Strombelastbarkeit von Reglern/Stellern

[Hägar]

Hallo Gemeinde,

derzeit knoble ich an einem Problemchen herum, was vielleicht gar keines ist: Die Strombelastbarkeit von Reglern/Stellern.

Okay, jeder Regler hat seinen maximalen Dauerstrom und Peakstrom in der Spec stehen. Außerdem kenne ich auch die 80%-Regel. Aaaaber...

Derzeit probiere ich ein Antriebssetup mit rechnerisch (Drivecalc) ca. 30A aus. Dazu habe ich einen (noch) arbeitslosen YGE30 im Auge. Gestern abend habe ich gemessen, dass tatsächlich in der Anfangszeit bei noch fast vollem Akku mit entsprechend hoher Spannungslage doch bis zu 34A fließen, die dann mit sinkender Akkuspannung auf 32A bis 31A zurückgehen. Also etwas mehr, als der Regler nach Spec sehen dürfte.

Allerdings habe ich mir auch die Temperaturentwicklung am YGE30-Regler angeschaut und konnte feststellen, dass dieser unter den genannten Bedingungen gerade mal handwarm wurde. Von Überhitzung war nichts zu bemerken.

Jetzt zu meinem Problemchen: Aus unsicherer Quelle habe ich mal gelernt, dass Leistungstransistoren, wenn sie denn sterben, den Hitzetot sterben. Aus obigem Versuch hat sich aber ergeben, dass keine nennenswerte Hitzeentwicklung am Regler stattfindet. Wenn also die Strombelastbarkeit nur eine Frage der Temperatur ist, könnte ich also den genannten YGE30 locker jenseits der Spec und der 80%-Regel betreiben.

Oder gibt es noch andere Schädigungsmechanismen bei "Über"strom, die nichts mit Temperatur zu tun haben?

Kurzfassung meiner Frage: Was ist abseits der Herstellerangaben die technisch tatsächlich limitierende Größe eines Reglers/Stellers? Temperatur? Oder noch etwas anderes?

Gruß,
Stefan

 

[MagnumReloaded]

Was ist abseits der Herstellerangaben die technisch tatsächlich limitierende Größe eines Reglers/Stellers? Temperatur?

Der maximal zulässige Strom der stromregelnden Bauteile. Der Reglerhersteller bedient sich ja auch nur an den am Markt verfügbaren Bauteilen. Bei der Auswahl wird je nach Hersteller auf maximale Betriebssicherheit (i.d.R. etwas größer dimensionierte Bauteile die mehr Strom durchleiten können) oder preisbewusst (Kalkulation der Leistungsgrößen der Bauteile "Spitz auf Knapp") designt. Ein Regler für 10A wird mit Sicherheit nicht, auch bei Kühlung mit Flüssigsauerstoff, 100A liefern können weil das Bauteil diesen Strom mit seinen internen Dimensionen einfach nicht liefern kann.
Problemorientiert: Mail mal Heino Jung von YGE an und frag ihn, ob Du den Regler um max. 4A außerhalb der Spezifikation betreiben kannst.

Dieter

 

[MalteS]

Hi,

Temperatur tötet die FETs. Dabei ist aber die Temperatur auf dem Silizium die entscheidende, nicht was aussen anliegt.
Grundsätzlich glaube ich das Regler von seriösen Herstellern (also auch YGE) so dimensioniert sind das sie auch spezifizierten Belastungen bei schlechter Kühlung wegstecken.
Kommt halt ein bisschen auf den Anwendungsfall an:
Im Speedmodell mit langen Vollgaspassagen im engen Rumpf wirds eher eng als im Kunstflieger wo im luftigen Rumpf mal Leistung senkrecht aufwärts abgerufen wird. Wie sehr man mit dem Gas umgehen kann spielt auch ne Rolle.

Ich fliege im Kunstflieger nen 40A Regler der bei 45A max betrieben wird. Muss zu meiner Schande gestehen das da noch nicht mal gross auf Kühlung geachtet wurde...

Gruß
Malte

 

[rkopka]

Temperatur tötet die FETs.

I.a. ja, es gibt aber ein paar Spezialeffekte, die auch der Gesundheit abträglich sind.

Wenn die Spannung zu hoch wird, kann die Isolation versagen, hier nicht das Thema.

