www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ansteuerung Magnetventil mit 2 MOSFETs


Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,
Ich analysiere gerade eine Schaltung, mit der ein Magnetventil mit PWM 
angesteuert wird (bis ca. 4kHz).
Die Schaltung sieht so aus:

MOSFET 1
Drain: 12V
Source: Magnetventil Anschluß 1

MOSFET 2
Drain: Magnetventil Anschluß 2
Source: Masse

Welchen Sinn macht es, das Magnetventil mit 2 MOSFETs zu schalten?
Gibt es eine Bezeichnung für diese Schaltung?

Grüße,
Flo

Autor: Peter P. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Da ein Magnetventil ja wie eine Spule ist, bekommst du durch die 2 
FET-Body-Dioden (sofern vorhanden) die im Fled gespeicherte Energie 
wieder zurück in deine "Batterie". Zudem wird durch die dabei (selbst 
induzierte) "negative" Spannung am Magnetventil, das Ventil schneller 
geshlossen bzw. Das Magnetfeld schneller ausgelöscht.

Allerdings ist die zurückgespeißte Energie zu vernachlässigen und das 
schneller Löschen des Feldes ließe sich auch mit einer z-Diode 
bewerkstelligen, welche dann auch deutlich günstiger als ein 2. FET ist.

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian Micro (micro-flo)

>Welchen Sinn macht es, das Magnetventil mit 2 MOSFETs zu schalten?

Man kann es aktiv in beide Richtungen schalten. Für eine einfache PWM 
aber etwas übertrieben.

>Gibt es eine Bezeichnung für diese Schaltung?

Gegentaktendstufe bzw. Push Pull Treiber, siehe [[Ausgangsstufen 
Logik-ICs]], Motoransteuerung mit PWM.

MFG
Falk

Autor: Peter P. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Flak:

das wäre der Fall, wenn die FETs beide einen Anschluss des Magnetventils 
schalten würden.
Hier ist aber das Magnetventiel zwischn 2 FETs an die Batterie 
angeklemmt.

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es kommt hier auf schnelle Schaltzeiten an und ich gehe mal davon aus, 
dass die Entwickler sich etwas dabei gedacht haben, 2 FETs zu nehmen, 
statt FET und Diode.
Ich muss nur rauskriegen, was ;)

@Peter P.
Wie muss ich die FETs ansteuern, damit das Ventil schneller schaltet?
Ich kann mir das gerade nicht so recht vorstellen.
Wenn ich z.B. nur Plus schalte und der zweite Anschluß vom Ventil immer 
auf Masse liegt, müsste sich das Feld doch am schnellsten abbauen?
Vermutlich habe ich Felder noch nicht so richtig verstanden...

Danke :)

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hat einer Gnade und erklärts mir oder gibt ein Stichwort oder Link?
Danke :)

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian Micro (micro-flo)

>Hat einer Gnade und erklärts mir oder gibt ein Stichwort oder Link?

Das kann man nicht leicht erklären, wenn die Fragestellung so allgemein 
ist. Poste einen KONKRETEN Schaltplan mit KONKRETEN Bauteilen, dann 
sehen wir weiter.

MFG
Falk

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Peter P. schrieb:
> Da ein Magnetventil ja wie eine Spule ist, bekommst du durch die 2
> FET-Body-Dioden (sofern vorhanden) die im Fled gespeicherte Energie
> wieder zurück in deine "Batterie".


Dazu müssten die Dioden anders geschaltet sein, nämlich eine vom Drain
des unteren Mosfets nach 12V und eine von GND zur Source des oberen
Mosfets.

> Zudem wird durch die dabei (selbst induzierte) "negative" Spannung am
> Magnetventil, das Ventil schneller geshlossen bzw. Das Magnetfeld
> schneller ausgelöscht.

Das könnte die Absicht gewesen sein, ich hätte es aber anders gemacht.

> das schneller Löschen des Feldes ließe sich auch mit einer z-Diode
> bewerkstelligen, welche dann auch deutlich günstiger als ein 2. FET
> ist.

