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Forum: FPGA, VHDL & Co. FPGA Board erstellen


Autor: Basti (Gast)
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Hallo miteinander,

ich möchte demnächst ein kleines Projekt angehen und benötige dafür ein 
FPGA Board. Durch die Ausgangspins sollen kleine Elektromagnete 
gesteuert werden, die eine Spannung von 12V, bzw. 24V benötigen. Die 
Entwicklungsboards die ich bisher gefunden hab, haben leider nur 
Spannungen von max. 5V. Oder hab ich nur nicht genau geschaut?

Jetzt stell sich mir die Frage, wie ich das Problem am besten angehen 
soll? Kaufe ich mir ein Entwicklungsboard und bastel mir die restliche 
Schaltung zusammen, oder entwerfe ich gleich ein eigenes Board mit 
sämtlichen Komponenten?

Im Vordergrund steht für mich dabei auch der Lerneffekt. Sprich, Aufbau 
von Schaltungen und der Umgang mit den Layout Tools. Ich kann den 
Aufwand einer solchen Entwicklung leider nicht einschätzen und bin euch 
dankbar für eure Ratschläge!

Gruß
Basti

: Verschoben durch Admin
Autor: John-eric K. (mockup)
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Wenn du sowas noch nie gemacht hast, dürfte das mit dem eigenen 
FPGA-Board schwierig werden. Die meisten FPGAs benötigen 2 oder sogar 3 
Spannungen.
Wenn es richtig gemacht werden sollte, ist eine 4 Lagen Platine Pflicht.

Mit 2 Lagen bekommst du Probleme die Versorgungsspannungen und 
Masseflächen sauber zu routen. Du wirst aber auch keinen FPGA finden, 
welcher mehr als max 5V an seinen Pins treiben kann, deshalb sind eh 
Transistoren nötig und über den Induktivitäten die Freilaufdioden nicht 
vergessen.

Du kannst ja zB eine Adapterplatine ersteinmal routen, die an den 
Steckverbinder eines ausgesuchten FPGA-Boards geklemmt werden kann.
Die brauch dann auch nur 2 Lagig sein und kann eventuell auch zuhause 
hergestellt werden.

Gruß
John-Eric

Autor: Klaus (Gast)
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Basti schrieb:
> Jetzt stell sich mir die Frage, wie ich das Problem am besten angehen
> soll? Kaufe ich mir ein Entwicklungsboard und bastel mir die restliche
> Schaltung zusammen, oder entwerfe ich gleich ein eigenes Board mit
> sämtlichen Komponenten?

Nimm ein Eval-Board. Und bleib mit Induktivitäten und den 12V weit weg 
(Buffer) davon. Im besten Fall bekommst du Latch-Up Effekte (die sind 
nach einem Reset wieder weg) im schlechtesten Fall ist der Pintreiber 
hinüber. Nichts ist frustrierender wenn man nicht weiß, ob der FPGA-Code 
rotte ist oder die Hardware kaput ist. Eigentlich sollte man mehrere 
Eval-Boards zu liegen haben, um mal tauschen zu können.

MFG Klaus

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Basti schrieb:
> Kaufe ich mir ein Entwicklungsboard und bastel mir die restliche
> Schaltung zusammen,
Ja. Mach das.

> oder entwerfe ich gleich ein eigenes Board mit sämtlichen Komponenten?
> Im Vordergrund steht für mich dabei auch der Lerneffekt. Sprich, Aufbau
> von Schaltungen und der Umgang mit den Layout Tools.
Entwirf die Platine "aussenrum" um das FPGA-Board (quasi das 
IO-Subsystem). Die bietet vorerst mal genug Stoff zum Lernen...

Autor: Basti W. (bastoo)
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Also erstmal Danke für eure Antworten!

John-eric K. schrieb:
> Die brauch dann auch nur 2 Lagig sein und kann eventuell auch zuhause
> hergestellt werden.
4-lagige Platinen wären natürlich etwas zu viel fürden Anfang. Ich glaub 
ich würde Knoten zwischen den Leiterbahnen produzieren. ;) Hab gerade 
gesehen, dass man mit z.B. EAGLE auch nur 2-lagige Layouts machen kann, 
wenn man die Freeware benutzt.

John-eric K. schrieb:
> Du wirst aber auch keinen FPGA finden,
> welcher mehr als max 5V an seinen Pins treiben kann, deshalb sind eh
> Transistoren nötig und über den Induktivitäten die Freilaufdioden nicht
> vergessen.
Die Magnete sollen schon etwas schneller reagieren. Ich hab gelesen, 
dass durch die Spannungsbegrenzung mit Freilaufdioden die Abfallzeit des 
Magnetfeldes verlängert wird. Nun kann man die Abfallzeit aber durch 
eine Schottky-Diode zwischen Basis-Kollektor-Strecke verringern. Oder 
auch durch den Einsatz von Zener-Dioden?

Klaus schrieb:
> Nimm ein Eval-Board. Und bleib mit Induktivitäten und den 12V weit weg
> (Buffer) davon. Im besten Fall bekommst du Latch-Up Effekte (die sind
> nach einem Reset wieder weg) im schlechtesten Fall ist der Pintreiber
> hinüber. Nichts ist frustrierender wenn man nicht weiß, ob der FPGA-Code
> rotte ist oder die Hardware kaput ist. Eigentlich sollte man mehrere
> Eval-Boards zu liegen haben, um mal tauschen zu können.
:D Mehrere Boards wären natürlich schön. Ich denke ich werde mir aber 
erstma ein "Xilinx/Avnet Spartan 3A Evaluation Kit" kaufen. Mit dem 
Board hab ich schon etwas Erfahrung sammeln können und es sollte für 
meine Anwendung erstmal ausreichen.

