Neue Steuerung für ein Pedelec

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Joe23

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Du benötigst in jedem Fall Treiber für die Oberschalter und eine rein hardwarebasierte Überstrombegrenzung. Dafür gibt's fertige Bausteine, die außerdem noch zusätzliche Funktionen bieten, siehe beispielsweise www.pedelecforum.de/forum/showthread.php?2077-BLDC-Leistungsstufendesign-(Detaildiskussion-für-Interessierte).
Das sagt mein Sohn auch und hat mir auch den IR2130 herausgesucht, der allerdings ein großes Gehäuse haben soll, was bei dem Versuchsaufbau nicht störend wäre. Ich werde morgen meine früheren Arbeitskollegen befragen,ob die was besseres wissen. Arbeiten halt auch mit IGBTs.
 
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Christian

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

MOSFETs sind bei diesen niedrigen Spannungen schon ziemlich optimal. Auf die Optokoppler aus dem Link würde ich mittlerweile verzichten.

BLDC_Controller_2011-07-04.png

Gruß,

Christian
 
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Joe23

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XDURO2011,2XBofeili 1st Gen
AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Hallo Christian,

Die Befragung meiner ehemaligen Firma hat nichts gebracht, also bleibts beim IR2130. Natürlich ist die Forderung berechtigt, direkt per Hardware eine Spitzenstrombegrenzung vorzunehmen. Entmagnetiisiereung kennt kein Zeitlimit, da sollen nach meiner Information Mikrosekunden genügen, um das Ungewollte geschehen zu lassen. Da kann ein Softwareansatz nicht die Lösung sein.
Für das Gesamtschaltbild möchte ich mich besonders bedanken. Nach googeln konnte ich erkennen, dass der CRUMB168-USB ja auch ein ATMEL ist. Verwendest du auch den Dragon als Entwicklungsumgebung?
Und wie sind deine Erfahrungen bzüglich Rechenzeit?
Ich kämpfe halt immer noch mit der Vielzahl von Hardwarefunktionen und noch mehr damit dass die Verbindung zur Software nur über riesige Include -Dateien geht.

Viele Grüße

Joe
 
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Christian

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Hallo Joe,

das Schaltbild ist mein ungeprüfter Versuch, einen einfachen BLDC-Controller zu entwickeln. Ziel dabei war es, sich nur mit den unbedingt erforderlichen Dingen selbst zu beschäftigen, so fiel auch die Wahl auf den Crumb168 und den IR2130 als hochintegrierte Teile mit umfangreichen Peripheriefunktionen. Leider ist das Projekt bereits während der rudimentären Hardwareanfänge ins Stocken geraten. Aber jetzt bist Du ja am Start. ;)

Ich nutze BASCOM (sehr einfach und durchaus performant) und den originalen Atmel-Programmer. Der Crumb lässt sich allerdings auch direkt über seine USB-Schnittstelle programmieren.

Die Rechenzeit habe ich nicht ansatzweise ausreizen können - bisher habe ich damit aber auch nur Kleinkram programmiert. Mit einem anständig programmierten BLDC-Controller lässt sich der Crumb meiner Meinung nach nicht in Verlegenheit bringen.

Wenn Du bei der Kombination Crumb/IR bleibst, würde mein Interesse vermutlich wieder erwachen und ich mich gerne an der Hardware-Diskussion beteiligen ... und vielleicht schaust Du Dir ja auch mal BASCOM an. :)

Gruß,

Christian
 
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Joe23

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XDURO2011,2XBofeili 1st Gen
AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Wenn Du bei der Kombination Crumb/IR bleibst, würde mein Interesse vermutlich wieder erwachen und ich mich gerne an der Hardware-Diskussion beteiligen ...
Dabei hatte ich gehofft, ich könnte bei dir sofwaremäßig was ergeiern.
Bei einer Kombination Selbstbau-Crumb/IR wirds wohl bleiben, wobei der Begriff Selbstbau von mir schon großzügig ausgelegt wird, wenigstens meine Gene scheinen sich an dem Selbstbau beteiligt zu haben. Und mit dem AVR-Studio fühle ich mich sehr Komfortabel. Auch fühle ich mich mit der Programmiersprache C näher an der Hardware.
Ich hätte im Moment noch alle Freiheiten dieselbe I/O-Belegung zu wählen, falls du da schon fixiert bist.
Das wären im Moment die 6 Ansteuersignale für die Mosfets und der (Analog) Eingang für den Gasgriff. Außerdem die Eingänge für die Hallsensoren. Sensorlos möchte ich eigentlich nicht arbeiten.
Im Moment ist mir noch nicht mal klar, mit welchen Signalen von den Hallsensoren ich zu rechnen habe. Sind das Rechtecke mit 120 Grad Phasendifferenz, oder Impulse, die erst auf ein Set/Reset-FlipFlop gegeben werden müssen, um die Rechtecksignale zu erhalten. Ich meine letzteres in einem Beitrag von dir gelesen zu haben.

