen... schauen wir mal :-) Noch bin ich optimistisch! ;-)

Ich dachte immer ich kann den Miller Effekt durch die zu großen Ströme beeinflussen und mit dem Treiber auf der CPU Platine sollte es gehen.
Aber ich belege mich dazu noch mal... da bin ich gerade nicht ganz sicher...
Michael... die Widerstände an den Treibern habe ich so noch nie gesehen... :-) Ich denke aber die reden hier von viel viel höheren Frequenzen... die reden ja in dem Artikel von MHZ... ich denke da kann es dann schon eher so sein... in den Notes der Treiber steht immer Gate Widerstand so nah wie möglich an den FET.

Gruß Martin

Sika

16.August.2020, 18:14

Ich habe folgende keramische Kondis: C5750X7R1H106MT von TDK

MiSt

16.August.2020, 21:55

Das Thema sind nicht die Frequenzen, sondern die Anstiegszeiten vs. Leitungslänge. Letztlich nach Fourier aber natürlich doch :cool:

Und ja, interessant ist die gängige Umsetzung bzw. Empfehlung in der Tat :confused:

martin2day

16.August.2020, 21:56

Bei dem Thema war ich gerade Kreide holen ;)

Ch.Lucas

16.August.2020, 22:24

Hi Allerseits,
ja , da hat sich eine nette Runde gebildet.
@Eike , klar bei den kleinen wird das mit Reluktanzhibridmaschine schwierig. Nicht desto trotz wollen ein Freund und ich den Marquard Scheibenläufer für höhere Drehzahlen angehen. Bislang sind aber Alle an dem Ding gescheitert. Kontronik hat vor ein paar Jahren ja sogar eine Modellbaufreundliche Größe bauen lassen für den Franz Weisgerber komplett in CFK. Nur die Elektronik. Zu hohe Frequenzen und alles was da reinspielt war auch dennen zuviel. Von Torqueedo haben wir dann Compound Disk Drive gegründet wo die Maschine noch einmal in 4 Jahren weiter Entwickelt wurde , dann war da auch das Geld aufgebraucht. Leute wieder zurück zu Torqeedo und MM in Starnberg.
Bei unseren Fahrzeugstellern wurden die Leiter als Kupferbleche ausgeführt mit den IGBT direkt darauf. Auch haben wir IGBT alle zusammen in Modulgehäuse ohne eigene Abdeckung per Sidekühlung gekühlt. Und Induktivitäten in die Leistungen gesetzt , die sind hier im Modellbau aber zu groß und man muss auch die genau abstimmen , heist Luftspalte einbauen ect.
Bei den Stellern mit Timing verstellung war der Ralph Helbing bei Graupner mit Sicherheit einer der besten Elektroniker den ich kannte. Seine Genius Serie hatte unglaubliche Einstellmöglichkeiten , habe die auch noch sowie von Hobby Wing die Xerun Steller XR10 Pro für 1 Zeller und Xerun XR8 plus für bis 6 Zellen. Per Progbox gut einstellbar
Kennt Ihr die ADP Steller aus Australien die für Dronen Entwickelt wurden ? Steve Neu hat sie für Flächenflieger im Program .
https://neumotors.cartloom.com/storefront/product/brushless-motor-controllers .

https://shop.powerdrives.net/?product=120f3x

Depending on your location.. They can be purchased from here:
Australia + Worldwide: http://shop.powerdrives.net/?product=120f3x
Australia + Worldwide: https://www.nextfpv.com.au/collectio...12s-120amp-esc (https://www.nextfpv.com.au/collections/escs/products/advanced-power-drives-f3x-12s-120amp-esc)
USA: https://neumotors.com/ (https://neumotors.cartloom.com/storefront/category/bldc-motor-controllers)
USA: https://www.getfpv.com/ (https://www.getfpv.com/catalogsearch/result/?q=apd)
USA + Worldwide: https://www.racedayquads.com/product...12s-120amp-esc (https://www.racedayquads.com/products/advanced-power-drives-f3x-12s-120amp-esc)
ASIA + Worldwide: https://www.team-blacksheep.com/prod...pd_120f3_x_12s (https://www.team-blacksheep.com/products/prod:apd_120f3_x_12s)
EUROPE: https://www.drone-fpv-racer.com (https://www.drone-fpv-racer.com/en/recherche?controller=search&search_query=apd)
EUROPE: https://www.studiosport.fr/esc-fsser...pd-a17441.html (https://www.studiosport.fr/esc-fsserie-120a-xclass-apd-a17441.html)
EUROPE: http://www.hrc-lipo.com/prestashop/a...-50v-120a.html (http://www.hrc-lipo.com/prestashop/apd-advanced-power-drive-france-esc-pdb-xclass/1306-apd-esc-120a-12s-50v-fserie-xclass-dshot2400-proshot3000-apd-france-120f3-x-12s-50v-120a.html)