Nicht unbedingt, das hängt davon ab, welche Leistung verheizt werden
soll.

@Florian Micro:

Wie sieht denn die Gate-Ansteuerung in der Schaltung aus? Schalten immer
beide Mosfets zusammen ein und aus? Sind beide N-Kanal-Typen? Wie hoch
liegen jeweils die Gate-Spannungen bezogen auf GND? Gibt es keine
Freilaufdiode?

Oder kurz:

> Poste einen KONKRETEN Schaltplan mit KONKRETEN Bauteilen

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Florian Micro schrieb:
> Welchen Sinn macht es, das Magnetventil mit 2 MOSFETs zu schalten?
> Gibt es eine Bezeichnung für diese Schaltung?

Normalerweise verwendet man 2 redundante Schalter bei 
sicherheitsrelevanten Ventilen oder Relais. -> es kann extern oder in 
der Verkabelung ein Kurzschluß vorhanden sein ohne daß ein 
sicherheitskritischer Zustand entsteht.

Gruß Anja

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Peter P. schrieb:
> Allerdings ist die zurückgespeißte Energie zu vernachlässigen und das
> schneller Löschen des Feldes ließe sich auch mit einer z-Diode
> bewerkstelligen, welche dann auch deutlich günstiger als ein 2. FET ist.

Ja mach das mal mit einem richtigen Magnetventil mit mehreren 10 mH 
Induktivität und einigen Ampere Anzugsstrom und das ganze mit 4 kHz.
Da kriegen günstige Z-Dioden die ich kenne ganz schnell dicke Backen.

Gruß Anja

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So, ich hab den Schaltplan mal abgezeichnet.
Es können noch kleine Fehler drin sein, aber der generelle Aufbau 
stimmt.
Die beiden FETs können also getrennt geschaltet werden und es gibt 
jeweils eine Rückmeldung zur MCU.
Die beiden Haupt-FETs in der Mitte sind N-Kanal.

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian Micro (micro-flo)

>      ventil.png

AUA! Schon mal was von Lesbarkeit und Übersicht gehört?

Schaltplan richtig zeichnen

>Die beiden FETs können also getrennt geschaltet werden und es gibt
>jeweils eine Rückmeldung zur MCU.

Wozu?

>Die beiden Haupt-FETs in der Mitte sind N-Kanal.

Das muss man nicht dazu schreiben, das erkennt man am Symbol.
Den Schaltplan tu ich mir nicht an, zeichne den nochmal ordentlich.

MFG
Falk

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das Chaos kommt daher, weil ich zuerst die Bauteile wie auf der Platine 
im Schaltplan platziert und dann die Verbindunden dazwischen gezeichnet 
habe.
Nachdem alle Verbindungen da waren, habe ich das schon etwas aufgeräumt, 
so dass es für mich gut lesbar ist.
Ich finde es recht übersichtlich so. Alle Teilschaltungen sind getrennt 
und verständlich.
Mir fehlt nur das Verständnis, warum FETs so angesteuert werden.

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian Micro (micro-flo)

>Ich finde es recht übersichtlich so.

Mit dieser Meinung wirst du wohl allein bleiben. Na dann soll es so 
sein.

> Alle Teilschaltungen sind getrennt und verständlich.

>Mir fehlt nur das Verständnis, warum FETs so angesteuert werden.

Die Schaltung an sich macht wenig Sinn. Da sind sicher noch einige 
wesentliche Fehler drin.

MFG
Falk

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dann mal andersrum gefragt: Wie sollte ich die FETs idealerweise 
ansteuern?
Das Ventil zieht bis ca. 2A und die PWM geht bis 4kHz.
FET Treiberbaustein oder eigene Schaltung?

Edit: Und in welcher Reihenfolge die FETs schalten, damit das Ventil 
maximal schnell wird und ich keine Probleme mit Strömen oder komischen 
Effekten habe.
Sorry, bin auf dem Gebiet Neuling...