Ich denke ich werde den Xin Feng oder elfKW als Versuchsmotor für das Projekt einsetzen. Der hat jetzt eine Saison als Vorderradnabe hinter sich gebracht, als Motor musste er dabei nicht dienen, er hat in dieser Funktion nur ca. 200km hinter sich gebracht und wegen der dabei gehabten Kontaktschwierigkeiten habe ich auch keine Probleme alle benötigten Signale von den originalen Steckern zu zwicken und mit Adernendhülsen in einlötbaren Klemmleisten am Versuchsaufbau anzuschließen.

Zusatzfrage: Welche CPU hat dein CRUMP? Ich habe den XMega 256 A3, 16kB Ram, 4kB EEPROM, 256 kB FLASH. Und musste mir sagen lassen, dass Port B Bit 4-Bit7 für den Anschluß des Dragon gebraucht wird.
Mein Sohn fragt, welche Dioden du für die Bootstrapkondensatoren vorgesehen hast? Er hätte BA 159 vorrätig.
 
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Christian

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Auch fühle ich mich mit der Programmiersprache C näher an der Hardware.

Ist schon o.k., ich halte den Hardwareteil ohnehin für spannender.

Ich hätte im Moment noch alle Freiheiten dieselbe I/O-Belegung zu wählen, falls du da schon fixiert bist.

Nein, da bisher nur das Schaltbild existiert, bin ich noch nicht fixiert. Die jetzige Belegung sollte allerdings im Hinblick auf die Mehrfachfunktionen der AVR-Ports und der Crumb-Peripherie eine brauchbare Basis darstellen.

Sensorlos möchte ich eigentlich nicht arbeiten.

Richtiger Ansatz in meinen Augen. Sensorlos geht dann später auch noch.

Im Moment ist mir noch nicht mal klar, mit welchen Signalen von den Hallsensoren ich zu rechnen habe. Sind das Rechtecke mit 120 Grad Phasendifferenz [...]

Ja, genau das (Pulsdauer 180°, Phasenversatz 120°).

Zusatzfrage: Welche CPU hat dein CRUMP? Ich habe den XMega 256 A3, 16kB Ram, 4kB EEPROM, 256 kB FLASH. Und musste mir sagen lassen, dass Port B Bit 4-Bit7 für den Anschluß des Dragon gebraucht wird.

Der Crumb168 ist deutlich darunter angesiedelt (reicht m.M.n. aber dennoch aus): http://shop.chip45.com/epages/es106...ucts/Crumb168-2.3/SubProducts/crumb168-2.3-20

Mein Sohn fragt, welche Dioden du für die Bootstrapkondensatoren vorgesehen hast? Er hätte BA 159 vorrätig.

In der IR AN-985 sind 11DF4 vorgesehen.

Einen IR2130 kannst Du bei Bedarf gerne von mir bekommen (Adresse reicht).

