Externe Ballast-Schaltung Beim Bremsvorgang wird durch Selbstinduktion des Motors elektrische Energie in den Zwischenkreis zurückgespeist. Sofern kein rückspeisefähiges Netzteil eingesetzt wird, kann die Bremsleistung zu einem Anstieg der Zwischenkreisspannung führen, der ohne zusätzliche Maßnahmen nur durch den Eigenverbrauch sowie Kapazitäten im Zwischenkreis begrenzt wird. Um eine Beschädigung der Steuerung durch Überspannung zu verhindern, kann es je nach Höhe der Bremsleistung erforderlich sein, überschüssige Energie in Form von Wärme abzuführen. Die Steuerung stellt hierzu an Pin (Pin B27) einen Ausgang zur Ansteuerung einer externen Ballast-Schaltung bereit, bestehend aus einem Treiber, einem MOSFET als Schalter und einem ausreichend dimensionierten Ballast-Widerstand (siehe Beispiel einer Ballast-Schaltung). Steuerung des Ballast-Widerstands In der Firmware der Steuerung ist eine Ballaststeuerung und -Überwachung implementiert, die zwei Funktionen besitzt: Begrenzung der Zwischenkreisspannung durch Aktivierung des Ballast-Widerstands oder Abschaltung der Endstufe Schutz des Ballast-Widerstands vor thermischer Überlastung In den folgenden Kapiteln werden die zu konfigurierenden Parameter beschrieben. Ballast aktivieren Um den Ballast zu aktivieren, setzen Sie das Bit 0 in 4021h:01h auf "1". Wenn Sie die Polarität des Pins zur Ansteuerung der externen Ballast-Schaltung (B27, im Auslieferungszustand active high) invertieren möchten, setzen Sie das Bit 1 in 4021h:01h auf "1". Die Ansprechschwelle in Millivolt, sowie die Hysterese beim Ein-/Ausschalten, tragen Sie in 4021h:02h bzw. 4021h:03h ein. Schafft es der Ballast trotz Aktivierung nicht, den Anstieg der Zwischenkreisspannung zu begrenzen, wird beim Überschreiten der Überspannungsschwelle (2034h) ein Fehler erzeugt und die Treiber-Endstufe abgeschaltet. Ballast-Überwachung Die Firmware überwacht den Ballast-Widerstand kontinuierlich, indem die in ihm umgesetzte Energie aufsummiert wird — unter Berücksichtigung der Wärmemenge, die der Widerstand durch Konvektion an seine Umgebung abgibt. Überschreitet die Energie den zulässigen Grenzwert, wird ein Einschalten des Ballast-Widerstands blockiert und eine Warnung mit dem Error-Code 7113h (siehe 1003h) erzeugt. Nachdem der Widerstand ausreichend abgekühlt ist, wird die Blockierung automatisch aufgehoben. Um die Überwachung zu konfigurieren, müssen Sie folgende Widerstandsparameter dem Datenblatt des Ballast-Widerstands entnehmen bzw. ermitteln und in den entsprechenden Subindex von 4021h eintragen: Nominal Resistance RBallast, [mOhm] Nennwert des Ballast-Widerstands Cooling Power PStat_TA_Max, [mW] Die Wärmemenge, die der Widerstand durch Konvektion kontinuierlich an seine Umgebung abgeben kann bzw. darf. Diese können Sie wie folgt berechnen: PStat_TA_Max = (TBallast_Max - TAMax)/Rth,A TBallast_Max: Maximal zulässige Oberflächentemperatur des Widerstandes. Begrenzt durch die Daten des Widerstands (Datenblattangabe) oder durch die Einbauposition (Temperaturfestigkeit benachbarter Bauteile). TAMax: maximale Temperatur in der Umgebung des Ballasts