Lothar Miller schrieb:
> Entwirf die Platine "aussenrum" um das FPGA-Board (quasi das
> IO-Subsystem). Die bietet vorerst mal genug Stoff zum Lernen...
Jup, dann werd ich mal langsam mit einem Layout anfangen und hoffe, dass 
ihr mir ein paar Tipps geben könnt.

Gruß
Basti

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Basti W. schrieb:
> Nun kann man die Abfallzeit aber durch
> eine Schottky-Diode zwischen Basis-Kollektor-Strecke verringern.
Die des Transistors schon.
> dass durch die Spannungsbegrenzung mit Freilaufdioden die Abfallzeit
> des Magnetfeldes verlängert wird.
Du willst aber das Magentfeld an der Spule möglichst schnell abbauen. 
Und das geht nicht, wenn du einfach nur eine Freilaufdiode nimmst, denn 
dort sind die Verluste zu gering (weil kleine Durchlassspannung). Also 
mußt du die in der Spule gespeicherte Energie anderswie vernichten. Und 
das geht, wenn du die Spannung über dem Transistor möglichst weit 
ansteigen lässt (so, dass der noch nicht kaputtgeht), und dann erst 
Strom zu fließen beginnt. Denn dann wird im betroffenen Element 
wesentlich mehr Leistung umgesetzt und daher die Energie in kürzerer 
Zeit in Wärme umgesetzt...

Also noch eine Z-Diode in Serie zur Freilaufdiode, oder eine Z-Diode 
zwischen Kollektor und Basis...

Autor: Basti W. (bastoo)
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Ich hab mir jetzt ein paar Gedanken zu der Schaltung gemacht und es sind 
mir zwei Ideen gekommen:

1.) Der Magnet soll ja Dauerhaft eingeschaltet sein, dazu benötigt 
dieser 24V. Heisst, wenn ein "high" Signal gesendet wird, sollte der 
Magnet ausgehen. Hierfür würde sich ja eine simple Inverterschaltung 
anbieten, oder? Ich habe mich wenig über DC DC Converter informiert, 
aber keinen gefunden, der 5V (Versorgungspin vom Eval Board) in 24V 
wandelt. Also sollte ich wohl eine externe Spannungsversorgung 
vorsehen..?

2.) Wäre auch eine Art Inversterschaltung. Mit dem Signal vom Ausgang 
des Eval Boards steuer ich einen npn Transistor an. Am Kollektor 
befindet sich ein 10k Widerstand (siehe Bild). Der pnp Transistor ist 
die ganze Zeit geöffnet, so dass die Spannung am Kollektorwiderstand 
abfällt. Wenn der npn schaltet, schließt der pnp und der Magnet geht 
aus.
Durch diese Schaltung liegen jetzt aber -24V zwischen Kollektor und 
Basis des pnp. Das geht nach hinten los?
Eine weitere Idee ist mit nem MAX232 -12V und 12V zu erzeugen.

Gruß
Basti

Autor: Walther Z. (chilipower)
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Ich habe noch mehrere kleine Experimentierplatinen mit dem Chip 
xc2s200-pq208 (spartan 2; wird bis ise 9 unterstützt). Die sind voll 
funktionsfähig und 5 Volt kompatibel. Auf dem Board befindet sich eine 
Steckfassung für einen Atmega16 PDIP sowie ein Flash-Ram (am29f040) mit 
einem halben Megabyte Grösse zum Laden des Fpga. Alle IO-Leitungen sind 
frei verfügbar. Der Fpga kann auch manuell über das parallele Kabel 
geladen werden. Für deine Zwecke ideal. €20,- das Stück.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Basti W. schrieb:
> Hierfür würde sich ja eine simple Inverterschaltung anbieten, oder?
Aber hallo: du hast doch ein FPGA. Bau den Inverter doch einfach da 
rein...

> Ich habe mich wenig über DC DC Converter informiert,
> aber keinen gefunden, der 5V (Versorgungspin vom Eval Board) in 24V
> wandelt.
Mal davon abgesehen, dass es sowas durchaus gibt (siehe den 
Beitrag "DCDC von 5V auf 24V"), macht das gar keinen 
Sinn...

Was sind das für Magnete? Weiviel Strom brauchst du auf der 24V Seite? 
Wiveil Strom wäre das dann auf der 5V Seite (kleiner Tipp: 5-6 mal 
mehr)?

> Also sollte ich wohl eine externe Spannungsversorgung vorsehen..?
Jawoll. Und aus dieser Versorgung dann die 5V/3V fürs FPGA machen...

Autor: l0wside (Gast)
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Basti W. schrieb:
> Ich hab mir jetzt ein paar Gedanken zu der Schaltung gemacht und es sind
> mir zwei Ideen gekommen:
>
> 1.) Der Magnet soll ja Dauerhaft eingeschaltet sein, dazu benötigt
> dieser 24V. Heisst, wenn ein "high" Signal gesendet wird, sollte der
> Magnet ausgehen. Hierfür würde sich ja eine simple Inverterschaltung
> anbieten, oder? Ich habe mich wenig über DC DC Converter informiert,
> aber keinen gefunden, der 5V (Versorgungspin vom Eval Board) in 24V
> wandelt. Also sollte ich wohl eine externe Spannungsversorgung
> vorsehen..?

Ja, das hat Lothar Miller ja auch schon geschrieben. Versorge Dein Board 
mit 24V und mache daraus mit einem Linearregler die 5V. Linearregler ist 
einfacher aufzubauen, einen Schaltregler kannst Du dann in Dein nächstes 
Projekt integrieren.
Wenn Du Dir Stress ersparen willst, schaltest Du Deine Magnete Lowside 
statt Highside. Das heißt: Du hängst sie mit der Spannungsversorgung 
permanent an 24V und hängst Deinen Schalter zwischen jeweils Massepin 
des Magnets und Versorgungsmasse. Dafür nimmst Du einen n-Kanal Logic 
Level FET, siehe MOSFET-Übersicht. Eventuell spendierst Du noch eine 
Freilaufdiode, fertig.

