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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Suche Freilaufdiode


Autor: Andre (Gast)
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Hallo zusammen,

ich moechte eine induktive Last (24V, 200mA) mit einem MOSFET schalten 
(IRLZ34N). Mit bis zu 100 Hz. Jetzt bin ich auf der Suche nach einer 
passenden, guenstigen und einfach zu beziehenden (Reichelt) 
Freilaufdiode.

Eine popelige 1N4001 wird wohl nicht reichen? Muss es eine Schottkydiode 
sein a la SB530?

Bin fuer jede Empfehlung dankbar, sowohl was bedrahtete als auch 
SMD-Dioden angeht!

Viele Gruesse
  Andre

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Autor: MaWin (Gast)
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Eine Freuilaufdiode muss den Strom aushalten, der auch durch die Last 
fliesst, also 200mA. Also tut es eine 1N4151/BAV10 (auch eine 1N4148 
wird heute oft mit 200mA angegeben, obwohl ihr Spannungsabfall etwas 
höher ist und damit die Verlustleitung).

Wenn der Strom bis zum nächsten Einschalten wieder abgeklugen ist (wie 
bei Relais), spielt die Geschwindigkeit der Diode keine Rolle, bei PWM 
aber schon (sonst leitet sie im Einschaltmoment noch und es fliesst kurz 
ein Kurzschlusstrom, der zumindest einen Störimpuls auslöst).

Wenn die Geschwindigkeit der Diode eine Rolle spielt, sollte man keine 
50Hz Gleichrichterdiode wie eine 1N4001 nehmen, sondern eine BA157 oder 
ähnliche schnelle Diode (fast rectifier). Natürlich sind auch 
Schottky-Dioden schnell, und deren höherer Rückstrom stört hier auch 
nicht, aber die niedrigere Schwellspannung ist hier unnötig.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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MaWin schrieb:
> Wenn der Strom bis zum nächsten Einschalten wieder abgeklugen ist (wie
> bei Relais), spielt die Geschwindigkeit der Diode keine Rolle,

Das stimmt so nicht ganz.
Neben der Ausschaltverzögerung gibt es auch eine Einschaltverzögerung. 
Je nach Diode dauert es einige ns bis >1µs ehe eine Diode anfängt zu 
leiten.
Das ist z.B. auch ein Grund (neben dem Stromimpuls beim Abschalten), 
warum bei Motortreiber ICs wie z.B. den L620x externe Dioden empfohlen 
werden, obwohl intern schon welche (in den Mosfets) eingebaut sind.
Bei einer langsamen Diode und einem schnellen Schalten des Transistors 
schießt die Spannung erstmal kurz hoch, ehe die Diode anfängt zu leiten. 
Je nachdem wie knapp man den Transistor dimensioniert hat, dann es 
diesen in dieser Zeit unter Umständen zerstören.
Wenn der Strom ausreicht würde ich daher eine 1N4148 einer 1N4001 
vorziehen.

Autor: Olaf (Gast)
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Ich hab fuer solche Faelle immer ein paar BYV27 rumliegen. Die gibt es 
auch bei Reichelt.

Olaf

Autor: Fralla (Gast)
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>Natürlich sind auch Schottky-Dioden schnell, und deren höherer Rückstrom stört 
hier auch nicht.

War da reverse recovery gemeint? Oder reverse current?

Schottky sind gut als Freilaufdioden geeignet, speziell bei PWM Sachen 
wo sie in der regel beim Einschalten noch leitet, da sie fast keine 
reverse und forward recovery Effekte haben.

MFG

Autor: MaWin (Gast)
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Rückstrom =

> reverse current

Autor: oszi40 (Gast)
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1.Kurz gesagt die Freilaufdiode sollte nicht langsamer oder schlechter 
sein als die evtl. im MOSFET vorhandene Schutzdiode. Sonst wirkt sie 
kaum.

2.Man sollte sie so anordnen, daß mechanische Schwingungen/Resonanzen 
vermieden werden. Sonst brechen auch dickste Diodenbeine einfach ab!!

