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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik pwm-mosfet-schaltung so richtig?


Autor: wolle (Gast)
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Hallo,
ich habe mir grad eine Schaltung überlegt, mit der ich meine PWM vom 
Atmega8 zu einem 0-36V Spannungsausgang verstärken möchte. Mit diesem 
Ausgang wird eine Induktive Last mit etwa 1,5A beschaltet. Die PWM vom 
AVR arbeitet mit etwa 7,8 KHz.
Ich hab das mal aufgezeichnet und in den Anhang gepackt. grob 
Funktionieren tut die Schaltung schon mal hab ich grad getestet, aber 
die Frage ist ob man da noch etwas Optimieren kann, da die Schaltung auf 
Dauereinsatz ausgelegt werden muss.
Ich hab mir auch überlegt noch einen Kondensator zur Glättung zwischen 
Drain vom Mosfet und GND einzusetzen, welche Werte machen da Sinn?

vielleicht kann ja auch jemand die Schaltung kurz Simulieren, ich hab 
leider kein geeignetes Tool dafür.

Wäre nett wenn sich mal jemand dazu äußern könnte.

dank+Gruß

wolle

Autor: jack (Gast)
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Mit -36V meinst Du wohl GND?

Autor: wolle (Gast)
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Hallo Jack,

ja mit -36V meine ich GND ist etwas ungenau beschrieben...

Gruß
gerd

Autor: phil (Gast)
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hi

der irfz44 wird selbst mit den idealen 5 volt vom AtmegaI/O nicht 
richtig aufgesteuert.

1,5A bei 7,5khz ginge vielleicht mit nem logic-level FET. Aber 
wahrscheinlich brauchst ne richtige Treiberstufe damit der FET 
ausreichend schnell durchgeschaltet und gesperrt wird. Ansonsten hast 
ziemlich hohe Verlustleistungen...


mfg Phil

Autor: hans (Gast)
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Du hast wohl den IRLZ44N gemeint, den Logic-Level Typ!

Und dann ohne den 10K.

Autor: avion23 (Gast)
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Hallo wolle,
das ist nur meine Meinung, ich habe keine elektrotechnik oder ähnliches 
studiert.

Den pull-down mit 10k würde ich auf 100k vergrößern.

Der AVR hat schon einen Innenwiderstand von ungefähr 30Ω. Der maximale 
Strom pro Portpin ist 20mA. Wenn wir das Gate ansteuern stellt das für 
einen kurzen Moment einen Kurzschluss dar, und das ist unser worstcase 
für den wir den "Vorwiderstand" ausrechnen müssen.
U = R * I
R = U / I
R = 5V / 20mA = 250Ω
D.h. R_gate = 250Ω - 30Ω = 220Ω. Du kannst also einen kleineren als den 
von dir gewählten Wert verwenden.


Allerdings wird es damit auch nicht funktionieren ;) Du brauchst einen. 
Mosfet-treiber weil der Mosfet sonst zu lange Zeit nur halb leitet. Du 
kannst relativ einfach einen bauen aus einem npn und pnp transistor, die 
komplementär als emitterfolger angesteuert werden. Ist wirklich ganz 
einfach, google schön :)

Wegen dem mosfet solltest du unter 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Mosfet-%C3... 
nachschauen.

Autor: Atmega8 Atmega8 (atmega8) Benutzerseite
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@ avion23
Er kann doch eine Komplementäre Stufe mit einem PNP und einem 
NPN-Transistor bauen.
Es ist besser den Strom durch Bauelemente zu schicken die man einfacher 
ersetzen kann als einen Atmega8.

... das sind so 4 cent für einen BC847C und noch mal 4 für einen 857 und 
die können 100mA oder ganz kurz auch recht hohe Spitzen.

Autor: wolle (Gast)
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Hallo,
ich hab meine Schaltung mal etwas geändert, jetzt habe ich auch eine 
Treiberstufe; )
Ist das so besser?
Danke für die Mühe und Gruß
wolle

Autor: jack (Gast)
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>Ist das so besser?

Nicht ganz. Du mußt noch einen Transistor als Pegelwandler zwischen
µC und Treiberstufe setzen.

Autor: jack (Gast)
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Zusatz:

npn, Emitter an Masse, Collector über 10k an 36V.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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jack wrote:

> npn, Emitter an Masse, Collector über 10k an 36V.

Ich würde noch 10k an Masse legen, die 36V könnten ansonsten etwas 
zuviel für das Gate sein.

Autor: Atmega8 Atmega8 (atmega8) Benutzerseite
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@ jack
> npn, Emitter an Masse
Dann begrenzt er aber nicht mehr die Spannung auf 5V die am Gate 
anliegt.