Danke :)

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian Micro (micro-flo)

>Dann mal andersrum gefragt: Wie sollte ich die FETs idealerweise
>ansteuern?
>Das Ventil zieht bis ca. 2A und die PWM geht bis 4kHz.

Dafür reicht EIN einfacher N-Kanal FET, den kann man bei 4 kHz noch 
direkt mit einem 5V CMOS-Gatter ansteuern, wenn es ein Logic Level 
MOSFET ist. Ansonsten einen kleinen MOSFET-Treiber von der Stange, siehe 
MOSFET-Übersicht.

>Edit: Und in welcher Reihenfolge die FETs schalten, damit das Ventil
>maximal schnell wird und ich keine Probleme mit Strömen oder komischen
>Effekten habe.

Was für ein dolles Ventil ist das denn? Einspritzventil? Schneller als 
einfach viel Spannung anlegen geht nicht. Die Dauerstromregelung dann 
per PWM. Siehe Motoransteuerung mit PWM, das gilt nahezu 
komplett auch für Magnetventile.

MFG
Falk

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, Danke.
Die Schaltung die ich abgezeichnet habe, sollte sehr gut sein.
Deshalb wundere ich mich über die 2 FETs.

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Florian Micro schrieb:
> Und in welcher Reihenfolge die FETs schalten, damit das Ventil
> maximal schnell wird

Dann solltest Du auf jeden Fall die Miller-Kondensatoren (zwischen Drain 
und Gate) aus der Schaltung entfernen. Im übrigen ist die 
Schaltgeschwindigkeit des Ventils u.a. eine Funktion der 
Versorgungsspannung. -> mit einer Idealen Konstantstromquelle (unendlich 
hohe Spannung) macht das Ventil maximal schnell auf.

Gruß Anja

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi, Danke für den Tipp.
Die Dinger sehen nach pF Kondensatoren aus.
Ich gehe davon aus, dass die Schaltung sehr gut durchdacht ist, weil das 
von einem Auto-Steuergerät kommt.
Deshalb will ich verstehen, was die gemacht haben und das für meine 
eigene Schaltung übernehmen.
Ich bin jetzt schon soweit, dass ich den ICL7667 zur Ansteuerung der 
FETs nehme, statt der komplexen Schaltung.
Aber mit den FETs bin ich mir noch nicht einig, wie ich die anordnen 
soll.
1. Nur 1 FET mit Diode
2. 2 FETs als 2-Quadrantensteller 
(http://www.mikrocontroller.net/articles/Motoranste...)
3. 2 FETs wie in dem Schaltplan, die 12V und Masse vom Ventil schalten

Den Vorteil von 2. zu 1. verstehe ich ungefähr. Weniger Energie wird 
vergeudet.
Da das Ding permanent aktiv ist, ist das durchaus sinnvoll, weil dann 
auch weniger Wärme erzeugt wird?
Nur die Vorteile von 3. kann ich nicht verstehen...

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Florian Micro schrieb:
> Ich gehe davon aus, dass die Schaltung sehr gut durchdacht ist, weil das
> von einem Auto-Steuergerät kommt.

Das gilt nur für Seriensteuergeräte mit großen Stückzahlen. Da wäre aber 
längst das Hühnerfutter mit den SMD-Transistoren in irgendeinem ASIC 
verschwunden. Ich würde nicht zu große Erwartungen in DIESE Schaltung 
setzen.

Gruß Anja

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, zugegeben.
Dann welcher von meinen 3 Vorschlägen ist der beste? :)

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Florian Micro schrieb:
> Dann welcher von meinen 3 Vorschlägen ist der beste? :)

Verstanden habe ich die Schaltung nicht (ich finde sie auch nicht 
übersichtlich).