Bei massiv zu hohen Strömen (auch für kurze Zeit) gibt es noch einige Effekte (die wir mal im Studium behandelt haben, an die ich mich aber nicht mehr genau erinnere :-( ), die den Transistor töten können, ohne daß er erst warm werden muß.
Ist im normalen Betrieb egal, wenn der Regler bei Vollgas etwas zu hohen Strom bekommt. Da aber immer wieder wer auf die Idee kommt, einen schwachen Regler mit Teilgas zu betreiben, könnte das dort relevant werden, wenn der Regler wirklich deutlich zu schwach ist und die Strompulse ein mehrfaches des zugelassenen Stroms annehmen.

RK

 

[Gast_3969]

Das Problem ist, dass es Leute gibt die hingehen und dann eben die vielleicht (fiktiv) noch "ok-soweit-gehts" 20% übers Spec betreiben, und sich wundern, dass der Regler bei Dauerbetrieb an 80% Last (Teillast) eben doch raucht, obwohl er ja "doch in Spec" war.

Ist wie mit allem, wennst weisst was du tust kannste vieles, wennst eine Technologie für alle sicher machen musst, bleibt eben nur ne enge Spec.

 

[Hägar]

... wennst weisst was du tust kannste vieles ...

Eben! Genau darum geht es. Ich will wissen, was ich tue, und die richtigen Schlüsse ziehen.

... wennst eine Technologie für alle sicher machen musst, bleibt eben nur ne enge Spec.

Problemorientiert: Mail mal Heino Jung von YGE an und frag ihn, ob Du den Regler um max. 4A außerhalb der Spezifikation betreiben kannst.

... und das ist der Grund, warum ich nicht bei Heino Jung anfrage. Denn allein schon aus Haftungsgründen kann er gar nichts anderes sagen als "Halt Dich an die Spec, und gut ist".

...und sich wundern, dass der Regler bei Dauerbetrieb an 80% Last (Teillast) eben doch raucht, obwohl er ja "doch in Spec" war. ...

Ist hier wohl eher ein Sekundärthema. Denn Heino Jung behauptet ja, dass seine Regler wegen "aktivem Freilauf" (was immer das ist) unbegrenzt teillastfest seien. Ich lese diese Aussage so, dass wenn der Regler Vollast kann, er in jedem Falle auch Teillast kann. Konzentrieren wir uns also auf die Frage der Vollast-Stromfestigkeit.

Ein Regler für 10A wird mit Sicherheit nicht, auch bei Kühlung mit Flüssigsauerstoff, 100A liefern können weil das Bauteil diesen Strom mit seinen internen Dimensionen einfach nicht liefern kann.

Soweit klar. Aber wir reden hier nicht von 1.000% sondern von ca. 15% über Spec.

... Temperatur tötet die FETs. Dabei ist aber die Temperatur auf dem Silizium die entscheidende, nicht was aussen anliegt. ...

Das ist dann wohl die Kernaussage. Und auch wenn ich die Silizium-Temperatur nicht kenne: Da der Regler insgesamt gerade mal handwarm wird und durchaus mehr als das an Wärme entwickeln dürfte (Abschalttemperatur glaube ich bei 70°C), dürfte der geschilderte Anwendungsfall wohl in Ordnung gehen.

Danke für Eure Beiträge und Gruß,

Stefan.

 

[Farkas]

Hi Stefan,



hatte einen YGE 40,abgestimmt war er auf 48A im Stand was dann im Flug
natürlich zurückging.(Pylon 400)

Zusätzlich hatte ich einen Kühlkörper,wie sie bei alten Carreglern dabei waren,
auf das Kühlblech befestigt,dieser schaut dann aus dem Rumpf und liegt frei im
Luftstrom und sollte der gesteigerten Ampereaufnahme/Sicherheitsempfindung
Rechnung tragen.

Das mache ich inzwischen mit mehreren Reglern so,die sind dann praktisch an dem
Kühlelement,von aussen,aufgehängt.

Der YGE war so etwa 2 Jahre in Betrieb und würde gewiss heute noch leben,wenn
sich nicht zwei aussenlaufende,aufgescheuerte Motorkabel unbemerkt"gepaart"hätten.
Zwei Jazz 55 betreibe ich auch so,ohne extreme Erwärmung,auch im moderaten
Überlastbereich.