Video:
https://youtu.be/8R7-pJCtRmY?t=179

Happy Amps Christian

martin2day

17.August.2020, 08:32

Guten Morgen,

Christian, zu dem ersten Teil deiner Nachricht kann ich nix beitragen.
Da fehlt mir das nötige Fachwissen aber zu ADP kann ich was sagen!
ich habe die Teile schon entdeckt und habe herausgefunden, dass es sogar eine Geänderte Firmware gibt wo man das Teil mit Empfänger ansteuern kann. Das scheint aber nicht bei allen zu funktionieren.
Der Hersteller selber bietet diesen Service für die beiden großen Modelle an.
Rein optisch machen die Teile schon mächtig was her. Gefällt mir gut.
Für den einfachen Nachbau sehr aufwendig und teuer... sieht nach 8 lagen aus.
aber super kompakt sind Sie auf alle Fälle.

so ich habe Eben die Bestätigung bekommen, dass die Steuerteile inkl Bestückung fertig sind.
Auch hier recht günstig... 5 Platinen inkl. Bestückung und Verstand 60€.

Gruß Martin

12maxl02

17.August.2020, 10:06

ABER hallo!!!

Seit langem endlich wieder einmal ein wirklich interessanter Beitrag/Beiträge. Kompliment an Martin ( und auch die anderen Beiträge )dass du das Ganze auch hier teilst.

Wenn es ein Crowdfunding wäre würde ich investieren. Nur der Interesse halber ;) Das Angebot von mir gilt!
Musste mich erst einmal einlesen aber für mich bereits großes Kino.
TOP!!
Beste Grüße
MAXX

MiSt

17.August.2020, 10:09

... wo man das Teil mit Empfänger ansteuern kann. Das scheint aber nicht bei allen zu funktionieren...

Ist im Manual glasklar dokumentiert - bisher nie so gesehen in dieser Präzision *pleased*. Unter 1020us Pulsbreite für "off", sonst keine Freischaltung, über 1980us Pulsbreite für Vollgas, bis zu 500Hz Wiederholrate, minimaler Highpegel des Pulses 2,7V.

Das heißt übersetzt:

sehr mühsam mit Pistolenfunken (aber es geht üblicherweise mit Mischerunterstützung, oder so ein Pulsbreitenexpander muss dazwischen)
keine Funktion mit alten Futaba-Empfängern (zu geringer Highpegel) ohne Pegelanpassung

Finde die Dinger recht beeindruckend.

Sika

17.August.2020, 13:07

Ich habe seit letztem Herbst die beiden kleinen APDs hier liegen, 120A und 200A. Ich müsste aber noch die Standardfirmware durch eine Version überschreiben, die mit dem PWM-Signal von Fernsteuerungen klar kommt. Die Firmware und eine grobe Anleitung dazu habe ich und vermutlich auch von den Arduino-Spielereien einen USB-5V-SIO-Wandler. Allerdings hat es mir die Bastel-Lust genommen als die Frage nach Einstellmöglichleiten (Timing, Hochlauf, Spannungsabschaltung, etc.) negativ beantwortet wurde - das gibt es alles nicht.
Jörg

martin2day

17.August.2020, 13:41

Gut zu wissen, aber schade eigentlich... auf den ersten Blick sieht die Hardware spektakulär aus.
Aber so wie es ausschaut sind die Teile ja für Drohnen entwickelt.
Der Markt scheint ja da zu sein.
aber auch das Design habe ich gespeichert...
wenn das Grundsetup steht, dann schau ich mal was man alles machen kann...

Gruß Martin

Ch.Lucas

17.August.2020, 21:27

Hi,
ja , leider bieten nur die HV Pro Serie die Einstellmöglichkeiten. Habe mir aber noch keine ADP zugelegt. Von Graupner und von Hobby Wing habe ich aber ein paar Sets mit 20 A , 30 A und 35 A Stellern . Damit will ich untersuchen wie die Dinger im Mix arbeiten. Der Hans Lehner ist mal mit zwei Stellern an einem 2 Poler gefahren , jeder Steller hat eine Motorenseite bedient. Da die Slotless Wicklungen immer Multidrahtwicklungen sind werde ich die Drähte gleichmässig auf die Steller verteilen , die dann die Verlustleistung nach dem Maus / Elefant Oberflächenunterschied , mehr Kühlleistung haben sollten. Sind die Spulenseiten je Phase in 4 Sektoren nacheinander angesetzt sollte jede Teilphase auch zeitlich versetzt bestromtmwerden zum günstigsten Arbeitswinkel. Ob sie das mitmachen und zulassen wird Spannend. Ich beschränke mich da ehr auf die Motorspielereien , Ihr seid in der Elektronik mehr zuhause wie ich , so lass ich mich erst mal,Überaschen was der Martin sich da aufbaut und Entwickelt hat.

