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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ansteuerung eines Magnetventils --> Frage zu Datenblatt


Autor: Mario O. (Gast)
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Hallo,

ich möchte die Ansteuerung eines Magnetventils (Kraftstoffpumpe) mittels 
des Bausteins BTS7810K von Infineon realisieren. Dabei handelt es sich 
um die Integration von jeweils 2 HS- und LS-Schaltern.
Für die Ansteuerung wird das Magnetventil zwischen einem Highside- und 
Lowside-Driver geschalten, wobei mit dem LSS die Ansteuerung akiviert 
wird und mit dem HSS getaktet wird.
Nun zu meiner eigentlichen Frage: Beim Abschalten des Magnetventils wird 
sowohl der LSS als auch der HSS deaktiviert. Um ein schnelles Absenken 
des Stromes zu erreichen, muss der LSS über ein "active clamping" 
verfügen, optimalerweise mit einer möglichst hohen Spannung.
Ich finde im Datenblatt nun aber nirgends eine genaue Auskunft, 
inwieweit der Baustein das "active clamping" unterstützt bzw. genauere 
Angaben dazu (außer auf der ersten Seite "Internal clamp diodes").
Kann mir da jemand weiterhelfen?

Wie berechnet man in diesem Fall die Zeit, bis der Strom nach dem 
Abschalten auf Null ist?

LG Mario

Autor: MaWin (Gast)
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> Für die Ansteuerung wird das Magnetventil zwischen einem
> Highside- und Lowside-Driver geschalten

Wozu ?

Nur damit du 2 Freilaufdioden brauchst ? (die eingebauten
passen nicht).

> Wie berechnet man in diesem Fall die Zeit, bis der Strom
> nach dem Abschalten auf Null ist?

Induktivität (unbekannt) gegen Spannung. Ist die Spannung
(beispielsweise einer Z-Diode) also genau so hoch wie beim
Einschalten, dann fällt der Strom so schnell wie er steigt.
Bei einer normalen Freilaufdiode mit nur 0.7V ist die Zeit
also -proportional zum Spannungsverhältnis länger.

Autor: Mario O. (Gast)
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MaWin schrieb:
> Wozu ?
>
>
>
> Nur damit du 2 Freilaufdioden brauchst ? (die eingebauten
>
> passen nicht).

Der Grund für den Einsatz von LSS und HSS ist, dass der LSS in der 
gesamten Ansteuerungszeit aktiv ist und der HSS zum Takten (Steuerung 
des Stroms über Tastverhältnis) genutzt wird. Das Besondere dabei ist, 
dass bei meiner Schaltung während des Taktens (Stromsteuerung) beim 
Deaktivieren des HSS der LSS eingeschaltet bleibt und damit die Spannung 
mit Hilfe einer zusätzlichen Diode auf 0,7V begrenzt wird, damit der 
Strom während des Taktens nur langsam abklingt.
Am Ende der Ansteuerung werden sowohl HSS als auch LSS deaktiviert und 
dann soll/muss der Strom möglichst schnell (<0,3ms) abklingen - und dazu 
brauche ich am LSS "active clamping" mit einer möglichst hohen Spannung.

lg mario

Autor: Mario O. (Gast)
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Anbei ein Schaltplan, der meine Frage näher erläutert und zeigt, wie die 
Spule (wirkt in diesem Fall als Generator) den LSS sieht.

Nun weiß ich nicht, ob ich die externen Zener-Dioden benötige oder der 
LSS des Bausteins BTS7810K das active clamping übernimmt?
Das einzige was ich im Datenblatt gefunden habe, ist die "drain-source 
break down voltage" von 55V, aber keine Angaben über die Energie, die er 
aufnehmen kann. Grundsätzlich ist der Baustein ja für Ansteuerungen von 
DC-Motoren gedacht...

lg mario

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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Bei den ProFETs, die ich bisher verwendete, wurde auf die integrierte 
Z-Diode für den Freilauf explizit eingegangen, hier steht im Datenblatt 
nichts drin, darum wird diese Z-Diode auch nicht enthalten sein.

Warum man 2 Schalter braucht, um einen Stromkreis zu unterbrechen, das 
kann hier aber wohl niemand verstehen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Anbei ein Schaltplan, der meine Frage näher erläutert und zeigt, wie die
> Spule (wirkt in diesem Fall als Generator) den LSS sieht.