Mit einem Tunigy,oder ähnlichem Billigzeugs,würde ich sowas dann aber eher
nicht machen und tunlichst höchstens 80% der ausgewiesenen Strombelastbarkeit
durchschleusen.





Gruss,Andi.

 

[Chris.]

Ist hier wohl eher ein Sekundärthema. Denn Heino Jung behauptet ja, dass seine Regler wegen "aktivem Freilauf" (was immer das ist) unbegrenzt teillastfest seien. Ich lese diese Aussage so, dass wenn der Regler Vollast kann, er in jedem Falle auch Teillast kann.
.

Das würd mich jetzt auch mal interessieren was das genau heißt.Denn eine höhere Wärmeentwicklung entsteht bei Teillast ja so oder so.Das Prinzip bleibt schließlich immer das selbe.Es kann nur sein dass der Regler bis zu seiner maximalen Auslegung z.B. 30 Ah in diesem Fall getestet wurde und dort sogar bei ca. 15% (weiß nicht genau wann die anlaufen) Öffnung nicht überhitzt.D.H. wenn man bei über 30Ah nicht zu sehr in der Teillast rumgondelt
wird das event. kein Problem sein.
Man sollte natürlich trotzdem den Hersteller fragen.

Grüße Chris

 

[mista]

Hallo Stefan,

Wenn der Regler Regler nicht heiß wird, hätte ich keine Bedenken. Wenn dann im eingebauten Zustand genügend Kühlung sichergestellt ist eh nicht.

Der YGE30 ist ein sehr guter Regler und die Werte sind bestimmt so konservativ angegeben, dass nach oben hin Luft ist.

Was bei einem billigen Flugregler passiert, habe ich hier mal aufgezeigt: Brushless Regler nach Überlast

Da ist kein Bauteil kaputt aber auch keins mehr am ursprünglichen Platz

Gruß

Achim

 

[m-ultimate]

@Farkas: nimmst du dafür Klebstoff oder wie befestigst du das Kühlblech? Eventuell sogar Wärmeleitpaste? Muss man zwangsweise den Schrumpfschlauch entfernen?

 

[Farkas]

Also grungsätzlich schneide ich das Kühlblech"immer" ! frei,wie soll sonst
ein vernünftiger Wärmeaustausch an die Luft funktionieren,mit isolierendem
Schrumpfi drüber......


Zusätzlicher Kühlkörper,dazu hat sich nach & nach quasi eine eigene
Klebemethodik ergeben,zugegebenerweise ein riesen Umstand......

Und ja,der Schrumpfschlauch muss als Erstes runter.
Dann das Kühlblech abheben.
Uhu Endfest mit,irgendwann mal angefallenem und gesammelten,möglichst
feinem Aluschleifresten anmischen.
Dies zur besseren Wärmeleitung des Klebers.
Kühlkörper auf`s Blech,-ab in den Ofen,bei 180grad.(Höchste Festigkeit)
Für einen sichereren Halt/Verzahnung der Verklebung mach ich vorher tiefe
Riefen in Körper und Blech.
Kühlblech wieder auf die Fet`s,mit Paste oder Pad.
Dann neuen Schrumpfschlauch,bis zum Kühlk.über den Regler und die
unterste Rippe mitnehmen,-einschrumpfen.(siehe Bild)
Muss halt auch der richtige Kühlkörper sein.
Das Selbe von der anderen Seite.

Das Kleben kann man sich aber sparen,wenn nicht wie bei mir der Regler
am Kühlkörper aufgehängt wird.
Dann reicht auch Wärmeleitpaste und Sicherung mit Schrumpfschlauch.




Gruss,Andi.

 

[Scrad]

Hallo,

ich kann nur aus der Praxis sprechen,da mir das tiefergehende Wissem um die speziellen Funktionen der Einzelnen Bauteile eines Stellers einfach fehlt.

Kühlung ist alles.

Ich habe in einem 1,2 Kw Funjet versehentlich einen eigentlich nur anfangs zu testzwecken verbauten Robbe Roxxy 960-6 mit über 85 Ampere Dauer einen ganzen Sommer betrieben,bis ich den dafür eigentlich geplaten YGE 120 in einem Karton fand

Die Kühlung im FJ direkt im Luftstrom ist enorm,und so sind diese Überlasten trotzdem möglich.Allerdingens geht die Teillastfähigkeit dann gnadenlos den Bach runter bei solcher Überlast.