Autor: Peter Roth (gelb)
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Andre schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> ich moechte eine induktive Last (24V, 200mA) mit einem MOSFET schalten
> (IRLZ34N). Mit bis zu 100 Hz. Jetzt bin ich auf der Suche nach einer

Bei so hoher Frequenz könnte besonders bei kurzer Ausschaltzeit die Zeit 
zum Entmagnetisieren der Induktivität nicht ausreichen. In diesem Fall 
müsste durch eine Zenerdiode die Flussspannung der Freilaufdiode erhöht 
werden.

Die Spannungsbelastung durch den Mosfet steigt beim Ausschalten auf
24V + Uf + Uz.

> Eine popelige 1N4001 wird wohl nicht reichen? Muss es eine Schottkydiode
> sein a la SB530?

Eine Schottkydioe ist in der Regel nicht nötig. Eine 1N4001 tut es auch, 
sie kann ja die 200mA. (Das gilt beim Einschalten im stromlosen Zustand, 
sonst siehe Anmerkung von MaWin)

Die im Mosfet vorhandene Schutzdiode hat übrigens damit überhaupt nichts 
zu tun.

Grüße, Peter

Autor: min (Gast)
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1N5818 geht auch

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Peter Roth schrieb:
>> ich moechte eine induktive Last (24V, 200mA) mit einem MOSFET schalten
>> (IRLZ34N). Mit bis zu 100 Hz. Jetzt bin ich auf der Suche nach einer
>
> Bei so hoher Frequenz könnte besonders bei kurzer Ausschaltzeit die Zeit
> zum Entmagnetisieren der Induktivität nicht ausreichen.
100Hz als Hohe Frequenz?

Warum sollte das gewünscht sein, die Induktivität zu entmagnetisieren?
Das ist Streß für die Bauteile und verheizt unnötig Energie.


>> Eine popelige 1N4001 wird wohl nicht reichen? Muss es eine Schottkydiode
>> sein a la SB530?
> Eine Schottkydioe ist in der Regel nicht nötig. Eine 1N4001 tut es auch,

Allerdings wirst du mit einer 1N4001 Spannungsspitzen haben, da sie viel 
zu langsam schaltet.
Noch dazu ist die Reverse Recovery time zu hoch -> unnötig Energie 
verheizt.


Das was ich hier schreibe ist, wie ich gerade sehe, fast identisch schon 
von Benedikt um 15:32 geschrieben worden. 
Beitrag "Re: Suche Freilaufdiode"

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Peter Roth schrieb:
> Andre schrieb:
>> Hallo zusammen,
>>
>> ich moechte eine induktive Last (24V, 200mA) mit einem MOSFET schalten
>> (IRLZ34N). Mit bis zu 100 Hz. Jetzt bin ich auf der Suche nach einer
>
> Bei so hoher Frequenz könnte besonders bei kurzer Ausschaltzeit die Zeit
> zum Entmagnetisieren der Induktivität nicht ausreichen. In diesem Fall
> müsste durch eine Zenerdiode die Flussspannung der Freilaufdiode erhöht
> werden.
Entmagnetisieren? Ich nehme mal an, dass die Schaltung einen MOSFET in 
der Lowside enthält. Da gibt es niemanden der die Spule entmagnetisiert.
Aber beim abschalten des FETs entsteht ne Spannungsspitze wegen der 
Induktivität.
Da hilft die Diode im Mosfet natürlich, weil diese den negativen Peak 
gegen die Versorgungsspannungsleitungen kurzschließt.
Wo da jetzt eine Zenerdiode die Flussspannung der Freilaufdiode erhöhen 
soll, verstehe ich nicht. Erläutere das doch bitte mal.

>> Eine popelige 1N4001 wird wohl nicht reichen? Muss es eine Schottkydiode
>> sein a la SB530?
>
> Eine Schottkydioe ist in der Regel nicht nötig. Eine 1N4001 tut es auch,
> sie kann ja die 200mA. (Das gilt beim Einschalten im stromlosen Zustand,
> sonst siehe Anmerkung von MaWin)
Oben steht doch schon, dass es auch um die Reverse Recovery Time und 
sowas geht. Da sind Schottky Dioden natürlich besser geeignet. Normale 
Dioden brauchen etwas Zeit, bis sie sperren. Siehe Benedikt ein paar 
Posts hier drüber.