Happy Amps Christian

martin2day

18.August.2020, 07:29

Guten Morgen zusammen,

ich lass mich auch überraschen... bin sogar schon ein wenig aufgeregt ob und wie das alles so hin haut.
In der Wartezeit habe ich noch mal ein wenig für die Zukunft recherchiert... da gibt es richtig gute FET's...
z.B. den IPT007N06N https://www.mouser.at/datasheet/2/196/Infineon-IPT007N06N-DataSheet-v02_03-EN-1226280.pdf
0,75mOhm... der kann laut Datenblatt 52A ohne Kühlung... :-)
Ist leider aber etwas teurer und für mich schwer zu löten... aber damit sollte man einen richtig heißen Regler bauen können...

Wünsche einen schönen Tag
Martin

Sika

18.August.2020, 09:47

Die aktuellen YGE verwenden diese FETs (2 parallel) und auch z.B. Hobbywing Funfly 160HV (3 parallel). Das Löten von Hand ist in der Tat etwas trickreich: dünn vorverzinnte Platine auf Heizplatte, ca. 160°C, FET auflegen, mit Heißluftfön Zinn zum Schmelzen bringen, FET aufdrücken, Zinn zuführen und dann einzelne Beinchen zusätzlich mit spitzem Lötkolben verlöten. Man braucht 4-6 Hände und sollte insbesondere die Gatepins auf Kontakt kontrollieren. Solche FETs machen zudem nur dann Sinn, wenn die Platinen einen hohen Kupferanteil haben (z.B. YGE). Daran scheitert z.B. der Funfly.

FETs im D2PAC-7P Gehäuse sind insgesamt für Selbstbauendstufen angenehmer im Handling und auch nicht viel schlechter.

martin2day

21.August.2020, 19:10

Guten Abend,

da ich gerade nicht viel machen kann, weil ich auf die Teile warte, habe ich mal einen Versuch mit den D2PAK-7P unternommen... so wie ich es machen würde.
Zeil war auch hier möglichst die vorgesehenen Drainflächen der FET's zu kühlen. Dafür muss man bei den obern FET's die Plus und bei den unteren FET's die Phasen aktiv kühlen.
Meine Idee ist hier eine 5x10mm Kupferprofil aufzulöten... das transportiert zu einen den Strom zuverlässig... und ich kann am Kupfer einen Kühlkörper anbringen.

Das Grundlayout mit der FET-Anordnung könnte so aussehen.
100040100041
die Gelben Flächen sind die besagten Flächen für das Aufbringen vom Kupferprofil.
Man könnte das Layout beliebig mit FETs erweitern... schön ist auch, dass man im oberen Bereich direkt die ELKOs anlöten kann... die Strecken sind alle sehr kurz.
Aktuell wäre ich bei 80x54mm...

Gruß Martin
PS: Soll für mich erst mal ein Test für die 7 wenigen FET's sein.

R/B

22.August.2020, 10:33

und wenn Du die Kupferschienen so ausführst das Du eine 2mm Bohrung hast ist der Kühlkörper direkt integriert.Falls gewicht nicht die ganz große Rolle spielt

martin2day

22.August.2020, 12:28

Die Idee hatte ich auch schon, aber ich bin mir nicht ganz sicher was da passiert wenn ich bis zu 50v an das eine und GND an das andere Kupfer anlege... sind ja nur wenige mm dazwischen...
keine Ahnung wie gut oder schlecht das Wasser leitet...

hat das schon mal einer getestet?
gruß Martin

Ch.Lucas

22.August.2020, 14:29

Hi,
ich habe so einen Faserziehofen für Optische Fasern gekühlt. Nicht die Leistungselektronik , nur die Anschlüße für die GraphitHeizwendel . Die sind aus Kupfer und werden in ein paar Stufen an Kupferklemmen kontaktiert. Das waren bei 24 Volt 5000 Ampere . Als Isolierung habe ich Aluminium verwendet das durch eine sehr dicke Eloxalschicht zum Isolator wird.
Ich mach mal ein paar Bilder von alten Stellern und deren Aufbau.