Hier reichten wenige Sekunden auf z.B. ca. 75% Gas und der Regler stieg aus.Bis ca. 50 Gas wiederum kein Problem.Die extremen Belastungen bei Teillast kommen zwischen ca. 75 und 99% auf.


Mit dieser Erfahrung betreibe ich seit Anfang letzten Sommers einen YGE 120 an 6S in einem Speeddelta bei Strömen zwischen 185A beim Start und beschleunigen und etwa 150-160 in der Luft bei sehr guter Kühlung.Es passte einfach kein anderer Regler hinein.

Bis auf einige wenige Abschaltungen bei extremen Temparaturen im Hochsommer,funktioniert das tadellos.

Andererseits habe ich bei Kollegen schon YGE 120 mehrfach bei Strömen von 65-70A abschalten sehen,weil jegliche Kühlung im dichten Rumpf fehlte.

Es kommt natürlich auf die Qualität der Regler an.Wenn auf Chinastellern 100A draufsteht,ist meist nur 60-70 drin.Da würde ich persönlich dann nicht 140A durchschicken,egal wie gut gekühlt wird.

Die selben Erfahrungen mache ich mit Motoren.Was draufsteht ist mir mittlerweile wurscht,solagen die Dinger kühl bleiben.

Der im Delta montierte Scorpion ist mit 90A angegeben.Bei oben genannten Strömen kommt er selbst im Sommer handwarm runter,da er direkt freiliegend in der Nase des Deltas montiert ist,wie auch der Regler....



Gruß Jörg

 

[Hägar]

Okay, sieht so aus, dass alle sich einig sind: Solange die Temperatur in Grenzen bleibt, ist der tatsächliche Strom mehr oder weniger Wurscht.

Bleiben ein paar offene Randfragen:

Zum Thema Teillastfestigkeit

...bis ich den dafür eigentlich geplaten YGE 120 in einem Karton fand ... Hier reichten wenige Sekunden auf z.B. ca. 75% Gas und der Regler stieg aus. ... Andererseits habe ich bei Kollegen schon YGE 120 mehrfach bei Strömen von 65-70A abschalten sehen,weil jegliche Kühlung im dichten Rumpf fehlte.

Hier wäre es interessant zu wissen, ob es sich um einen älteren YGE 120 oder um einen jüngeren V4 handelt. Denn nur die jüngeren YGEs haben diesen geheimnisvollen "aktiven Freilauf", der angeblich 100%ige Teillastfestigkeit bereitstellen soll.

Das würd mich jetzt auch mal interessieren was das genau heißt.Denn eine höhere Wärmeentwicklung entsteht bei Teillast ja so oder so.Das Prinzip bleibt schließlich immer das selbe.

Tja, richtig gut wäre es, wenn ein fachkundiger Mitdenker mal das Prinzip des "aktiven Freilaufs" erläutern würde. "Verstehen" ist besser als "Glauben".

...Es kommt natürlich auf die Qualität der Regler an.Wenn auf Chinastellern 100A draufsteht,ist meist nur 60-70 drin.Da würde ich persönlich dann nicht 140A durchschicken,egal wie gut gekühlt wird.

Dies deckt sich mit der Aussage eines Vereinsfreundes, der selber einen kleinen China-Import betreibt. Auch die Chinesen müssen die teuren Leistungstransistoren zu Weltmarktpreisen einkaufen. Das Bestücken ist in Asien zwar billiger als in Europa, aber nicht sehr viel. Die asiatischen Dumpingpreise können also nur durch Sparsamkeit bei der Dimensionierung erklärt werden. Vereinfacht ausgedrückt reduziert sich die Frage darauf, wieviele bzw. wie dicke Leistungstransistoren verlötet sind. Der Rest ist dann eine Sache, wieviel der Hersteller an Strombelastbarkeit behauptet. Seriöse europäische Hersteller (und Heino Jung gehört sicherlich dazu) sind da sicherlich deutlich konservativer als die meisten Asiaten.

Nach Stand der Diskussion werde ich es jedenfalls mit dem YGE-30 versuchen und in der Anfangszeit aus reiner Neugier mal einen Logger mit Temperaturfühler mitlaufen lassen.

