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  1. #1
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    Standard Eigenbau Brushless Regler

    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

  2. #2
    Registrierter User Avatar von madliz
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    Bravo! Eine guter Ansatz!

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

    Grz. madliz

  3. #3
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    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.
    VESC TO-220 POWER Top.jpg
    VESC TO-220 POWER Bottom.jpg

    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

  4. #4
    chronisches Spielkind ;-) Avatar von plinse
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    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

  5. #5
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    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
    Geändert von martin2day (12.August.2020 um 22:28 Uhr)

  6. #6
    chronisches Spielkind ;-) Avatar von plinse
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    Zitat Zitat von martin2day Beitrag anzeigen
    ...
    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/sh...l=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

  7. #7
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    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/appli...lectronics.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

  8. #8
    chronisches Spielkind ;-) Avatar von plinse
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    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
    Geändert von plinse (13.August.2020 um 09:10 Uhr)

  9. #9
    Einsteiger
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    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

  10. #10
    Real Raceboater Avatar von MiSt
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    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
    Gruß Michael St*****

    Beware the fisherman, who is casting out his line into a dried up river bed.
    Don't try to tell him, 'cos he won't believe you.
    Throw some bread to the ducks instead, it's easier that way
    (Tony Banks from Genesis)

  11. #11
    chronisches Spielkind ;-) Avatar von plinse
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    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

  12. #12
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    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
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    Geändert von Jo-nny (13.August.2020 um 12:36 Uhr)

  13. #13
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    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

  14. #14
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    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

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

    Grüße, Eike

  15. #15
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    Wie bereits angedeutet, die Platinen für das Leistungsteil sind bereits gefertigt und geliefert.
    5 Stück für 17€ inkl. Versand.... :-) Kann man machen, finde ich.
    Anhang 100011
    Die Elkos passen auch... was ein Glück...
    IMG_0328.jpg

    @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

  16. #16
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    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).
    20190203_152214.jpg20190203_152151.jpg

    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

  17. #17
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    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.
    Schaltverluste_ohmsche_Last.jpg
    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... :-)

  18. #18
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    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

  19. #19
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    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?
    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?

    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...

    Wie du natürlich richtig gesehen hast, habe ich nur eine einfach Platine gewählt. Aber das Layout ist so aufgebaut, dass ich alle Stromführenden Pfade mit Kupfer aufdopplen kann... hier bin ich nur durch die Höhe der FET's eingeschränkt... beim ersten Regler werde ich hier ein 2,5" Kupferkabel auflöten...
    Zum FET an sich kann ich so noch nicht viel sagen, weil ich das wirklich erst einmal austesten muss. 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.

    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.
    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

  20. #20
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    Zitat Zitat von martin2day Beitrag anzeigen
    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
    Geändert von GunnarH (14.August.2020 um 18:13 Uhr)

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