Gruß,

Christian
 
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Joe23

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XDURO2011,2XBofeili 1st Gen
AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Hallo Christian,

ganz langsam kommt für mich etwas mehr Licht ins Dunkel.
Ich fürchte fast unsere beiden ATMELs sind nicht so kompatibel, wie ich Anfangs geglaubt habe. Eine kompatible Software wäre vorstellbar wenn die Unterschiede nur im Speicherausbau vorhanden wären. Das scheint aber nicht der Fall zu sein. Durch Neueinführung von DMA und Eventsteuerung, muss wohl in jeder Hardwarekomponente zusätzliche Konfigurierbarkeit eingeführt worden sein, was die Sache reichlich unübersichtlich macht. Trotzdem will ich im Moment nicht aufgeben und nach einer ersten Hardware Umrüstung wenigstens mal versuchen eine PWM-Steuerung zustande zu bringen. Vielleicht zunächst mit einer Ketten von Halogenlampen die dann auch die Rolle der Strombegrenzung übernehmen kann. Dazu werde ich meine Versuchsplatine zunächst mit einem getakteten Spannungsregler für 12 V umrüsten und davon die weiteren Serienregler mit 5V und 3,2V speisen. Dann hätte ich ein System, was mit meinem LiFePO4-Akku arbeitet und mit den Lampen als Last kann ich nicht viel verderben. Das PWM Tastverhältnis werde ich digital durch vorbelegung einer Variablen vorgeben. Dabei werde ich die MOSFETs mit dem IR-Baustein ansteuern allerdings für die Dioden aus der IR-Application haben wir noch keine Bezugsquelle aufgetan da müssens wohl die Lagerbestände meines Sohnes tun. Danke für dein Angebot eines IR2130, ich denke da ist schon einer im Anrollen aber sollte ich mit der Verwendung der BA159 Diode den Baustein killen komme ich gern noch darauf zurück. Sollt dieses Experiment gelingen dann wäre der Nächste Schritt eine Ansteuerung über Poti unter Verwendug eines ADC-Kanals. Als weiterer Schritt käme dann die Strombegrenzung, und danach die Kommutierung, wozu ich schon noch Diskussionsbedarf hätte, weil ich gerne den Motor 3-phasig ansteuern würde.

Viele Grüße

Joe
 
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Christian

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

[...] allerdings für die Dioden aus der IR-Application haben wir noch keine Bezugsquelle aufgetan da müssens wohl die Lagerbestände meines Sohnes tun.

Ich würde auch nicht die Originale verwenden, sondern nach Vergleichstypen suchen.

[...] und danach die Kommutierung, wozu ich schon noch Diskussionsbedarf hätte, weil ich gerne den Motor 3-phasig ansteuern würde.

Klar, gerne - das ist aber keine große Tat. Die PWM mal ausgeblendet, musst Du lediglich die sechs möglichen Kombinationen der drei Hallsensorsignale in eine Schaltkombination der MOSFETs "übersetzen" (Signalwechsel am Eingang --> Schalterwechsel am Ausgang). Das ginge vermutlich sogar ohne µC recht einfach. Bei niedriger DC-Eingangsspannung (wenige Volt) kannst Du das auch schon gleich am Motor testen. Darüber legst Du dann die PWM-Steuerung mittels Drehgriff (und bei Bedarf nochmals darüber die Stromsollwertvorgabe einer stromgeregelten Anordnung).

Gruß,

Christian
 
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labella-baron

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Crystalyte 209, LiFePo 36V 4,6Ah von A123
AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

... lediglich die sechs möglichen Kombinationen der drei Hallsensorsignale in eine Schaltkombination der MOSFETs "übersetzen" (Signalwechsel am Eingang --> Schalterwechsel am Ausgang). Das ginge vermutlich sogar ohne µC recht einfach.
Wäre das nicht ohnehin die robustere Lösung - keine Gefahr der Fehlansteuerung, wie ich sie beim Bafang beim zurücksteuern von hohen Leerlaufdrehzahlen höre (allerdings ohne Sensoren). Die mögliche Geschwindigkeit wäre doch ungleich höher.

Allerdings ist dann wohl eine Brems-Reku nicht so einfach zu realisieren - oder ?
 
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Dieter

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Mittelmotor System - Eigenkonstruktion
AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Nur so als Tipp :
recht zügig kommt man zu brauchbaren Ergebnissen mit den etwas " antiquierten " Modulen TDA5140 - 5145 ( Philips/nxp )
oder dem MC33035 ( Motorola ).
Habe beide Produkte schon verwendet.
 
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Christian

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Wäre das nicht ohnehin die robustere Lösung - keine Gefahr der Fehlansteuerung, wie ich sie beim Bafang beim zurücksteuern von hohen Leerlaufdrehzahlen höre (allerdings ohne Sensoren).