So ist der BTS7810 nicht gebaut.

Schau noch mal ins Datenblatt.

Du siehst, daß die zu den MOSFETs parallel eingebauten Dioden im BTS7810 
zwar bei HSS eine Spannugn ableiten, die höher als die 
Versorgungsspannung ist, aber keine Spannung ableiten, die niedriger als 
GND ist, und die Dioden im LSS zwar Spannungen unter 0 ableiten, aber 
keine Spannung die über der Versorgungsspannung liegt.
Bei einem Motor werden LSS und HSS zusammengeschaltet, da übernimmt die 
Diode des jeweils anderen Schalters das Ableiten und damit die 
Verhinderung einer Spannung über der Versorgungsspannung an den MOSFETs 
(die 55V aushalten). Daher geht der Chip bei Motoransteuerung auch ohne 
externe Dioden nicht kaputt.

Wenn du nur die Hälfte des BTS verwendest, brauchst du Dioden, und wenn 
du eine möglichst hohe Spannung an der Spule haben willst, damit der 
Strom in ihr möglichst schnell fällt, dann könntest du eine 48V 
Transil(bipolare Z-Diode) nehmen, theoretisch sogar 80V wenn man die 
Spannung gleichmässig auf oberen und unteren MOSFET aufteilen könnte 
(Spule mit Mittelanzapfung? Urgs).


> Der Grund für den Einsatz von LSS und HSS ist, dass der LSS in der
> gesamten Ansteuerungszeit aktiv ist und der HSS zum Takten (Steuerung
> des Stroms über Tastverhältnis) genutzt wird. Das

Das ist kein Grund, sondern Unsinn. Verbinde die Spule statt über den 
LSS direkt mit GND, und gut is.
Du hast kein Argument geliefert, warum das ncht so gehen sollte.
Es klingt eher wie die krampfhafte Verwendung aller Innenteile des 
Pollin-Schnäppchens.

Ein normaler MOSFET (mit (eingebautem) Gate-Treiber) hätte es bisher für 
deine Spule auch getan, ein IPS1021 begrenzt intern auf 36V (bei unter 
500Hz PWM).

Autor: Michael (Gast)
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Ich hab mal "kurz" einen Blick ins Datenblatt geworfen. Die integrierten 
Dioden sind dort mit Testconditions von 5A Flussstrom angegeben (Seite 
10, Flussspannung dabei: 0.8V-1.2V)...Welches Magnetventil verballerst 
du da, dass mehr als 5A zieht? (bei 5V wären das 25W und größer, das ist 
schon ein recht dickes Ventil). Und wie schnell da geschaltet wird: 
schau mal Seit 12 ff. dafür.

Autor: Mario O. (Gast)
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So anbei die Schaltung der Ansteuerung...

MaWin schrieb:
> Das ist kein Grund, sondern Unsinn. Verbinde die Spule statt über den
> LSS direkt mit GND, und gut is.
> Du hast kein Argument geliefert, warum das ncht so gehen sollte.
> Es klingt eher wie die krampfhafte Verwendung aller Innenteile des
> Pollin-Schnäppchens.

Nochmal: Der Grund für die Verwendung von sowohl einem LSS als auch 
einem HSS liegt in der Tatsache, dass der Strom verschieden schnell 
abnehmen soll. Während der Taktung soll der Strom nur langsam abnehmen, 
um eine einfachere Stromsteuerung zu realisieren und am Ende des 
Ansteuerungszyklus soll (muss) der Stroms ehr schnell abnehmen 
(gefordert von dem magnetventil).

Meine Idee war es nun einen Baustein zu suchen, der sowohl einen LSS als 
auch einen HSS integriert hat. Darüberhinaus wäre es toll, wenn ich mir 
die externen Zener-Dioden sparen könnte, wenn der LSS über "Active 
clamping" verfügt (laut Datenblatt: "drain-source clamp voltage=55V).
Die Frage ist wieviel Energie der abkann?

Wenn ich externe Zener-Dioden verwende (wie in der Schaltung 
vorgesehen), muss die Zenerspannung beider Diode unter 55V bleiben oder? 
Ansonsten würde ja der baustein ins "clamping" kommen?

lg mario

Autor: MaWin (Gast)
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> dass der Strom verschieden schnell abnehmen soll

Bei einer Betriebsspannung von 14V und einer Transistorsperrspannung von 
55V kann das doch höchtstens 3 mal so schnell erfolgen wie die 
Aufladung.