@ wolle (Gast)
Manch einer verbindet die beiden Emitter gerne über einen 20-100 Ohm 
Widerstand mit dem Gate, weil beim umschalten >extrem kurz< ein Strom 
durch beide Transistoren fließt weil beide leitend sind, dann muss der 
Strom noch über die 2x20 Ohm.

Autor: jack (Gast)
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>weil beim umschalten >extrem kurz< ein Strom
>durch beide Transistoren fließt weil beide leitend sind

Das gibts bei einer Komplementärendstufe nicht. Im Gegenteil, es
existiert eine tote Zone: siehe Übernahmeverzerrungen.

Autor: jack (Gast)
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>Das gibts bei einer Komplementärendstufe nicht

Sollte natürlich Gegentaktendstufe heißen.

Autor: Lupin (Gast)
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Die +36V am Gate wird der FET dir auf jeden Fall übel nehmen. Ich würde 
über einen Widerstand+Zenerdiode eine spannung zwischen 10 und 15V 
stabilisieren und mit einem 1µF Elko und 100nF stützen. Mit der Spannung 
kannst dann das gate ansteuern.

Autor: Lupin (Gast)
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Und den 10k würde ich auf 470k ändern oder vielleicht ganz raus lassen

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Nimm die erste Schaltung und einen passenden Mosfet.

Wenn du nur 1,5A schalten willst, wozu einen 50A Power-Mosfet mit 
gigantischer Gate-Kapazität (ca. 1nF) einbauen?
Wenn du einen kleinen Logik-Mosfet im SO8 Gehäuse nimmst, kannst du dir 
die ganzen Treiberbasteleien sparen und den Mosfet (dank der kleinen 
Gate-Kapazität) über einen 47 Ohm-Widerstand direkt an den uC-Pin 
hängen.

Die 1,5A wird auch der IRFZ44 mit Ugsthmax=4V sicher ohne Pegelwandeler 
schalten können. Nur eben nicht so schnell, aber bei knapp 8kHz-PWM 
trotzdem schnell genug.

Ein Mosfet hat übrigens ein bestimmtes Schaltplan-Symbol, das deutlich 
von dem eines bipolaren Transistors abweicht.

Autor: wolle (Gast)
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hallo,

danke für die antworten!
@lothar miller, hast du da zufällig einen bestimmten Typen im Sinn?

gruß
wolle

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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wolle wrote:
> @lothar miller, hast du da zufällig einen bestimmten Typen im Sinn?
Ich nehme den SI4442DY.

Aber ich zitiere avion23:
>> Wegen dem mosfet solltest du unter
>> http://www.mikrocontroller.net/articles/Mosfet-%C3...
>> nachschauen.

EDIT:
Beim SI4442DY reicht die Uds nicht ganz aus  :-(

Autor: phil (Gast)
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@lothar miller

schau dir mal das Datenblatt (quelle irf) vom IRFZ44 an. und dann 
schaust mal ins diagramm wie gross der Id sein darf bei Vgs = 4Volt....


mfg phil

Autor: wolle (Gast)
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Hallo,

ich hab mich heute Nachmittag noch mal durch diverse Datenblätter 
gesucht und hab mir einen
IRLZ34N  ausgeguckt, der hat einen Logic Level und ein TO220AB Gehäuse 
(schön zu montieren..)
das Teil hat ein UDS von 55V und ein ID von 30A, soweit ist das alles 
klein Problem. Ich hab leider noch nicht die meisten Mosfets eingesetzt, 
worauf muss ich sonst noch achten?
Er sollte natürlich auch so wenig wie möglich an Verlustleistung haben..
Was bedeutet eigentlich das P/W ist das die Verlustleistung?
Ich komme bei meinen 1,5A auf 0,08W Verlustleistung (mit D-S= 0,035 Ohm) 
aber wie kommen die auf 68W??

Mein Plan ist einfach diesen IRLZ34N mit einem 220 Ohm Wiederstand an 
den AVR Pin zu hängen und das am besten auch Ohne Pull Up von Gate zu 
Source..