Rth,A: Wärmeübergangswiderstand des Ballast-Widerstands zur Umgebung (Datenblattangabe) Short Term Energy Limit EST_25°C, [mWs] Energiemenge, die dem Widerstand innerhalb kurzer Lastpulse (<1 Sekunde) zugeführt werden darf, ohne ihn zu überlasten. Dabei ist das Material des Widerstandselements (Draht, Dickschicht) der begrenzende Faktor, da bei kurzen Pulsen praktisch nur dieses Energie aufnehmen kann und sich erhitzt. Der Wert wird bei Lastwiderständen typischerweise im Datenblatt angegeben. Long Term Energy Limit ELT_TA_Max, [mWs] Energiemenge, die dem Widerstand innerhalb der Long Term Reference Time (siehe unten, typischerweise zwischen 1 und 5 Sekunden) zugeführt werden darf, ohne ihn zu überlasten. Bei langen Pulsdauern nimmt auch das Trägermaterial (Zement oder Keramikkörper) Energie auf und verlangsamt dadurch den Temperaturanstieg. Die Long-Term-Überlastfähigkeit eines Lastwiderstands wird üblicherweise in dessen Datenblatt in Form eines Überlastfaktors für einen bestimmten Zeitraum (z. B. 5-fache Nennleistung für 5 Sekunden) angegeben. Long Term Reference Time tLT_Ref, [ms] die Bezugszeit für das Long Term Energy Limit (typischerweise zwischen 1 und 5 Sekunden) Sind die Parameter nicht gültig oder nicht realistisch, wird ein Fehler mit dem Error-Code 7110h (siehe 1003h) erzeugt. Beispiel einer Ballast-Schaltung Der folgende Abschnitt aus dem Schaltplan des Discovery Board NP5 (siehe Hardware-Installation) kann Ihnen als Referenz für die Entwicklung Ihrer eigenen Ballast-Schaltung dienen. Der verwendete Ballast-Widerstand ist ein CR257-05T15R von VITROHM. Angesteuert wird die Schaltung über den Pin BALLAST (B27). Tipp: Nanotec empfiehlt, einen Drahtwiderstand zu verwenden, aufgrund dessen Impulsfestigkeit. Anhand der Datenblattangaben und der Einbauposition auf dem Discovery Board ergeben sich folgende Parameter, die Sie in den entsprechenden Subindex von 4021h eintragen: Subindex Parameter Wert 04h Nominal Resistance 15000 05h Long Term Energy Limit 162714 06h Long Term Reference Time 1000 07h Short Term Energy Limit 29200 08h Cooling Power 2258
Steuerung des Ballast-Widerstands In der Firmware der Steuerung ist eine Ballaststeuerung und -Überwachung implementiert, die zwei Funktionen besitzt: Begrenzung der Zwischenkreisspannung durch Aktivierung des Ballast-Widerstands oder Abschaltung der Endstufe Schutz des Ballast-Widerstands vor thermischer Überlastung In den folgenden Kapiteln werden die zu konfigurierenden Parameter beschrieben.
Ballast aktivieren Um den Ballast zu aktivieren, setzen Sie das Bit 0 in 4021h:01h auf "1". Wenn Sie die Polarität des Pins zur Ansteuerung der externen Ballast-Schaltung (B27, im Auslieferungszustand active high) invertieren möchten, setzen Sie das Bit 1 in 4021h:01h auf "1". Die Ansprechschwelle in Millivolt, sowie die Hysterese beim Ein-/Ausschalten, tragen Sie in 4021h:02h bzw. 4021h:03h ein. Schafft es der Ballast trotz Aktivierung nicht, den Anstieg der Zwischenkreisspannung zu begrenzen, wird beim Überschreiten der Überspannungsschwelle (2034h) ein Fehler erzeugt und die Treiber-Endstufe abgeschaltet.