Dein Problem (mit Logikpegel Leistung zu schalten) ist fast so alt wie 
die Digitaltechnik, Du kriegst das hin!

Autor: Basti W. (bastoo)
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Walther Z. schrieb:
> Ich habe noch mehrere kleine Experimentierplatinen mit dem Chip
> xc2s200-pq208 (spartan 2; wird bis ise 9 unterstützt). Die sind voll
> funktionsfähig und 5 Volt kompatibel. Auf dem Board befindet sich eine
> Steckfassung für einen Atmega16 PDIP sowie ein Flash-Ram (am29f040) mit
> einem halben Megabyte Grösse zum Laden des Fpga. Alle IO-Leitungen sind
> frei verfügbar. Der Fpga kann auch manuell über das parallele Kabel
> geladen werden. Für deine Zwecke ideal. €20,- das Stück.

Hmm, hört sich für meine Zwecke wirklich ausreichend an. Ich werd mal 
drüber nachdenken! Wie versorge ich die Platine denn mit Strom? :)

Lothar Miller schrieb:
>> Also sollte ich wohl eine externe Spannungsversorgung vorsehen..?
> Jawoll. Und aus dieser Versorgung dann die 5V/3V fürs FPGA machen...

Brauch ich ja nicht. Das Eval-Board wird ja über eine USB-Schnittstelle 
versorgt. Ich möchte ja eine Platine entwerfen, die ich quasi als 
"Adapter" für das Eval-Board habe. Diese soll dann den Magneten schalten 
können. Dieser braucht 24V und 0.24A.

l0wside schrieb:
> Versorge Dein Board
> mit 24V und mache daraus mit einem Linearregler die 5V. Linearregler ist
> einfacher aufzubauen, einen Schaltregler kannst Du dann in Dein nächstes
> Projekt integrieren.

Hmm, brauch ich doch garnicht, oder sehe ich da was falsch? =)

l0wside schrieb:
> Wenn Du Dir Stress ersparen willst, schaltest Du Deine Magnete Lowside
> statt Highside. Das heißt: Du hängst sie mit der Spannungsversorgung
> permanent an 24V und hängst Deinen Schalter zwischen jeweils Massepin
> des Magnets und Versorgungsmasse. Dafür nimmst Du einen n-Kanal Logic
> Level FET, siehe MOSFET-Übersicht. Eventuell spendierst Du noch eine
> Freilaufdiode, fertig.

Das hört sich gut an!! Meinst Du das so, wie es in der Skizze gezeichnet 
ist? =)

l0wside schrieb:
> Dein Problem (mit Logikpegel Leistung zu schalten) ist fast so alt wie
> die Digitaltechnik, Du kriegst das hin!

Ich hoffe. Benötige nur etwas Hilfe. Sonst explodiert noch was... :D

Autor: Basti W. (bastoo)
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Klaus schrieb:
> Nimm ein Eval-Board. Und bleib mit Induktivitäten und den 12V weit weg
> (Buffer) davon. Im besten Fall bekommst du Latch-Up Effekte (die sind
> nach einem Reset wieder weg) im schlechtesten Fall ist der Pintreiber
> hinüber.

Heisst, ich brauch noch ein Treiber vom Pin bishin zum Eingang des 
Schalters. Die Eingangskapazität ist zu groß,oder? Gibts da nen guten 
Baustein für sowas?

Gruß
Basti

Autor: l0wside (Gast)
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Basti W. schrieb:

> l0wside schrieb:
>> Versorge Dein Board
>> mit 24V und mache daraus mit einem Linearregler die 5V. Linearregler ist
>> einfacher aufzubauen, einen Schaltregler kannst Du dann in Dein nächstes
>> Projekt integrieren.
>
> Hmm, brauch ich doch garnicht, oder sehe ich da was falsch? =)

Nö, Du kannst natürlich auch beides getrennt versorgen. Das birgt aber 
die Gefahr, dass Du den Strom durch die Magnete anschließend auf die 
USB-Masse gibst; das könnte der USB-Port evtl. nicht so toll finden. Die 
Source Deines FET muss aber trotzdem in jedem Fall auf GND-Potential 
Deines FPGA liegen.

Deine Skizze gibt meinen Ansatz schon prima wieder, das sollte mit dem 
passenden Logic-Level-FET so funktionieren. Damit Deine FETs den ersten 
Schaltvorgang überleben, kann es sinnvoll sein, Freilaufdioden zu 
spendieren. Das sieht dann so aus:



                24V
                 |
                 o--------.
                 |        |
                 |        |
                .-.       -
               ( X )      ^  <- Freilaufdiode
                '-'       |
                 |        |
                 o--------'
                 |
                 |
                 ||
              ||-+
              ||<-
       Logik -||-+
                 |
                 |
                 |
                 |
                GND
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Je nach FET und Strömen kann es auch ohne Freilaufdioden gehen. Die 
Freilaufdioden sollten etwa den Strom durch die Magnete abkönnen, 1N4148 
ist also eher keine gute Wahl.

> Ich hoffe. Benötige nur etwas Hilfe. Sonst explodiert noch was... :D

Ach was, es stinkt maximal ein bisschen ;-). Viel Spaß!