> Die im Mosfet vorhandene Schutzdiode hat übrigens damit überhaupt nichts
> zu tun.
Wieso nicht?




Alexander Schmidt schrieb:
> Das was ich hier schreibe ist, wie ich gerade sehe, fast identisch schon
> von Benedikt um 15:32 geschrieben worden.
> Beitrag "Re: Suche Freilaufdiode"

Ja, ich auch. Manche Leute lesen halt nicht die Posts vorher.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Simon K. schrieb:
> Aber beim abschalten des FETs entsteht ne Spannungsspitze wegen der
> Induktivität.
> Da hilft die Diode im Mosfet natürlich, weil diese den negativen Peak
> gegen die Versorgungsspannungsleitungen kurzschließt.
Nö, da hilft die Diode nichts.
Die Induktivität treibt den Strom weiter, wodurch es eine positive 
Spannungsspitze gibt. Diese kann die Diode im FET nicht ableiten.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Alexander Schmidt schrieb:
> Simon K. schrieb:
>> Aber beim abschalten des FETs entsteht ne Spannungsspitze wegen der
>> Induktivität.
>> Da hilft die Diode im Mosfet natürlich, weil diese den negativen Peak
>> gegen die Versorgungsspannungsleitungen kurzschließt.
> Nö, da hilft die Diode nichts.
> Die Induktivität treibt den Strom weiter, wodurch es eine /positive/
> Spannungsspitze gibt. Diese kann die Diode im FET nicht ableiten.

Wieso hilft die nicht? In einer kompletten H Brücke geht es auch. (Bei 
nicht synchronem Freilauf).

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Siehe:

Benedikt K. schrieb:
> Das stimmt so nicht ganz.
> Neben der Ausschaltverzögerung gibt es auch eine Einschaltverzögerung.
> Je nach Diode dauert es einige ns bis >1µs ehe eine Diode anfängt zu
> leiten.
> Das ist z.B. auch ein Grund (neben dem Stromimpuls beim Abschalten),
> warum bei Motortreiber ICs wie z.B. den L620x externe Dioden empfohlen
> werden, obwohl intern schon welche (in den Mosfets) eingebaut sind.
> Bei einer langsamen Diode und einem schnellen Schalten des Transistors
> schießt die Spannung erstmal kurz hoch, ehe die Diode anfängt zu leiten.
> Je nachdem wie knapp man den Transistor dimensioniert hat, dann es
> diesen in dieser Zeit unter Umständen zerstören.
> Wenn der Strom ausreicht würde ich daher eine 1N4148 einer 1N4001
> vorziehen.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Simon K. schrieb:

> Wieso hilft die nicht? In einer kompletten H Brücke geht es auch. (Bei
> nicht synchronem Freilauf).

In einer kompletten H-Brücke ja, aber hier handelt es sich nur um einen 
einzelnen Lowside Mosfet und nicht um eine komplette H-Brücke (oder auch 
nur Halbbrücke).

Autor: Ulrich (Gast)
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Woher soll denn die Verzögerung beim Einschalten kommen ?
Die einzigen begrenzenden Effekte bein Einschalten sind da eigentlich 
die die Induktivität der Zuleitungen und die Kapazität. Die Kapazität 
wirkt bei auch nicht mal so das eine Spannung höher als die Flußspannung 
anliegen kann, die verhindert eher noch das die Spannung schneller 
steigt.

Bei normalen PN Dioden oder Shottkydioden ist da eigentlich nichts im 
Halbleiter was für eine Verzögerung sorgt, wenn der Strom ansteigen 
soll.

Autor: Fralla (Gast)
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>1.Kurz gesagt die Freilaufdiode sollte nicht langsamer oder schlechter
>sein als die evtl. im MOSFET vorhandene Schutzdiode. Sonst wirkt sie
>kaum.