Wenn Du es wirklich schnell haben willst:

Du mußt darauf achten daß beim Abschalten des Ventils der Freilaufstrom 
nicht von einer Diode (0,7V) kurzgeschlossen wird, sondern auf ein 
höheres Potential z.B. in die Versorgung zurückgespeist wird. An der 
Spule muß mindestens die Versorgungsspannung anliegen. Mit einem 
einzelnen FET geht das z.B. wenn die Energie über einen angepaßten 
dicken Widerstand in Reihe zur Freilaufdiode vernichtet wird. Mit 2 FETs 
kannst du die Energie zurückgewinnen.

Die Versorgungsspannung könntest Du mit einem DC/DC Wandler erhöhen 
(Freilauf beim Abschalten dann in diese Spannung, Elko für die 
Spulenenergie nicht vergessen).

Mit einer ordentlichen Treiberschaltung für die Fets kann sich nochmals 
ein Geschwindigkeitsvorteil ergeben. Aber wahrscheinlich ist die 
Induktivität des Ventils so träge daß du den nicht unbeding messen 
kannst.

Gruß Anja

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, Vielen Dank!

Ich arbeite dann am liebsten mit 2 FETs. Wie soll ich die schalten?
Wie im Anhang? Oder jeweils 1 FET an jeden Anschluß des Ventils?

Grüße,
Flo

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Florian Micro (micro-flo)

>Ich arbeite dann am liebsten mit 2 FETs.

Warum? Bist du ein FETischist? ;-)

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ne, ich find das voll FETt.
Aus dem was ich bisher gelesen habe schließe ich, dass die 2 FET 
Variante energiesparender und sinnvoller ist.
Wie gesagt, das Ding läuft fast permanent und deshalb ist 
Hitzeentwicklung und Bauteilelebensdauer ein großes Thema.
Bin leider mit Analogeletronik nicht so fit, deshalb hoffe ich hier auf 
Rat :)

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian Micro (micro-flo)

>Aus dem was ich bisher gelesen habe schließe ich, dass die 2 FET
>Variante energiesparender und sinnvoller ist.

Ein Irrtum.

>Wie gesagt, das Ding läuft fast permanent und deshalb ist
>Hitzeentwicklung und Bauteilelebensdauer ein großes Thema.

Geht mit EINEM FET + Freilaufdiode wunderbar.

>Bin leider mit Analogeletronik nicht so fit, deshalb hoffe ich hier auf
>Rat :)

Du bist beratungsresistent.

MfG
Falk

Autor: Florian Micro (micro-flo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Na gut, dann verlaß ich mich mal darauf und mache das mit 1 FET und 
Diode. Spart ein paar Bauteile und Platz.
Mal sehen, wie sich das in Punkto Wärme schlägt.
Energierückgewinnung ist ohnehin nicht so wichtig, halt nur die 
Zuverlässigkeit.

Danke :)

Autor: Rumpelwittchen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Und Flo?
Bist du weiter gekommen und hast eine Lösung?
Gruss

Autor: Opa (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rumpelwittchen schrieb:
> Bist du weiter gekommen und hast eine Lösung?

Du bist aber ungeduldig. Ist ja erst fünf Jahre her ....

Autor: Thomas S. (thommi)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich lese da von einem Magnetventil, welches mit vier KHz angesteuert 
werden soll. Rein mechanisch bewegt sich da ein Kolben, welcher das 
Ventil öffnet oder schliesst. Alleine die Trägheit des Kolbens schliesst 
diese Frequenz eigentlich aus.

Welche Art von Magnetventil verwendest du?

Ist es eher doch ein Piezoventil?

Autor: Mani W. (e-doc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Entweder, da war ein schlechter Entwickler an der Arbeit oder es
gibt gute physikalische und elektrische Gründe für diese
Ausgeburt an "Schaltung"...

Autor: Wolfgang (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Thomas S. schrieb:
> Ich lese da von einem Magnetventil, welches mit vier KHz angesteuert
> werden soll. Rein mechanisch bewegt sich da ein Kolben, welcher das
> Ventil öffnet oder schliesst.

Die 4kHz sind die PWM-Frequenz, mit der üblicherweise die Stromregelung 
arbeitet :-(

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.