Autor: Walther Z. (chilipower)
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>Hmm, hört sich für meine Zwecke wirklich ausreichend an. Ich werd mal
>drüber nachdenken! Wie versorge ich die Platine denn mit Strom? :)

http://www.mikrocontroller.net/topic/205290#2106214

Autor: Basti W. (bastoo)
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l0wside schrieb:
> Nö, Du kannst natürlich auch beides getrennt versorgen. Das birgt aber
> die Gefahr, dass Du den Strom durch die Magnete anschließend auf die
> USB-Masse gibst; das könnte der USB-Port evtl. nicht so toll finden. Die
> Source Deines FET muss aber trotzdem in jedem Fall auf GND-Potential
> Deines FPGA liegen.

Wieso kann die Source denn nicht auf dem GND des Netzgerätes liegen?

Autor: l0wside (Gast)
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Basti W. schrieb:
> l0wside schrieb:
>> Nö, Du kannst natürlich auch beides getrennt versorgen. Das birgt aber
>> die Gefahr, dass Du den Strom durch die Magnete anschließend auf die
>> USB-Masse gibst; das könnte der USB-Port evtl. nicht so toll finden. Die
>> Source Deines FET muss aber trotzdem in jedem Fall auf GND-Potential
>> Deines FPGA liegen.
>
> Wieso kann die Source denn nicht auf dem GND des Netzgerätes liegen?

Weil der FET in Abhängigkeit von Ugs (also Gate->Source) schaltet, Dein 
FPGA aber eine Spannung zwischen seinem Ausgangspin und seinem eigenen 
GND-Potential einprägt. Wenn FET-Source und FPGA-GND auf gleichem 
Potential liegen, ist das alles kein Problem. Wenn die beiden 
(FET-Source und FPGA-GND) gegeneinander floaten (d.h. Spannungsversatz 
haben), passiert vermutlich nicht das, was Du gerne hättest, sondern 
irgendwas anderes.

Autor: Basti W. (bastoo)
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l0wside schrieb:
> Weil der FET in Abhängigkeit von Ugs (also Gate->Source) schaltet, Dein
> FPGA aber eine Spannung zwischen seinem Ausgangspin und seinem eigenen
> GND-Potential einprägt. Wenn FET-Source und FPGA-GND auf gleichem
> Potential liegen, ist das alles kein Problem. Wenn die beiden
> (FET-Source und FPGA-GND) gegeneinander floaten (d.h. Spannungsversatz
> haben), passiert vermutlich nicht das, was Du gerne hättest, sondern
> irgendwas anderes.

Stimmt ja.. :) Wie wäre es mit folgender Zeichnung? Ich greife mir für 
eine Transistotstufe die 5V und das Masse-Potential vom FPGA. Mit der 
Spannung, die am Widerstand abfällt, schalte ich dann den 
Logic-Level-FET für den Magneten.

Muss ich beim Eingangssignal, welches vom FPGA kommt, noch einen Buffer 
vor den MOS Schalten? Gibts da nen Baustein für? Im Falle eines Buffers 
könnte ich dann auf den ersten MOS verzichten, oder?

Danke für die bisherige Hilfe. Ich hangel mich Schritt für Schritt nach 
vorn..

Gruß
Basti

Autor: l0wside (Gast)
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Basti W. schrieb:
> l0wside schrieb:
>> Weil der FET in Abhängigkeit von Ugs (also Gate->Source) schaltet, Dein
>> FPGA aber eine Spannung zwischen seinem Ausgangspin und seinem eigenen
>> GND-Potential einprägt. Wenn FET-Source und FPGA-GND auf gleichem
>> Potential liegen, ist das alles kein Problem. Wenn die beiden
>> (FET-Source und FPGA-GND) gegeneinander floaten (d.h. Spannungsversatz
>> haben), passiert vermutlich nicht das, was Du gerne hättest, sondern
>> irgendwas anderes.
>
> Stimmt ja.. :) Wie wäre es mit folgender Zeichnung? Ich greife mir für
> eine Transistotstufe die 5V und das Masse-Potential vom FPGA. Mit der
> Spannung, die am Widerstand abfällt, schalte ich dann den
> Logic-Level-FET für den Magneten.

Spendiere einfach eine Leitung von gnd_netz nach gnd_board und fertig. 
Der Strom ins FET-Gate ist i.d.R. so klein, dass der FPGA das problemlos 
treiben können sollte. Du kannst die zusätzliche Treiberstufe einbauen, 
schaden wird sie nicht.
Wenn Du höhere Schaltfrequenzen hast oder die Flankensteilheit aus 
irgendeinem Grund kritisch ist, brauchst Du aber statt Deiner 
Widerstand-/FET-Konstruktion einen Push-Pull-Treiber.

Vorschlag: erst mal fliegend wie von Dir gezeichnet (plus die Strippe 
zwischen Deinen beiden GND) aufbauen und schauen, ob Ein- und 
Ausschalten funktioniert. Optimieren kannst Du später immer noch.

Autor: Basti W. (bastoo)
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Ok, danke Dir! Angenommen ich kaufe mir ein "Avnet Spartan 3A Evaluation 
Kit" um den Magneten anzusteuern. Schalte dann meine Schaltung extern 
dahinter. Habe ich dann eine Möglichkeit gnd_netz und gnd_board 
miteinander zu verbinden? Denn das Avnet-Board wird ja über USB versorgt 
und somit ist die Masse des Boards ja festgelegt..oder verstehe ich da 
was falsch?

Autor: haha (Gast)
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Ist usb nicht standartmässig "massefrei"?
Schlagt mich!...
und weg

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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haha schrieb:
> Ist usb nicht standartmässig "massefrei"?

Nö. Die USB-Masse wird im PC mit der Mainboard-Masse verbunden sein. 
Diese ist dann über Schrauben mit der Gehäusemasse und damit dem 
Schutzleiter verbunden. Häufig sind die Netzteilausgänge auch nicht 
massefrei, sondern mit dem Netzteil-Gehäuse und somit Schutzleiter 
verbunden.