Das ist doch witzlos, wenn man bei der Taktung eine Zeit x als 
off-Decay-Zeit realisieren kann, kann man auch 1/3 x realisieren, und 
dann fällt der Strom um denselben Betrag.

Selbst wenn man eine Spule ohne Spannungsbegrenzung durch zu schwache 
Transistoren abschaltet, steigt die Spannung maximal auf's 10-fache, 
dann ist auf Grund der miesen Güte der Spule die ganze Energie in die 
Inter-Windungs-Kapazität umgeladen.

Wer also eine Spule wirklich schnell abschalten will, muss von aussen 
eine Spannung anlegen, und die muss hunderte Volt betragen. Siehe 
Fernseher-Zeilenablenkung.

Wenn deine gross gezeichnete Diode eine bidirektionale Transil von 36V 
ist, dürfte die gezeichnete Schaltung mit der beschriebenen Ansteuerung 
sogar funktionieren. Nur ist ein relevanter Zeitunterschied nicht zu 
erwarten.

Autor: Mario O. (Gast)
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Ok dann werde ich das nochmal überdenken...

Wenn ich die Ansteuerung mit einem LSS realisiere, ist es grundsätzlich 
besser einen Baustein mit integriertem Clamping zu verwenden oder soll 
ich eine externe Freilaufdiode verwenden?
Mit einer einfachen Freilaufdiode würde der Strom ja nur sehr langsam 
abfallen (U~0.7V), somit müsste ich ja auch noch eine zusätzliche 
Zenerdiode dazuschalten (seriell, aber anders gepolt).
Verwendet man in so einem Fall eine Freilaufdiode oder eine 
Diodenbeschaltung so wie in meiner Schaltung gezeichnet (beim LSS zwei 
Zenerdioden + eine "normale" Diode)?

Vielleicht kann mir jemand einen Schaltungsvorschlag machen?

lg mario

Autor: Thomas O. (kosmos)
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Ein Magnetventil ist zwar was anderes als ein Elektromotor aber egal. 
Wieso man eine Kraftstoffpumpe per Strom regeln will bleibt mir auch 
unverständlich. Willst du Strom sparen? Du kannst die Pumpe genauso 
lowside takten und wenn du das Tastverhältniss auf 0 stellst steht Sie 
genauso still, als wenn du du auf der High Side abschaltest.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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sag doch mal was du vorhast. Wieso muss denn die Pumpe so schnell 
anhalten? Wenn das wirklich erforderlich ich setze doch ein Magnetventil 
an den Ausgang der Pumpe dann kannst du die Förderung abruppt stoppen 
aber danach auch den Strom der Pumpe abschalten sonst überlastet diese 
wenn sie längere Zeit gegen eine Verschlossene Leitung pumpt, manche 
Bosch Kraftstoffpumpen haben als Schutz ein Druckbegrenzungsventil drin 
damit das nicht passiert.

Autor: Mario O. (Gast)
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Die Schaltung ist für die Ansteuerung von Kraftstoffpumpen für 
Benzindirekteinspritzung (z.B. HDP5 von Bosch).

Autor: Mario O. (Gast)
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Nochmal zu dem Vorteil der Schaltung mit LSS und HSS:

Wenn der LSS offen ist und man die Taktung mit dem HSS durchführt, dann 
wird der Strom in der off-Decay Zeit sehr langsam abklingen (Spannung 
auf ~0.7V begrenzt). Wenn man zum Schluss der Periode den LSS schließt, 
dann hat man dort eine Clamping-Spannung von z.B. 70V.
Somit fällt der Strom schon deutlich schneller ab als ~3x --> @MaWin!!!
Außerdem ist bei meiner Schaltung der Ripple bei der Stromsteuerung sehr 
viel geringer...

Wie kann ich die selbe Funktionalität nur mit einem LSS realisieren?
Da müsste ich bei der Taktung eine viel höhere Frequenz verwenden bzw. 
das Tastverhältnis ändern...

lg mario

Autor: Thomas O. (kosmos)
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den Ripple kann man durch einen Kondensator glatt bekommen, das ist kein 
Problem.

Sehe ich das richtig das die Pumpe mechanisch angetrieben wird und nur 
der Bypass(Druckregelung) elektrisch geregelt wird? Das Datenblatt gibt 
fast nichts her.

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