Immer der gleiche Blödsinn. Die Body-Diode im Mosfet hat absolut nicht 
mit einer Schutzdiode oder Freilaufdiode zu tun. Auch sollte man sie 
nicht zu leiten bekommen (zb Synchrongleichrichtung da sie meist lange 
braucht um sie auszuräumen -> Verlust, daher rechtzeitg Einschalten)
Ein Freilaufdiode ist immer parallel zur Last.
EIne Spule mit Lowside MOSFET: Die Diode muss parallel zur Last hängen, 
mit Kathode auf die Versorgung und Anode zum Drain des Mosfets. So kann 
sie den Strom der Induktivität in die Versorgung ableiten, oder anders 
ausgedrückt, der Strom kann durch die Diode weiter im "Kreis" fließen.

>Warum sollte das gewünscht sein, die Induktivität zu entmagnetisieren?
Denk an zb die Streuinduktivität in einem Flyback.

Bei Verwendung einer Freilaufdiode liegt an der Spule die Flußspannung 
an. Je höher diese Spannung desto steiler ist die Rampe mit der der Stom 
abfällt. Wenns schneller gehen muss -> Zenerdioden.

MFG

Autor: Fralla (Gast)
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>Bei normalen PN Dioden oder Shottkydioden ist da eigentlich nichts im
>Halbleiter was für eine Verzögerung sorgt, wenn der Strom ansteigen
>soll.

Es gibt auch eine forward recovery Zeit, diese ist in ihrer Wirkung 
keine Strom sondern eine Spannung. Lästig bei Snubber Dioden, die an der 
Spannung seigt über die Flußspannung bis sie endlich (in Flußrichtung) 
leitet. Bei Schotkty Dioden ist auch dieser Effekt fast nicht vorhanden.

Hier ein sehr sehr interessanter Artikel mit vielen Messungen: 
http://www.cliftonlaboratories.com/diode_turn-on_t...

MFG

Autor: Fralla (Gast)
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Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Fralla schrieb:
>>1.Kurz gesagt die Freilaufdiode sollte nicht langsamer oder schlechter
>>sein als die evtl. im MOSFET vorhandene Schutzdiode. Sonst wirkt sie
>>kaum.
>
> Immer der gleiche Blödsinn. Die Body-Diode im Mosfet hat absolut nicht
> mit einer Schutzdiode oder Freilaufdiode zu tun.

Ich hab ja nie behauptet, dass sie es tut. Ich hab bloß zwei mal gefragt 
wieso das nicht gehen sollte.

Aber hab mich da wohl vertan, sorry!

Autor: Peter Roth (gelb)
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Simon K. schrieb:
> Peter Roth schrieb:
>> Andre schrieb:
>>> Hallo zusammen,
>>>
>>> ich moechte eine induktive Last (24V, 200mA) mit einem MOSFET schalten
>>> (IRLZ34N). Mit bis zu 100 Hz. Jetzt bin ich auf der Suche nach einer
>>
>> Bei so hoher Frequenz könnte besonders bei kurzer Ausschaltzeit die Zeit
>> zum Entmagnetisieren der Induktivität nicht ausreichen. In diesem Fall
>> müsste durch eine Zenerdiode die Flussspannung der Freilaufdiode erhöht
>> werden.

> Entmagnetisieren? Ich nehme mal an, dass die Schaltung einen MOSFET in
> der Lowside enthält. Da gibt es niemanden der die Spule entmagnetisiert.

Der Spulenstrom fließt durch die Freilaufdiode weiter. Dadurch wird die 
Spule entmagnetisiert. Bei Relais und Ventilen soll das schnell gehen.

> Aber beim abschalten des FETs entsteht ne Spannungsspitze wegen der
> Induktivität.

Ja

> Da hilft die Diode im Mosfet natürlich, weil diese den negativen Peak
> gegen die Versorgungsspannungsleitungen kurzschließt.

Unsinn: die Spannung am Drain des Mosfet steigt beim Abschalten so weit 
an, bis die Freilaufdiode leitet. DSiehe auch Beitrag von Fralla.