Happy Amps Christian

R/B

22.August.2020, 18:23

ich meine eigentlich eine Durchgangsbohrung, ohne Direkten Wasserkontakt.

martin2day

22.August.2020, 18:33

Ach so... ja das geht auch... quasi die Fläche vergrößern...
könnte man eine Art Kühlkörper bauen...
wäre auch eine Idee

Gruß Martin

Ch.Lucas

22.August.2020, 21:23

Hi,
ein paar Bilder.
Der lange mit den 12 Mosfet war einer der ersten Lehner Sensorlosen Steller der noch von Stefan Merz hergestellt wurde und mit dem der Stefan auch die Pylon WM gewonnen hat. Die anderen Platinen sind dann aus der zweiten Lehner Serie , jede Platine konnte so 30 Ampere ohne zusätzliche Kühlung , wir haben dann die Messingröhrchen aufgelötet. Die Platinen konnte man einfach übereinander Stecken und so die Leistung erhöhen , genau so bei einem Defekt die Leistungsplatine abstecken und Reparieren.
Schulze , Jeti und Kontronik aus der Zeit kennen die meisten eh, die hatten aber die Leistungsplatinen verlötet und nicht mit Kontaksteckstiften verbunden.
Und noch ein Bild vom Schmelzwiederstand aus Graphit der in Schutzgas bei 22 Volt und 5000 Ampere etwa um die 2500-3000 (tel:2500-3000) Grad Celsius erreicht hat je nach Schutzgas durchfluß Menge. Da kann man auch toll Wasser kochen und Dampf erzeugen. Die Graphit Elemente können schnell aufgeheizt und abgekühlt werden , halten aber nur um die 2-3 Tage dauerbetrieb aus. In Optischen Lichtleiter Ziehanlagen werden Heizungen aus Zyrkonoxid eingesetzt die Induktiv geheizt werden und Wochenlang durchlaufen aber gemächliche Temperaturwechsel lieben. Nur so als Nebenbei Info. Wer mal so einen Lastwiederstand benötigt , habe noch zwei davon.

Happy Amps Christian

Happy Amps Christian

Ch.Lucas

22.August.2020, 21:37

Hi,
noch ältere Bürstenmotor Steller, mit 10 Mosfet auf einem Aluröhrchen aufgefädelt durch das in der Bohrung Kühlwasser fließt. Ansteuerelektronik war eine selbständige Platine. Der Steller mit dem schwarzen Kühlkörper war der Allererste Mosfet 1kg Steller von Hans Lehner mit zwei BUZ11 . Dann noch einer der ersten Leistungsfähigeren Stellern ein Vantec der mit einem BUV21 ohne Speedrelais funktinierte da er den hohen Ansteuerstrom per Step down Wandler (Spule usw.) den Transistor durchsteuerte. Das waren noch Zeiten als wir bei den Gabelstappler Stellern uns nach geeigneten Transistoren umgesehen haben.

Happy Amps Christian

Sika

30.August.2020, 11:12

Mal zum Vergleich, wie sich die FET-Technologie in den letzten 40 Jahren (BUZ11 Erscheinungsjahr 1980er?) bis heute entwickelt hat. Ein BUZ11 hatte 40mOhm und kann/konnte ca. 15A. Ein aktueller Infineon IPT004N03 hat 0.4mOhm und ist mit 300A angegeben - d.h. der Ri ist um den Faktor 100 niedriger.

martin2day

31.August.2020, 07:31

Hallöchen zusammen,

so ich bin aus meinem Urlaub wieder da... :-)
Christian, dass sind aber paar super Sachen dabei... ja früher war das alles nur was mit Hand und Fuß... da musste man genau wissen was man tut. Sehr schön.
Ja die Technologie ist schon ein ganzen Schritt weiter gekommen... wobei ich immer noch der Meinung bin die Regler für den Modellbau sind Aufgrund der Eigenschaften eher ein Grenzfall...
Viel Strom, geringe Größe und geringes Gewicht... diesen Spagat muss man irgendwie in den Griff bekommen... gut man hat den Vorteil, dass man die Leitung nie für mehr als 10min benötigt.

In der Zwischenzeit sind auch meine Platinen und die Bauteile angekommen.
100095

Hier ein Paar Infos zu dem Steuerteil.
Platine hat 4 Lagen.
Ich habe 3 Schaltnetzteile verbaut...
- Batterie auf 12V (Gate-Treiber)
- 12V auf 6V für Empfänger und Servo
- 12V auf 3,3V für die IC's
Auf der Platine sind auf der Unterseite die Treiber verbaut... schauen wir mal ob das so geht....:-)
USB Anschluss für die Programmierung und Parametrierung

Wünsche einen guten Start in die Woche
Martin