80V-Motor ansteuern mit Mosfet und Optokoppler

Hallo,

ich bin noch in der Konzeptphase. Ich möchte einen 80V, 3A Gleichstrom-Motor mit einem Mosfet ansteuern. Die Drehzahl soll per PWM variiert werden Dazu habe ich schon einen IRF640 hier liegen (Datenblatt). Da 80V im Gefahrenbereich bei Berührung sind, möchte ich eine Trennung zwischen Mosfet und Arduino mit einem Optokoppler machen. Dazu habe ich folgende Schaltung hier im Forum gefunden:
f91bb0148b319fd0ccde1490094873f082dfa9de.jpg

Spannung wäre bei mir 80V statt 12V und anstelle des Heaters hätte ich den Motor. Soweit ich das sehe, sollte das funktionieren, wenn ich R2 auf ungefähr 8-10kOhm anhebe. D2 ist eine Zenerdiode, die dafür sorgt, dass die Gate-Spannung der Mosfet nicht über 15V ansteigen kann. 20V wäre das Maximum beim IRF640, oder?
Als Optokoppler habe ich mir den Sharp PC853x ausgesucht, da sein Fototransistor bis 350V aushält.

Stimmen meine Überlegungen. gibt es noch geschicktere Schaltungen?

Sieht soweit gut aus. Ist der Optokoppler auch schnell genug (Schaltzeiten)? Sonst droht erhöhte Verlustleistung beim Ausschalten des FET mit induktiver Last.

Ich weiß jetzt nicht welchen Kurzschlußstrom/Anlaufstrom der Motor hat aber ich würde instinktiv sagen der Mosfet ist unterdimensioniert.

Grüße Uwe

Grundsätzlich sehe ich diese Schaltung kritisch: R2 begrenzt den Ladestrom doch recht drastisch (erst recht, wenn Du ihn auf 10k erhöhst). Das dürfte dazu führen, dass der Mosfet nur sehr langsam umlädt. Gerade bei PWM keine gute Idee. Auch das Entladen über R3 wird dauern. Hast Du das mal mit Spice simuliert?

PS: ich hab das jetzt mal durch Spice gejagt ... der MOSFET ist natürlich nicht so spannungsfest ... aber das ist hier erstmal egal. Wichtig ist, dass er eine ähnliche Gate-Kapazität hat. Bei 10 kHz PWM Frequenz und 50% Duty Cycle sieht man, dass er gar nicht mehr richtig sperrt.

Grün ist die Spannung am Gate, Blau das Ansteuersignal am Optokoppler. (für bessere Auflösung: Link)
also wenn, dann geht das nur mit deutlich langsamerer PWM Frequenz (< 1 kHz).

Danke für die Hinweise. Ich hatte an die 490Hz Standard-PWM Frequenz vom Arduino gedacht. Wobei ich mich frage, ob ich sie nicht auf 25Hz reduzieren soll. Ggf. werde ich deutlich kleinere Widerstände verwenden.

Den Anlaufstrom muss ich noch bestimmen. Ich hätte gedacht, dass ich mit 11-18A Dauerbelastbarkeit und 72A kurzzeitig bei der Fet auf der sicheren Seite wäre.

bei 490 Hz sagt mein Spice, dass es gehen könnte :wink: Musst halt mal sehen, wie warm er wird und ggf. abhängig davon nochmal runter gehen.

Bei einem Einzelstück und 80V würde ich nicht zu viele FETs und Fehlfunktionen riskieren, und eine Schaltung mit ordentlichem Gate-Treiber nehmen.

Bei 25Hz wird der Motor anfangen zu Fipsen und brummen.

Die Kurzzeitbelastung des MOSFET bezieht sich darauf daß das Siliziumdie nicht zu heiß wird. Bei einem Anlauf des Motor von mehreren Skunden sind wir sicher draußen.

Grüße Uwe

Ich habe mal den Motor gemessen. Er hat einen Spulenwiderstand von etwas über 30 Ohm. Also liegt der Maximalstrom im Bereich 3A. Der Motor ist selbst unter Last in wenigen 10tel Sekunden auf Zieldrehzahl. Von daher sollte alles weniger kritisch als vermutet sein.

Bei einem Motor mit Nenndaten 80V und 3A sind 30 Ohm Wicklungswiderstand viel zu wenig.

Grüße Uwe

Du meinst wohl "zu viel"? 30 Ohm an 80V gibt knapp 3A bei blockiertem Motor.

DrDiettrich:
Du meinst wohl "zu viel"? 30 Ohm an 80V gibt knapp 3A bei blockiertem Motor.

Ja. "zu viel" war gedacht.
Grüße Uwe

Ich muss gestehen, dass ich keine Katalogdaten zu dem Motor habe. Ich gehe inzwischen davon aus, dass er im praktischen Betrieb unter 1A liegt.

Bei einem Motor für 80V denke ich an etwas stärkeres, da ich ansonsten etwas kleinere Versorgungsspannung erwarte.
Wenn Du keine Daten / Typenschild/modell hast dann sag uns mel wie groß der Motor ist (Durchmesser- Länge Wellendurchmesser)

Grüße Uwe

Der Motor ist ca 7cm lang, hat 6cm Durchmesser, Welle 7mm. Drehzahl im praktischen Betrieb bis ca. 6000Upm.

Ja, da können 50 bis 80W hinkommen.