> Wo da jetzt eine Zenerdiode die Flussspannung der Freilaufdiode erhöhen
> soll, verstehe ich nicht. Erläutere das doch bitte mal.

Zeichne dir die Schaltung auf, überlege dir, wie weit die Spannung 
ansteigt, dann kommst du schon drauf.

> Oben steht doch schon, dass es auch um die Reverse Recovery Time und
> sowas geht.

Wenn die Diode im Abschaltmoment stromlos ist, wirkt die reverse 
recovery nicht.

>> Die im Mosfet vorhandene Schutzdiode hat übrigens damit überhaupt nichts
>> zu tun.
> Wieso nicht?

Siehe Post von Fralla.

Grüße, Peter

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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@Peter Roth:
Danke für die Aufklärung!

Autor: Ulrich (Gast)
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Die Unterschiede zwischen den "forward recovery" Zeiten zwischen den 
beiden PDF Files sind schon enorm. Der Wesenliche Unterschied den man 
sehen kann, ist das die Längeren Zeiten zu den längeren Anschlußdrähren 
gehören. Dass eine Diode mit rund 3 cm Draht an jedem Ende nicht schnell 
sein kann sollte ja klar sein.  Die Überschwinger in dem Artikel von LT 
lassen auf eine Induktivität der Diode von rund 1-10 nH schließen (dI/dt 
ca. 1A / 5 ns , U = 0.5 V). Das sollte einfach die Induktivität der 
Drähte sein, mehr nicht. In dem Sinne hat dann auch ein Draht oder ein 
Kondensator so eine Einschaltverzögerung.

Autor: Fralla (Gast)
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Es geht um den "Overshoot" der Flußspannung.

Autor: Peter Roth (gelb)
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Falls der OP noch mitliest: mich würde interessieren, um welche 
induktive Last es sich eigentlich handelt.

Grüße, Peter

Autor: Andre (Gast)
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Hallo an alle!

Danke für die ausführlichen Erläuterungen!

@Peter Roth: Es handelt sich um Magnetventile, und ich probiere jetzt 
einfach mal die 1N4148 aus.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Du willst Magnetventile mit 100Hz schalten.
Schaffen die es überhaupt in einer solch kurzer Zeit von ~1ms 
umzuschalten?
Das wage ich mal zu bezweifeln, lasse mich aber gerne eines besseren 
belehren, am besten mit Datenblatt.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite

>Du willst Magnetventile mit 100Hz schalten.
>Schaffen die es überhaupt in einer solch kurzer Zeit von ~1ms
>umzuschalten?

Das sollen sie wahrscheinlich NICHT. Aber er will möglicherweise die 
Ventile mit PWM in der Leistung reduzieren. Mit 100% einschaltern, dann 
nach 1s auf 20% runter, spart Energie und Wärmeproduktion.

MFG
Falk

Autor: Fralla (Gast)
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100% einschalten und dan auf 20% ?  Wie 20% geöffnet? Also mit PWM und 
Massenträgheit in einer Mittelstellung halten? Wie ist das gemeint?

MFG

Autor: der mechatroniker (Gast)
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Magnetventile mit 100 Hz ist so ungewöhnlich nicht. Denk an einen 
Einspritz-Verbrennungsmotor bei 6000 min-1. Aber da sind Freilaufdioden 
eher unpraktisch, da muss die Wicklung "mit Gewalt" entmagnetisiert 
werden, sonst schließt das Ventil in der kurzen Zeit nicht.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Fralla (Gast)

>100% einschalten und dan auf 20% ?  Wie 20% geöffnet?

Nein. Wenn es ein normales Ein/Aus Ventil ist, dann funktioniert das 
sehr änlich einem Relais. Man braucht ~70% der Nennspannung/Strom zum 
Einschalten, kann dann aber sicher auch 20..50% der Nennspannung runter 
schalten, das Ventil/Relais bliebt SICHER eingeschaltet. Das ist so, 
weil durch den angezogenen Anker der magnetische Widerstand stark 
verringert ist. Nimm mal ein klassiches, grosses Ankerrelais und hänge 
es an ein regelbares Netzteil.