Robuster - ja, vielleicht. Allerdings nur für sensorbehaftete Anwendungen machbar und dann ohne die Möglichkeit, das Timing zu ändern oder sonstige nette Dinge zu tun, die mit einem µC möglich sind.

Die mögliche Geschwindigkeit wäre doch ungleich höher.

Gibt es da heute wirkliche praktisch relevante Probleme?

Allerdings ist dann wohl eine Brems-Reku nicht so einfach zu realisieren - oder ?

Richtig, dafür muss das Timing beeinflusst werden.

Gruß,

Christian
 
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labella-baron

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Crystalyte 209, LiFePo 36V 4,6Ah von A123
AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Gibt es da heute wirkliche praktisch relevante Probleme?
Mit den genannten 500Hz und 10 Polpaaren (Bafang) ist die Grenze bei 500/10 = 50U/sec * 60 = 3000U/min; mit Faktor 5,625 Untersetzung (32:180) aufs 26"-Hinterrad ergibt sich 3000/180*32*2m*60Min = 64000m. Also wäre bei 64km/h die Grenze. Das erreicht ein VM bergab leicht - und wenn man dann Brems-Reku will ... :eek:
 
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Christian

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recht zügig kommt man zu brauchbaren Ergebnissen mit den etwas " antiquierten " Modulen TDA5140 - 5145 ( Philips/nxp )
oder dem MC33035 ( Motorola ).

Ja, es gibt gute integrierte BLDC-Steuerungen. Wem die Möglichkeiten dieser Bausteine reichen und wer einen zweckorientierten Selbstbau betreiben will, ist mit diesen sicherlich gut bedient. Das Beispiel der festverdrahteten Logik sollte als Maßstab dafür dienen, wie gering der Aufwand für ein entsprechendes µC-Programm wäre. Eine praktische Realisierung in dieser Richtung halte ich nicht unbedingt für sinnvoll.

Gruß,

Christian
 
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Christian

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Mit den genannten 500Hz und 10 Polpaaren (Bafang) ist die Grenze bei 500/10 = 50U/sec * 60 = 3000U/min; mit Faktor 5,625 Untersetzung (32:180) aufs 26"-Hinterrad ergibt sich 3000/180*32*2m*60Min = 64000m. Also wäre bei 64km/h die Grenze. Das erreicht ein VM bergab leicht - und wenn man dann Brems-Reku will ... :eek:

O.k. - exotisch, aber in Deinem Fall durchaus relevant. Ich sehe allerdings nicht, dass eine Grundwellenfrequenz von 500 Hz einen Atmel mit 20 Mhz zwangsläufig in Verlegenheit bringen muss (dass das bei existierenden Controllern durchaus möglich ist, bestreite ich nicht).

Gruß,

Christian
 
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Joe23

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Ich habe mich nun bemüht, die Blockkommutierung bei Bestromung von nur 2 Pasenwicklungen zu verstehen. Da hat man also die Möglichkeit das Statorfeld auf 6 verschiedene (Polpaar-) Phasenlagen zu schalten.
Wenn U,V,W den Phasen 0,120,240 Grad entsprechen, dann ergibt sich für:
U an + und W an - ...30 Grad
V an + und W an -... 90 Grad
V an + und U an -.. 150 Grad
W an + und U an -. 210 Grad
W an + und V an - . 270 Grad
U an + und V an - .. 330 Grad
Wenn ich nun die Zuordnung der Farben der Anschlußdrähte zu U,V und W wüsste und außerdem noch wüßte, ob ansteigende Phasenlage der Vorwärtsbewegung des Pedelecmotors zugeordnet ist. Könnte ich mich an einen Verdrahtungsplan machen und wenn mir jemand die fehlenden Daten übermitteln würde, träfe mich wenigstens nicht die alleinige Schuld, wenn der Motor dann hinterher genau anders herum läuft, wie das meistens so ist.
Hat jemand Mut, diese Mitschuld zu tragen?:confused:
 
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labella-baron

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U an + und W an - ...30 Grad
V an + und W an - ...90 Grad
V an + und U an - ..150 Grad
W an + und U an - ..210 Grad
W an + und V an - ..270 Grad
U an + und V an - ..330 Grad
Hat jemand Mut, diese Mitschuld zu tragen?:confused:
Nö, in dem Fall geht probieren wirklich über studieren. Und es macht ja auch nix - Hauptsache sie ... äh ... er dreht sich doch ;)
 
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Joe23

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Da werd ich mein Programm für beide Drehrichtungen auslegen und hoffen, dass die richtige dabei ist.:D

Wie sieht eigentlich die Phasenbeziehung zwischen Sensorsignal und EMK aus? Sind da dieselben Farben phasengleich?
 