Gruß,
Stefan

 

[tflachz]

Teillastfestigkeit

Teillastfestigkeit

Zitat von Scrad
... Andererseits habe ich bei Kollegen schon YGE 120 mehrfach bei Strömen von 65-70A abschalten sehen,weil jegliche Kühlung im dichten Rumpf fehlte.


@ Stefan

Dies passiert bei diesen Strömen öfters, egal ob YGE 100 V4 oder Jazz 80. Voraussetzung ist hierfür aber, daß es keine Kühlung durch einen Luftstrom gibt, am besten in eine Schaumwaffel und dann konsquent so 3-4 Minuten bei Reglerstellung 40-70% rumeiern.
Wenn er abschaltet, kurz auf Leerlauf und dann auf Vollgas und nun wieder rumheizen bis der Akku leer ist. (Testobjekt FLYFLY Mirage, Jepe Impeller 2poler, 6S 4500, Start Standstrom Vollgas bei 74A)

Beim Rumheizen hingegen erfolgt keine keine Abschaltung (wenigsten bei mir nicht)

@ Stefan

Zitat: Hier wäre es interessant zu wissen, ob es sich um einen älteren YGE 120 oder um einen jüngeren V4 handelt. Denn nur die jüngeren YGEs haben diesen geheimnisvollen "aktiven Freilauf", der angeblich 100%ige Teillastfestigkeit bereitstellen soll.

YGE schreibt:
Hierbei handel es sich um eine Optimierung die den YGE Brushless Controller absolut teillastfest macht, somit wird die unerwünschte Erwärmung auf ein Minimum reduziert.

Also wird die Erwärmung rediziert, aber er erwärmt sich eben doch noch und wird halt dann halt etwas später abschalten.

Gruß
Thomas

 

[Farkas]

Zur allgemeinen Funktionweise von Reglern/Stellern ist diese PDF Goldes wert.....


http://www.s4a.ch/eflight/reglerleistung.pdf


....die meisten hier werden sie eh schon kennen.



Leider wird dort nicht auf den aktiven Freilauf eingegangen.

Wer erbarrmt sich Unser und kann freundlicherweise Licht ins Dunkel bringen?




Gruss,Andi.

 

[N1700SCR]

recht gut erklärt...

recht gut erklärt...

... in dem pdf. Allerdings sind auch ein paar Dinge nicht ganz korrekt dargestellt.

Moin,

einer der entscheidenden Sätze steht auf Seite 6 oben.

Der Regler formt einen Sinus mit entsprechend vielen, getakteten Rechtecken.
Man muss sich verinnerlichen, daß am MOS-FET nur Strom-Wärme entsteht,
wenn er gerade schaltet. Wenn er durchgeschaltet hat, ist die Verlustwärme
R mal I quadrat (daher ist es so wichtig, daß es MOS-FETs mit sehr geringem
Durchlasswiderstand im milliohm Bereich sind) wenn er sperrt, fällt zwar die ganze
Spannung daran ab, aber weil der Strom null ist, ist der Verlust null.
Nur in der Zeit, wo der Widerstand des MOS-FETs von "unendlich" auf
die Milliohm sinkt, fällt der Löwenanteil der Verlustwärme
an. Der Stromanstieg hinkt durch die Induktivität hinterher.
(Beim Abschalten gilt das natürlich umgekehrt)
Deshalb ist es so wichtig, daß die "Schalter" so schnell sind.
Je schneller, desto weniger Verlustwärme und desto höhere Taktfrequenzen
mit besserem Regler-Verhalten kann der Entwickler realisieren.
Natürlich sind dem Ganzen durch die Induktivitäten (des Motors) Grenzen gesetzt.
MOS-FETs sterben natürlich durch Überstrom, aber noch lieber durch
Überspannung. Elektrostatik (beim Streicheln der Katze knistert es)
erreicht schnell einige kv und tötet jeden MOS-FET blitzschnell und zuverlässig,
weil die dünnen Sperrschichten (hohe Feldstärke im Halbleiter) einfach durchschlage,
die geringen Ladungen der Elektrostatik sind deshalb trotzdem so gefährlich für
diese Art Halbleiter, nicht so für normale Silizium-Typen.