Die Ausgänge von Labornetzteilen sind meistens massefrei; bei einigen 
Geräten ist eine spezielle Brücke zum Verbinden eines 
Ausgangsanschlusses mit dem Schutzleiter vorhanden/vorgesehen.

Autor: l0wside (Gast)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> haha schrieb:
>> Ist usb nicht standartmässig "massefrei"?
>
> Nö. Die USB-Masse wird im PC mit der Mainboard-Masse verbunden sein.
> Diese ist dann über Schrauben mit der Gehäusemasse und damit dem
> Schutzleiter verbunden. Häufig sind die Netzteilausgänge auch nicht
> massefrei, sondern mit dem Netzteil-Gehäuse und somit Schutzleiter
> verbunden.

Oder wie auch immer. Mein Vertrauen in die Implementierung der 
USB-Schnittstelle und sonstiger PC-Teile in irgendwelcher Chinaware ist, 
ähem, beschränkt. Und ein Massebezug zwischen FET-Source und FPGA-GND 
über FPGA-Pin -> Leiterplatte -> USB -> Mainboard-Masse -> Schrauben -> 
Schutzleiter -> Hausverdrahtung -> Labornetzteil -> Masse -> FET-Source 
erscheint mir als nicht besonders vertrauenswürdig.

> Die Ausgänge von Labornetzteilen sind meistens massefrei; bei einigen
> Geräten ist eine spezielle Brücke zum Verbinden eines
> Ausgangsanschlusses mit dem Schutzleiter vorhanden/vorgesehen.

Deswegen ja der Vorschlag, einen klaren Massebezug durch eine 
Extra-Strippe herzustellen. Sympathischer fände ich es, zum 
Programmieren USB zu verwenden und zum Experientieren USB zu trennen und 
die Spannungsversorgung aus den 24V zu machen. Aber es geht sicher auch 
irgendwie so.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Oh, ich schlage nicht vor, die Kopplung der Massen über den skizzierten 
Umweg durchzuführen! Es ging nur um die Feststellung, USB wäre 
massefrei.

Vor längerer Zeit musste ich einmal zu einem Kunden durch die halbe 
Republik reisen, weil ein Programm, das ich geschrieben hatte, angeblich 
nicht funktionierte. Bei meinem Besuch war ich zunächst auch längere 
Zeit irritiert, bis mir dann auffiel, dass der Kunde für das 
Prozessorboard und den daran angeschlossenen Teil ein zweikanaliges 
Labornetzteil verwendet, aber die Masseleitungen nicht verbunden hatte. 
:-/ Und es gab in dem freifliegend verdrahteten Aufbau auch keine 
explizite Signalmasse, sondern nur die Datenleitungen zwischen den 
Schaltungsteilen.

Offenbar reichte aber die kapazitive Kopplung oder Mondphasenkopplung 
oder was auch immer dafür auf, dass der Aufbau manchmal funktionierte.

Autor: Basti W. (bastoo)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> Mondphasenkopplung

:D Schönes Wort!

l0wside schrieb:
> Deswegen ja der Vorschlag, einen klaren Massebezug durch eine
> Extra-Strippe herzustellen. Sympathischer fände ich es, zum
> Programmieren USB zu verwenden und zum Experientieren USB zu trennen und
> die Spannungsversorgung aus den 24V zu machen. Aber es geht sicher auch
> irgendwie so.

Okay, den Vorschlag finde ich gut und so werd ich mal probieren ein 
Layout zu erstellen. Meine Frage oben war eigentlich nur, ob ich das 
Eval-Board auch von extern mit 5V und Masse befeuern kann, ohne USB 
Kabel zu benutzen. Kenn mich im Detail nicht so mit den Anschlüssen aus. 
Und für das Datenblatt muss man sich bei Avnet anmelden. :)

Gruß
Basti

Autor: l0wside (Gast)
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Basti W. schrieb:
> Andreas Schweigstill schrieb:
>> Mondphasenkopplung
>
> :D Schönes Wort!
>
> l0wside schrieb:
>> Deswegen ja der Vorschlag, einen klaren Massebezug durch eine
>> Extra-Strippe herzustellen. Sympathischer fände ich es, zum
>> Programmieren USB zu verwenden und zum Experientieren USB zu trennen und
>> die Spannungsversorgung aus den 24V zu machen. Aber es geht sicher auch
>> irgendwie so.
>
> Okay, den Vorschlag finde ich gut und so werd ich mal probieren ein
> Layout zu erstellen. Meine Frage oben war eigentlich nur, ob ich das
> Eval-Board auch von extern mit 5V und Masse befeuern kann, ohne USB
> Kabel zu benutzen. Kenn mich im Detail nicht so mit den Anschlüssen aus.
> Und für das Datenblatt muss man sich bei Avnet anmelden. :)

Hallo Basti,

dann wirst Du Dich wohl anmelden müssen - ohne Datenblatt kommst Du eh 
nicht weit. Bis dahin guck mal hier: 
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0....

Da ist ein "Power Jack" eingezeichnet, musst halt recherchieren, was der 
verträgt. Im Optimalfall nimmt er auch 24V (wäre aber ungewöhnlich).

Autor: Basti W. (bastoo)
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l0wside schrieb:
> Bis dahin guck mal hier:
> http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0....

Danke Dir. Da steht drin, dass der nur 5V verträgt. Also werd ich dann 
nen DC DC Converter mit auf die Platine packen müssen.

Autor: l0wside (Gast)
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Basti W. schrieb:
> l0wside schrieb:
>> Bis dahin guck mal hier:
>> http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0....
>
> Danke Dir. Da steht drin, dass der nur 5V verträgt. Also werd ich dann
> nen DC DC Converter mit auf die Platine packen müssen.