Pendlerrad

Pendlerrad

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AW: Neue Steuerung für ein Pedelec

Hallo,
wenn schon viel Mühe mit einem eigenen Regler, warum dann nicht gleich in die Richtung sinusförmige Bestromung der Wicklungen gehen?

Blockkommutierende Steller gibt es doch genug, auch schon recht komfortabel vom Anwender programmierbare sind für angemessenes Geld erhältlich.
Will man allerdings Richtung Geräuschminimierung mit annähernd sinusförmiger Erregung wird es teuer und was man tatsächlich bekommt ist nicht ganz klar. Einige Beiträge hier im Forum haben bei mir den Verdacht genährt, das bei fertig angebotenen Sinusstellern z. B. an der passenden Kennlinie der Stromregelung gespart wurde. Oder wie ist ein "Motorklingeln" bei bestimmen Betriebszuständen zu erklären?

Ich stelle mir vor, das der Strom z. B. beim Gangwechsel = Drehzahlsprung unter Beibehaltung der Sinusform sanft herunter geregelt werden sollte, dabei eine kurzfristige Erhöhung der Phasenströme in Kauf genommen wird. Wenn bei leichtem Überstrom schon die (wohl unverzichtbare) zusätzliche Hardware-Strombegrenzung in die PWM eingreift, hat man im Ergebnis zu diesem Zeitpunkt wieder eine Art Blockkommutierung mit Restsinus in Teilen der Stromrampe, sicher lustige Geräusche.
Das wär doch ne Herausforderung.

Von Atmel gibt es hierzu zwei interessante Publikationen, ich glaube, das Prinzip habe ich verstanden.
Um mit den hier verwendeten kleinen Controllern hin zu kommen wird die Sinusform nicht jeweils neu berechnet sondern über Referenzwerte für bestimmte Winkelgrade interpoliert, die in einer Tabelle hinterlegt sind.
Auch ist die vom Controller bereitzustellende Wellenform anders als zunächst gedacht, die erwarteten Nulldurchgänge nach einer Halbwelle kommen so nicht, da erst die Differenzen der Phasenansteuerungen im Motor den Sinus bilden. Sehr schön erklärt, mit Kurven (Seite 7).
Dazu kommt dann, das der Controller eine Phase-Locked-Loop (PLL) auf die Hallsignale bildet, er synchronisiert sich praktisch auf die Hallsignale und kann deshalb zwischen den tatsächlichen Flanken der Hallgeber den aktuellen Motordrehwinkel aus der PLL ableiten.Tolles Prinzip, wirkt fast wie ein analoger Drehgeber, weil die Änderungen der Drehgeschwindigkeit zwischen zwei Hallsignalzuständen im Betrieb klein sind.
Verwendet wird der ATTiny 261/461/861 (Turnigy-Mod lässt grüßen) oder ATmega48

AVR449: Sinusoidal driving of 3-phase permanent magnet motor using ATtiny261/461/861
http://www.atmel.com/Images/doc8030.pdf

AVR447: Sinusoidal driving of three-phase permanent magnet motor using ATmega48/88/168
http://www.atmel.com/Images/doc8010.pdf

Wär das nicht was?

Gruß
Pendlerrad
 
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Christian

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Wär das nicht was?

Sicher. Ich persönlich würde nur den zweiten Schritt nicht vor dem ersten machen wollen. Eine Blockkommutierung ist schnell programmiert und reicht hin, um den Hardwareaufbau zu überprüfen. Die gesamte Weiterentwicklung (Sinusspeisung, sensorloser Betrieb etc.) kann dann auf dieser Basis erfolgen. Der Vorher-Nachher-Effekt ist sicherlich auch eine interessante Geschichte, die man nicht auslassen sollte.

Gruß,

Christian
 
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