aktiver Freilauf: dies ist m.W. nur ein aktiv (durch den Prozessor, da steckt ja ne Menge Software drin)
steuerbarer Bypass, sowas wie ne regelbare Freilaufdiode, vereinfacht gesagt.
Die EMK muss ja irgendwo hin (Generatorbetrieb, umgekehrte Polarität), deshalb wird sie
im einfachsten Fall über eine Diode abgeleitet.
Für mich ist es ein Wunder, daß diese kleinen Regler so toll und zuverlässig arbeiten.
RESPEKT !

viele Grüße
Klaus

 

[oldtimer49]

...

aktiver Freilauf: dies ist m.W. nur ein aktiv (durch den Prozessor, da steckt ja ne Menge Software drin)
steuerbarer Bypass, sowas wie ne regelbare Freilaufdiode, vereinfacht gesagt.
Die EMK muss ja irgendwo hin (Generatorbetrieb, umgekehrte Polarität), deshalb wird sie
im einfachsten Fall über eine Diode abgeleitet.
Für mich ist es ein Wunder, daß diese kleinen Regler so toll und zuverlässig arbeiten.
RESPEKT !

viele Grüße
Klaus

Der "aktive" Freilauf ist nichts weiter als ein vom Prozessor geschalteter FET. Die hohe Verlustleistung im Freilauffall entsteht beim "passiven" Freilauf an den Dioden, die in jedem FET enthalten sind. Da eine Diode aber eine Flussspannung von ~0,7-9V hat ist auch klar, woher die Temperatur kommt.
Schaltet man aber "aktiv" den entsprechenden FET, bleibt wiederum nur der geringe Rdson übrig.
Dazu ist natürlich die entsprechende Rechenleistung des Prozessors erforderlich.

Gruß

oldtimer

 

[FamZim]

Hm

Überspannung ? Elektrostatik ?

Kann das über ' Endstörkondensatoren ' nicht abgemildert werden ?
Mit ein paar mikroben, wie bei Bürstis ?

? Gruß Aloys.

 

[N1700SCR]

Überspannung

Überspannung

Hallo Aloys,

Feldeffekt-Transitoren (FET) sind als MOS (Metall-Oxide-Demiconductor) ausgeführt.
Während bei normalen Transitoren, die guten alten Silizium Dinger mit Emitter, Basis
und Collektor echte (kleine) Steuerströme über die Basis fließen müssen, damit er leitend wird,
braucht man beim FET nur eine Spannung anzulegen, es fließt kein dauerhafter Strom,
nur der, der in diesem Teil des Halbleiters kapazitiv (Kondensator) aufgenommen wird.
Der resultierende Umlade-Steuerstrom (möchte ich ihn mal nennen) im periodischen Schaltbetrieb
ergibt sich aus Frequenz, Kapazität und natürlich der Steuerspannung (gering).
Da man bestrebt ist, die Kapazitäten im FET sehr gering zu halten, laden sich diese sehr schnell auf,
das ist gut für eine schnelle Ansteuerung, aber schlecht, wenn ich meine Katze streichele,
weil in kürzester Zeit einige kv im Halbleiter anliegen, die bei den winzigen Stukturen
und fehlender (schützender) Ableitung (wie beim normalen Transitor) durch die gigantischen Feldstärken
( kv/mm und mehr ) das Bauteil sofort zerstört wird. Natülich gibt es Schutzbeschaltung, die das meiste
abfängt, aber wenn die Luft trocken ist (Luftfeuchtigkeit leitet umgehend ab, do daß sich erst garnichts
aufbaut) und ich die Katze intensiv streichele, gibt es sogar sichtbare Entladungsfunken und dafür
reicht meist die vom Entwickler vorgesehene Schutzbeschaltung nicht.

Diese FETs sind schon geniale Dinger :-))

 

[FamZim]

Moin

Tja dann fallen Kondens. wohl aus, da sie die Schaltgeschwindigkeit reduzieren !
Zu Endlade blitzen:
Bei Großgeneratoren, die mit bis zu 27 Kv laufen, wird alles elektrisch leitend gemacht im M Ohm Bereich.
Die haben aber genug Strom für sowas.
Wenn das bei den MOS FETS eingesetzt würde, braucht dann "nur" die Steuerung etwas stabiler sein ?
Die Frquenz dürfte es aber nicht stören ?

Gruß Aloys.