> Also mit PWM und
>Massenträgheit in einer Mittelstellung halten?

Nein. Die "Trägheit" besteht hier rein elektrisch aus der Spule, welche 
eine Induktivität im Bereich HENRY hat. Damit kommt auch bei 100 Hz der 
Strom nicht auf Null. Quasi ein Ultra Low Frequency Schaltnetzteil ;-)

MFG
Falk

Autor: Peter Roth (gelb)
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Fralla schrieb:
> 100% einschalten und dan auf 20% ?  Wie 20% geöffnet? Also mit PWM und
> Massenträgheit in einer Mittelstellung halten? Wie ist das gemeint?

Schon mal ein Relais geschaltet? Nach dem Anziehen des Ankers ist der 
magnetische Pfad geschlossen und die Ansteuerleistung kann erniedrigt 
werden. So ist das auch bei Magnetventilen (wobei auch welche mit 
Zwischenstellungen gibt, die Falk aber nicht gemeint hat)

Grüße, Peter

Autor: Peter Roth (gelb)
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Wir haben schon Hydraulik-Magnetventile mit einigen 10 Hz schalten 
lassen. Dabei wurden die Spulen mit 500V entmagnetisiert (Bei einer 
Betriebsspannung von 24V), sonst hätten sie nicht ausgeschaltet.

Grüße, Peter

Autor: Tom (Gast)
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<Magnetventile mit 100 Hz ist so ungewöhnlich nicht. Denk an einen
<Einspritz-Verbrennungsmotor bei 6000 min-1. Aber da sind Freilaufdioden
<eher unpraktisch, da muss die Wicklung "mit Gewalt" entmagnetisiert
<werden, sonst schließt das Ventil in der kurzen Zeit nicht.

heißt es, da werden keine Freilaufdioden verwendet?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Tom (Gast)

><Magnetventile mit 100 Hz ist so ungewöhnlich nicht. Denk an einen
><Einspritz-Verbrennungsmotor bei 6000 min-1. Aber da sind Freilaufdioden
><eher unpraktisch, da muss die Wicklung "mit Gewalt" entmagnetisiert
><werden, sonst schließt das Ventil in der kurzen Zeit nicht.

>heißt es, da werden keine Freilaufdioden verwendet?

Doch, aber dazu wird ein Reihe eine Z-diode oder Varistor mit recht 
hoher Spannung (100V++) geschaltet. Das bewirkt, dass die Spule deutlich 
schneller entmagnetisiert.

MfG
Falk

Autor: oszi40 (Gast)
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Ganz oben zur Erinnerung: der MOSFET=IRLZ34N hat Drain-source voltage 55 
V

Da wird wohl nur kurze Freude sein, wenn der obige MOSFET >100V 
Abschaltspannung abbekommt ?

Die Kunst ist: die Freilaufdiode + Rest so zu dimensionieren, daß der 
Transistor überlebt und schnelle Schaltvorgänge möglich sind.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Die Frage ist ganz einfach. Will der OP 100 Hz PWM machen, sprich das 
Ventil schaltet NICHT mit 100 Hz oder will er WIRKLICH mit 100Hz 
schalten.

MfG
Falk

Autor: Andre (Gast)
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Hey zusammen,

nun, tatsächlich möchte ich die Ventile nur an- und ausschalten. (Wasser 
durch oder nicht). Dabei war 100 Hz (wohl zu hoch) geraten, 
wahrscheinlich sollen es eher 30 Hz oder so werden, das muss sich noch 
zeigen.

Ist Diese Frequenz einfach nur mit IRLZ34N und 1N4148 möglich, oder muss 
ich dabei noch mehr beachten?

Danke und viele Grüße
  Andre

Autor: Peter als Gast (Gast)
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Den Mosfets ist das egal, die Diode kann offiziell keine 200mA.

Viel eher stellt sich aber die Frage, ob die Ventile schnell genug sind. 
Lies doch das bisher geschriebene nochmal durch, da steht schon alles.

Grüße, Peter

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