Wieso, säuft der so viel Strom? Ein Linearregler reicht doch vollkommen. 
LM1084 (5V-Typ) beispielsweise, den gibt´s sogar bei Reichelt. Davor und 
dahinter jeweils einen Stützkondensator spendieren (siehe 
Applikationshinweise im Datenblatt), überlegen, ob Du einen Kühlkörper 
brauchst (ein Stück Blech am LM1084 reicht erst mal) und fertig. Das 
passt alles auch aufs Steckbrett.

Autor: Basti (Gast)
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So, ich hab mich entschlossen die Schaltung mit meinem kleinen AVR Board 
aufzubauen. Dieses braucht eine externe Spannungsversorgung von 9V. 
Hierfür will ich den Spannungsregler "µA 7809" nehmen. Aus der Spannung 
vom Netzteil (24V) möchte ich mittels Spannungsteiler eine 15V 
Eingangsspannung für den "µA 7809" erzeugen, damit dieser 9V am Ausgang 
ausgibt(die Kapazitären am Ein- und Ausgang des Reglers hab ich nicht 
eingezeichnet). Den Tip mit der Masseleitung habe ich berücksichtigt.

Ich bin mir nicht ganz sicher was für Transistoren ich zum Schalten 
nehmen soll. Am Magneten nen Logic-Level-FET, so wie ich es gelesen 
habe. Und für den anderen Transistor? Kann ich das mit den 9V am 
Kollektor zum schalten so machen (rote 1)?

Gruß
Basti

Autor: Gerhard G. (ge1ge)
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Spannungsteiler vor Spannungsregler ist ganz schlecht. Spannungsteiler 
werden normalerweise nur für geringer Ströme verwendet.
Warum schließt Du den Pullup-Widerstand nicht einfach an die 5V an?
Die Schutzschaltung am Motor ist auch falsch. Du müsstest die Z-Diode um 
180 Grad drehen und wieder anschließen, damit sie auch wie eine 
Zenerdiode wirken kann. In deiner jetzigen Schaltung ist die 
Wirkungsweise, wie 2 in Serie geschaltete Dioden.
Kauf dir für die 24V ein Netzteil, dass nicht mit der Schutzleitermasse 
verbunden ist. So wirken alle Steckernetzteile.
Was hat dein Motor für eine Leistung/Stromaufnahme?

Autor: bastoo (Gast)
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Stimmt, die Diode is falsch rum! Danke. :) Also der Motor zieht bei 24V 
0.24A.

Gerhard G. schrieb:
> Spannungsteiler vor Spannungsregler ist ganz schlecht. Spannungsteiler
> werden normalerweise nur für geringer Ströme verwendet.

Ich hab leider keinen Spannungsregler gefunden, der bei 24V 
Eingangsspannung 9V Ausgangsspannung erzeugt. Die meisten sind halt 
einstellbar.

Gruß
Basti

Autor: l0wside (Gast)
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bastoo schrieb:
> Stimmt, die Diode is falsch rum! Danke. :) Also der Motor zieht bei 24V
> 0.24A.
>
> Gerhard G. schrieb:
>> Spannungsteiler vor Spannungsregler ist ganz schlecht. Spannungsteiler
>> werden normalerweise nur für geringer Ströme verwendet.
>
> Ich hab leider keinen Spannungsregler gefunden, der bei 24V
> Eingangsspannung 9V Ausgangsspannung erzeugt. Die meisten sind halt
> einstellbar.

Wieso? Der 7809, den Du Dir ausgesucht hast, ist bis 35V 
Eingangsspannung spezifiziert (jedenfalls der ST-Typ, den Conrad 
verkauft; bei Reichelt habe ich nicht geschaut).

Welchen tieferen Sinn hat die von Dir verbaute Zenerdiode? Willst Du 
Schnelllöschen machen? Es spricht nichts dagegen, sie (wie Gerhard G. 
schon schrieb: umgedreht) einzubauen, aber m.E. ist sie nicht notwendig.

FET: wie wäre es mit dem IRLZ34N? Ist mit 2V zu schalten und kann jede 
Menge Strom. Außerdem TO-220, d.h. Du musst kein SMD löten.
Wenn Du partout einen Treiber verwenden willst, dann nimm lieber eine 
Push-Pull-Variante, z.B. IR4426. Die ist wenigstens fix.

Deine Konstruktion mit dem Widerstand hat den Nachteil, verhältnismäßig 
langsam einzuschalten.
Zum Einschalten musst Du dazu Deinen Treiber ausschalten (Prozessorpin 
auf Low). Der Treiber wird hochohmig, und dann wird über Deinen Pullup 
die Gate-Kapazität des IRLZ34N geladen. Der braucht 34 nC, um leitend zu 
werden.
Grober Überschlag: 9V, Pullup 10kOhm -> Strom beim Laden ca. 1 mA. 34 
nC = 34nAs, d.h. zum Laden brauchst Du etwa 34 µs.

Wenn Du den Motor nur ein- und ausschalten willst, ist das kein Problem. 
Wenn Du aber PWM im kHz-Bereich machen willst, wird es da langsam knapp. 
Und wenn PWM, dann im kHz-Bereich, sonst pfeift es.

Autor: Basti (Gast)
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Gerhard G. schrieb:
> Warum schließt Du den Pullup-Widerstand nicht einfach an die 5V an?

Ja, DAS frage ich mich auch gerade. :) Das Board stellt ja nen 5V 
Ausgang zur Verfügung.

l0wside schrieb:
> Wieso? Der 7809, den Du Dir ausgesucht hast, ist bis 35V
> Eingangsspannung spezifiziert (jedenfalls der ST-Typ, den Conrad
> verkauft; bei Reichelt habe ich nicht geschaut).