Ballast-Überwachung Die Firmware überwacht den Ballast-Widerstand kontinuierlich, indem die in ihm umgesetzte Energie aufsummiert wird — unter Berücksichtigung der Wärmemenge, die der Widerstand durch Konvektion an seine Umgebung abgibt. Überschreitet die Energie den zulässigen Grenzwert, wird ein Einschalten des Ballast-Widerstands blockiert und eine Warnung mit dem Error-Code 7113h (siehe 1003h) erzeugt. Nachdem der Widerstand ausreichend abgekühlt ist, wird die Blockierung automatisch aufgehoben. Um die Überwachung zu konfigurieren, müssen Sie folgende Widerstandsparameter dem Datenblatt des Ballast-Widerstands entnehmen bzw. ermitteln und in den entsprechenden Subindex von 4021h eintragen: Nominal Resistance RBallast, [mOhm] Nennwert des Ballast-Widerstands Cooling Power PStat_TA_Max, [mW] Die Wärmemenge, die der Widerstand durch Konvektion kontinuierlich an seine Umgebung abgeben kann bzw. darf. Diese können Sie wie folgt berechnen: PStat_TA_Max = (TBallast_Max - TAMax)/Rth,A TBallast_Max: Maximal zulässige Oberflächentemperatur des Widerstandes. Begrenzt durch die Daten des Widerstands (Datenblattangabe) oder durch die Einbauposition (Temperaturfestigkeit benachbarter Bauteile). TAMax: maximale Temperatur in der Umgebung des Ballasts Rth,A: Wärmeübergangswiderstand des Ballast-Widerstands zur Umgebung (Datenblattangabe) Short Term Energy Limit EST_25°C, [mWs] Energiemenge, die dem Widerstand innerhalb kurzer Lastpulse (<1 Sekunde) zugeführt werden darf, ohne ihn zu überlasten. Dabei ist das Material des Widerstandselements (Draht, Dickschicht) der begrenzende Faktor, da bei kurzen Pulsen praktisch nur dieses Energie aufnehmen kann und sich erhitzt. Der Wert wird bei Lastwiderständen typischerweise im Datenblatt angegeben. Long Term Energy Limit ELT_TA_Max, [mWs] Energiemenge, die dem Widerstand innerhalb der Long Term Reference Time (siehe unten, typischerweise zwischen 1 und 5 Sekunden) zugeführt werden darf, ohne ihn zu überlasten. Bei langen Pulsdauern nimmt auch das Trägermaterial (Zement oder Keramikkörper) Energie auf und verlangsamt dadurch den Temperaturanstieg. Die Long-Term-Überlastfähigkeit eines Lastwiderstands wird üblicherweise in dessen Datenblatt in Form eines Überlastfaktors für einen bestimmten Zeitraum (z. B. 5-fache Nennleistung für 5 Sekunden) angegeben. Long Term Reference Time tLT_Ref, [ms] die Bezugszeit für das Long Term Energy Limit (typischerweise zwischen 1 und 5 Sekunden) Sind die Parameter nicht gültig oder nicht realistisch, wird ein Fehler mit dem Error-Code 7110h (siehe 1003h) erzeugt.
Beispiel einer Ballast-Schaltung Der folgende Abschnitt aus dem Schaltplan des Discovery Board NP5 (siehe Hardware-Installation) kann Ihnen als Referenz für die Entwicklung Ihrer eigenen Ballast-Schaltung dienen. Der verwendete Ballast-Widerstand ist ein CR257-05T15R von VITROHM. Angesteuert wird die Schaltung über den Pin BALLAST (B27). Tipp: Nanotec empfiehlt, einen Drahtwiderstand zu verwenden, aufgrund dessen Impulsfestigkeit. Anhand der Datenblattangaben und der Einbauposition auf dem Discovery Board ergeben sich folgende Parameter, die Sie in den entsprechenden Subindex von 4021h eintragen: Subindex Parameter Wert 04h Nominal Resistance 15000 05h Long Term Energy Limit 162714 06h Long Term Reference Time 1000 07h Short Term Energy Limit 29200 08h Cooling Power 2258