Danke und schönen Gruß
Wolle

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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phil wrote:
> @lothar miller
> schau dir mal das Datenblatt (quelle irf) vom IRFZ44 an. und dann
> schaust mal ins diagramm wie gross der Id sein darf bei Vgs = 4Volt....
Ugs=4V ist die Schwellspannung aus dem Datenblatt. Wenn du den 
Schaltplan ganz oben angeschaut hast, dann siehst du, dass die 
Ansteuerung mit 5V erfolgt.
Also:
entsprechend Schaltplan Uds = 36V, Ugs = 5V (Pin vom AVR)
--> laut Datenblatt Diagramm Fig.1 Id = min. 3,5A

Gewünscht sind 1,5A das sollte also reichen ;-)

@  wolle (Gast)
> Pull Up von Gate zu Source..
Das wäre eigentlich ein Pulldown.
Kann nicht schaden, denn was passiert, wenn dein uC (AVR) im Reset ist?
Dann sind alle Pins Eingänge und damit hochohmig. Was tut dann dein 
Mosfet?

> Ich komme bei meinen 1,5A auf 0,08W Verlustleistung (mit D-S= 0,035 Ohm)
Richtig.
> aber wie kommen die auf 68W??
Soviel kann der Mosfet bei idealer Kühlung maximal verbraten, ohne dass 
er überhitzt.

Autor: wolle (Gast)
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> aber wie kommen die auf 68W??
Soviel kann der Mosfet bei idealer Kühlung maximal verbraten, ohne dass
er überhitzt.
--------------


Danke Lothar Miller,

jetzt wird doch einiges klarer!!; )
Werde den Pulldown!;) (100K) dann auch drin lassen.. hat durchaus 
Sinn...

nochmal Danke und Gruß
wolle

Autor: phil (Gast)
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hi

@lothar du hast nat. recht

ich glaub ich brauch n neuen monitor. hab schlicht was falsches im 
diagramm gelesen.


mfg phil

Autor: Guest (Gast)
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Das ist doch kein MOSFET in deiner Zeichnung sondern ein NPN Transistor.
MOSFET´s schalten mit Spannung ohne Strom.

Autor: Mensch_Z (Gast)
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fehlt noch ne Strombegrenzung (buette)

Autor: Guest (Gast)
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10K ans Gate und aus

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Das ist doch alles Murks.

Schalte die Plusleitung der Last mit nem P-Kanal.

Ansteuerung siehe Anhang.

Alles was links von Q3 ist lässt du weg.
(Der dargestellte Gatterausgang ist dein µC-Ausgangspin)
Als R1 machst du 1k, als R3 nimmst du 3k3. Ganz oben sind deine 36V.
Der P-Kanal-FET wird mit Source an 36V und mit dem Gate an die 
Verbindung der beiden Emitter von Q1&Q4 geschaltet. Die Last zwischen 
Drain und Masse.

Dadurch einsteht immer eine Gatespannung von ca 13V, sobald folgende 
beiden Bedingungen erfüllt sind:

die 36V Spannung ist mindestens ~19V groß
und
an der Basis von Q3 liegen 5V an.

Autor: Guest (Gast)
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Bischen viele Bauteile für ein einfaches Schalten mit einem FET. Wenn P 
Kanal würde ich vorschlagen über Spannungsteiler ans Gate. 
Spannungsteiler bekommt Masse über NPN Transistor. Transistor schaltet 
Spannungsteiler aktiv FET leitet. Transistor aus Spannungsteiler ohne 
Masse FET = V supply und sperrt.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Sicher sind das zwei, drei Bauelemente mehr. ABer die von mir gepostete 
Schaltung macht locker einige 100kHz mit. Deine definitiv nicht, da 
diese nur passiv ist!

Autor: Guest (Gast)
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Wieviel diese mit macht hängt vom Schaltverhalten deines Transistors ab. 
Am sichersten ist es Logic Level FETS zu nehmen und somit hängen keine 
Bauteile dazwischen. Warum sollte meine Schaltung denn nicht 100KHz 
können wenn der geeignete Transistor ausgewählt wird. Widerstände haben 
meiner Meinung nach keine Zeitkonstante

Autor: Guest (Gast)
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Ausserdem mach doch mal eine Verlustleistungsbetrachtung bei 100KHz.

Die Schaltverlsute werden enorm so das niemand 100KHz fahren würde bei 
größeren Lasten

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Guest wrote:
> Ausserdem mach doch mal eine Verlustleistungsbetrachtung bei 100KHz.
Wozu? Die Forderung liegt gut eine Dekade tiefer.
>> Die PWM vom AVR arbeitet mit etwa 7,8 KHz.

Man legt ja z.B. Reifen fürs Auto auch nicht für 160km/h aus und testet, 
was bei 1600 km/h passieren würde ;-)

Edit:
> Widerstände haben meiner Meinung nach keine Zeitkonstante
Welche Widerstände?
Sieh dir mal das Ersatzschaltbild von einem Widerstand an :-o

Autor: Guest (Gast)
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Wir sind aber ein Klugscheißer.

Autor: Michael (Gast)
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Aber Recht hat Lothar

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