Da hab ich wohl zuviele Datenblätter offen gehabt.. ich war der Meinung, 
dass ich 19V an den Eingang legen muss, damit ich 9V am Ausgang habe! :)

l0wside schrieb:
> Welchen tieferen Sinn hat die von Dir verbaute Zenerdiode? Willst Du
> Schnelllöschen machen? Es spricht nichts dagegen, sie (wie Gerhard G.
> schon schrieb: umgedreht) einzubauen, aber m.E. ist sie nicht notwendig.

Es ist kein Motor, sondern ein Magnet. Das Magnetfeld soll sich schon 
schnell abbauen. Ich werd die Schaltung erstma mit einem Steckbrett 
aufbauen und sehen, ob ich die Zenerdiode brauche oder nicht. Kann gut 
sein, dass sie garnicht notwendig ist.

l0wside schrieb:
> FET: wie wäre es mit dem IRLZ34N?

Sieht gut aus. Kommt mit auf die Bestellliste!

l0wside schrieb:
> Wenn Du den Motor nur ein- und ausschalten willst, ist das kein Problem.
> Wenn Du aber PWM im kHz-Bereich machen willst, wird es da langsam knapp.

Wie gesagt, kein Motor sondern ein Magnet. Von daher wird die Variante 
mit dem Widerstand doch kaum Auswirkungen haben? Kann ich auf die 
Transistorstufe mit dem Widerstand auch ganz verzichten? Wenn nicht, 
welchen Transistor sollte ich da nehmen? Fragen, Fragen, Fragen... :)

Gruß
Basti

Autor: l0wside (Gast)
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Basti schrieb:
> Gerhard G. schrieb:
>> Warum schließt Du den Pullup-Widerstand nicht einfach an die 5V an?
>
> Ja, DAS frage ich mich auch gerade. :) Das Board stellt ja nen 5V
> Ausgang zur Verfügung.

Wenn Du 9V hast, kannst Du die auch nehmen - dann schaltet der FET 
schneller: höhere Spannung -> größererer Strom ins Gate -> Ladung 
schneller im Gate -> schaltet früher.
Das Gate muss die 9V halt abkönnen, bitte nochmal gegen das Datenblatt 
prüfen.

[7809]
> Da hab ich wohl zuviele Datenblätter offen gehabt.. ich war der Meinung,
> dass ich 19V an den Eingang legen muss, damit ich 9V am Ausgang habe! :)
Schau Dir bitte nochmal das Datenblatt des von Dir eingesetzten Typs an. 
Der Festspannungsregler 7809 macht aber genau das, was sein Name sagt: 
er gibt am Ausgang eine feste Spannung aus, die von der Eingangsspannung 
(weitgehend) unabhängig ist.

> Es ist kein Motor, sondern ein Magnet. Das Magnetfeld soll sich schon
> schnell abbauen. Ich werd die Schaltung erstma mit einem Steckbrett
> aufbauen und sehen, ob ich die Zenerdiode brauche oder nicht. Kann gut
> sein, dass sie garnicht notwendig ist.

Steckbrett ist (fast immer) eine gute Idee.

> Wie gesagt, kein Motor sondern ein Magnet. Von daher wird die Variante
> mit dem Widerstand doch kaum Auswirkungen haben? Kann ich auf die
> Transistorstufe mit dem Widerstand auch ganz verzichten? Wenn nicht,
> welchen Transistor sollte ich da nehmen? Fragen, Fragen, Fragen... :)

Wie schnell muss das ganze einschalten? Reichen Dir die 30 µs zum 
Einschalten, oder muss es schneller gehen? Wenn Du nur hart ein- und 
ausschaltest, brauchst Du keine Treiberstufe (also 
Widerstand+Transistor), sondern kannst den Leistungs-FET direkt an den 
FPGA/µC anschließen.
Wenn Du PWM machen willst (z.B. um etwas schweben zu lassen), solltest 
Du über eine Treiberstufe nachdenken.

Zur Freilaufdiode: rechne doch mal eine Runde, was passiert, wenn Du den 
Leistungs-FET ausmachst und wann der Strom so weit abgesunken ist, dass 
der Magnet sicher ausgeschaltet hat.

Initial gilt: I_0 = 240 mA.
Nach dem Abschalten fließt der Strom erst mal weiter, das ist bei 
Induktivitäten nun mal so. Der Stromkreis sieht dann als 
Ersatzschaltbild so aus:


             --------|
            |        |
           .-.       |
Ohmscher   | |       |
Widerstand | | R     |
           '-'       |
            |        -
            |        ^ D (Freilauf)
            |        |
            |        |
            C|       |
Induk-      C| L     |
tivität     C|       |
            |        |
            |        |
            |--------|
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Es gilt dann zu jedem Zeitpunkt (Ohmscher Widerstand der Spule mit 
berücksichtigt):
U_R(t) = R*I(t)
U_L(t) = L*I´(t)
U_D(t) = -0,7 V [bei Schottky -0,3 V, mit Zenerdiode (-0,7V - 
Zenerspannung)]

U_R + U_L + U_D = 0 (Maschenregel)

Differentialgleichung aufstellen, Werte einsetzen, rechnen ;-)

Alternativ: man kann da auch in Excel lösen. Oder einfach auf dem 
Steckbrett ausprobieren.

Autor: Basti (Gast)
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Ok, erstmal ausprobieren! :)

l0wside schrieb:
> Wie schnell muss das ganze einschalten? Reichen Dir die 30 µs zum
> Einschalten, oder muss es schneller gehen? Wenn Du nur hart ein- und
> ausschaltest, brauchst Du keine Treiberstufe (also
> Widerstand+Transistor), sondern kannst den Leistungs-FET direkt an den
> FPGA/µC anschließen.

Ich denke 30us reichen mir auf jeden Fall. Und zum schweben bringen 
möchte ich auch nichts. Wobei ein Schwebeeffekt optisch natürlich 
einiges hermacht! :) Ich werd erstmal die Teile bestellen und schauen ob 
es auch so klappt. Kann ich einfach so ein Netzteil nehmen? 
http://www.conrad.de/ce/de/product/512692/HN-POWER...
Und welche Buchse brauche ich dann für das Steckbrett, um das Netzgerät 
anzuschließen?

Gruß
Basti

Autor: Basti W. (bastoo)
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Kann ich mir einfach dieses Netzteil holen?
http://www.pollin.de/shop/dt/MDkwOTQ2OTk-/Stromver...

Dazu dann ein Hohlstecker mit 2,5mm Innendurchmesser:
http://www.reichelt.de/Hohlstecker/0/16/index.html...

Ich denke, dann hab ich Alles zusammen...

Gruß
Basti

Autor: Max G. (l0wside) Benutzerseite
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Basti W. schrieb:
> Kann ich mir einfach dieses Netzteil holen?
> http://www.pollin.de/shop/dt/MDkwOTQ2OTk-/Stromver...

Ich sehe jetzt nichts, was direkt gegen dieses Netzteil spräche. Das 
finanzielle Risiko ist ja überschaubar ;-)

Bin mal gespannt, was nach dem Schalten kommt - keep us updated.

Autor: Basti W. (bastoo)
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Sooo, Netzteil und Bauteile sind da und ich bin fleißig am basteln 
gewesen. Das schöne ist, der Magnet funktioniert schonmal (ist übrigens 
ein Dauermagnet, der über eine stromdurchflossene Spule "abgeschaltet" 
werden kann).
Leider funktioniert die Schaltung nicht so ganz. Das Problem ist, dass 
mir die Freilaufdiode abraucht, wenn der Magnet Strom zieht.
Als Diode habe ich diese gewählt:
 http://www.reichelt.de/Ueberspannungs-schutzdioden...

Richtig herrum eingebaut ist sie auch!

Hat da jemand ne Idee voher das kommen kann?

Gruß
Basti

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Basti W. schrieb:
> Als Diode habe ich diese gewählt:
Dir ist der tiefere Sinn einer Freilaufdiode klar?
Wenn ja: warum nimmst du dann?

Die Diode bricht bei etwa 10V einfach durch und raucht dann kurz danach 
ab. Du brauchst eine (schnelle) Schaltdiode BY 398, BY329 oder so...

Autor: Basti W. (bastoo)
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Lothar Miller schrieb:
> Dir ist der tiefere Sinn einer Freilaufdiode klar?

Ja, eigentlich hab ich das gedacht. Ich bin davon ausgegangen, ohne 
nochmal nachzuschauen, das die Diode eine Spannung von 24V locker 
verträgt. Unachtsamkeit. :(

Und die schnelle Schaltdiode bewirkt das gleiche, kann aber mehr 
Spannung ab?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Basti W. schrieb:
> Und die schnelle Schaltdiode bewirkt das gleiche, kann aber mehr
> Spannung ab?
Die Idee ist eine ganz andere!
Die TVS-Diode ist zum Vernichten von unnötiger Energie (ESD...) gebaut.
Eine Schaltdiode, naja, zum Schalten eben...

> Und die schnelle Schaltdiode bewirkt das gleiche, kann aber mehr
> Spannung ab?
BTW: du hast den Sinn der Freilaufdiode nicht verstanden... :-/

Autor: Basti W. (bastoo)
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Lothar Miller schrieb:
> BTW: du hast den Sinn der Freilaufdiode nicht verstanden... :-/

Mag sein. Gedacht habe ich, dass die TVS-Diode in Sperrrichtung 
geschaltet wird, damit nach dem Entladen der Spule die Spannung auf die 
Durchlassspannung der Diode begrenzt wird. Ich habe die Schaltung so wie 
im Bild aufgebaut. Worauf Du mich hinweisen möchtest ist wohl, dass die 
Diode bei 24V in Sperrrichtung durchbricht, oder?

Heisst, die Schaltdiode klemm ich einfach zwischen Versorgung und 
Magnet?

Ich bitte um etwas Geduld, mir ist dieses Gebiet nicht sehr vertraut. :)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Basti W. schrieb:
> Ich habe die Schaltung so wie im Bild aufgebaut.
Du schaltest mit einem Mosfet die Versorgung?
IdR. ist ein einfacher und daher verbreitet, einfach die Masse zu 
schalten...

Wie auch immer:
Wenn du deinen Schalter einschaltest, dann beginnt ein Strom durch die 
Spule zu fließen. Und irgendwann (1ms, 10ms, 100ms) später schaltest du 
den Schalter wieder aus. Aber (und Achtung: jetzt kommt der Trick bei 
den Induktivitäten) die Spule hat Energie im Magnetfeld gespeichert und 
lässt den zuletzt angelegten Strom einfach weiterfließen...  :-o

Wenn du jetzt keine Diode hättest, wohin würde der Strom dann fließen?
Keine Ahnung? Richtig!
Und jetzt kommt die Diode ins Spiel: sie gibt dem Strom eine 
Möglichkeit weiterzufließen, biss er sich an irgendwelchen 
Verlustwiderständen aufgerieben hat.
Das wars.

> Worauf Du mich hinweisen möchtest ist wohl, dass die
> Diode bei 24V in Sperrrichtung durchbricht, oder?
Die Diode darf niemals druchbrechen. Das ist nicht ihre Aufgabe!
Sie muss nur möglichst schnell leitend werden...

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