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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM-Signal stört Eingänge?


Autor: Robert L. (Gast)
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Ich habe ein Problem mit einer Anwendung, in der ein Motor (mit 
Freilauf-Shottky gesichert) von einem AVR (Arduino-Board) über ein FET 
an- und ausgeschaltet wird bzw. über ein Relais umgepolt.

Weiterhin werden die Zustände von zwei Reed-Kontakten eingelesen.
Jeweils ein Kontakt davon mit Masse verbunden, der jeweils andere mit 
dem AVR. Konfiguriert als Eingang und Pullup angeschaltet.

Das funktioniert alles wunderbar, bis ich den FET nicht mehr einfach nur 
an oder ausschalte, sondern ihn mit einem PWM-Signal (Arduino Pin 3) 
versorge.

Jetzt springen die Zustände der Reedkontakte "willkürlich" um.
Meine erste Erklärung war, dass durch das PWM-Signal eine elektromagn. 
Feld entstehen könnte... Aber ist das bei 500 Hz wahrscheinlich/möglich?
Oder könnte das Problem der FET sein, dessen Gate direkt am AVR-Pin 
hängt?

Bin ratlos...

Autor: Uwe ... (uwegw)
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Wenn der Motor mit PWM betrieben wird, scheint er mehr Störungen zu 
verursachen als im geschalteten Betrieb. Sind Entstörkondensatoren dran?

Du könntest mal versuchen, externe Pullups (wenige Kiloohm) an die Reeds 
anzuschließen. Die internen sind recht hochohmig, das macht die Pins 
empfindlicher für eingekoppelte Störungen.

Autor: Schrotty (Gast)
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>Meine erste Erklärung war, dass durch das PWM-Signal eine elektromagn.
>Feld entstehen könnte... Aber ist das bei 500 Hz wahrscheinlich/möglich?

Klar, relevant sind hier die Frequenzanteile die entstehen. Und wenn du 
steile Flanken hast, dann hast du auch sehr hohe Frequenzen im Spektrum, 
welche die allerlei EMV-Sauerei verursachen können.
Ich tipp allerdings weniger auf magnetische Effekte sondern eher auf 
gestrahlte HF, die das Problem sein könnten.

Hilfreich ist auf jeden Fall der oben schon erwähnte Pullup (ca 4k7)

>Oder könnte das Problem der FET sein, dessen Gate direkt am AVR-Pin
>hängt?

Durchaus auch denkbar, da ein FET zwar im Statischen Zustand am Gate so 
gut wie keinen Strom zieht, aber im Umschaltmoment die Gatekapazität 
umgeladen werden muss. Dieser Umschaltstrom muss von deinem µC 
bereitgestellt werden, was ihn kurzzeitig in die Knie zwingen könnte.
Daher könntest du, den Strom in das Gate durch einen Längs-Widerstand 
begrenzen. Dies reduziert zum einen die Stromspitzen, die dien µC brigen 
muss und zum anderen flachst du die Flanken des Gate-Signals ab, was 
sich wiederum die hohen Frequenzanteile aus den Schaltvorgängen nimmt.

Autor: Robert Leibna (surumadurum)
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Vielen Dank,
der Längs-Widerstand am FET-Gate brachte den gewünschten Effekt. Auch 
über den ext. Pullup-Tipp bin ich dankbar.
Hätte da noch eine kleine Verständnisfrage, die wahrscheinlich eher in 
die Grundlagen-Schublade gehört. Wäre trotzdem froh, wenn mir das jemand 
schnell erläutern könnte.

Wie bemesse ich den Längswiderstand denn korrekt? Mein Gedankengang war 
folgender:
Der AVR-Pin liefert max. 20mA, und ich arbeite mit 5V, also 
R=5V/0.02A=250 Ohm minimal.
Habe ich richtig gedacht, wenn ich sozusagen davon ausgehe, dass der FET 
keinen Eigenwiderstand hat und somit am Längswiderstand kein 
Spannungsabfall entsteht?

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Habe ich richtig gedacht, wenn ich sozusagen davon ausgehe, dass der FET
>keinen Eigenwiderstand hat und somit am Längswiderstand kein
>Spannungsabfall entsteht?

Nur bedingt richtig. Der FET hat zwar einen unendlichen 
Eingangswiderstand, aber bei Schalten muss die Gatekapazität umgeladen 
werden. und da fliessen schon Ströme. Umsonst sind nicht FET-Treiber 
üblich, die Ströme im Ampere-Bereich liefern.

MfG Spess

Autor: F. V. (coors)
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Das wuerde mich auch mal interessieren, wie man den Widerstand bestimmen 
kann.

Was muss man genau beachten?

Frequenz mit der man Schaltet wegen Hitze am FET.
Strom, um den uC Port nicht zu ueberlasten.
Spannungsabfall am Widerstand (?). Nach dem Umladen fliesst ja an sich 
kein Strom mehr.

Eigentlich muesste man doch ne langsame (vielleicht bis n paar kHz) PWM 
auch ohne Treiber hinkriegen, oder etwa nicht?

Falls nicht, was sind denn die gaengigen FET Treiber? (5V fuer 
Logiclevel und vielleicht noch ein paar fuer 12V (oder so) fuer 
Motoren).


Das sind sicherlich Fragen, die hier einigen weiterhelfen wuerden.

Danke an den, der sie beantwortet! :)

Autor: Schrotty (Gast)
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>Eigentlich muesste man doch ne langsame (vielleicht bis n paar kHz) PWM
>auch ohne Treiber hinkriegen, oder etwa nicht?

Die Schaltfrequenz ist nicht so relevant. Beim Schalten fließt ein sehr 
großer Strom in´s Gate, der den maximal zulässigen Ausgangsstrom des 
Ports um ein vielfaches überschreitet. Auch wenn dieser Strom nur 
kurzzeitig fliesst, ist er zu behandeln, wie ein kurzzeitiger 
Kurzschluss am Port-Pin. Dieser wird den Porzessor zwar nicht zerstören, 
aber der Starke Strom verursacht eben EMV-Schweinerein oder kann zu 
Ground-Bounce-Effekten auch im Chip führen, was die Funktion kurzzeitig 
beeinträchtigen kann

Ich würde so vorgehen:
Widersatand so bemessen, dass maximaler Strom aus dem Prozessorpin nicht 
überschritten wird:

5V/20mA = 250 Ohm.
Durch den dabei entstehenden Tiefpass (Gatekapazität + 250 Ohm) wird 
natürlich die Flanke flacher. Das hat zum einen die Auswirkung, dass die 
maximale Schaltfrequenz sinkt und zum anderen durch den verlangsamten 
Umschaltvorgang am FET mehr Leistung verbraten wird. Bei häufigen 
Schaltvorgängen macht sich das dann durchaus bemerkbar, und der FET wird 
warm.

Es ist also ein Dilemma, das nicht pauschal gelöst werden kann, sondern 
in abhängigkeit der ganzen Rahmenbedingungen betrachtet werden muss. im 
Schlimmsten fall eine kleine Gegentaktstufe zwischen Port-Pin und Gate 
basteln. Diese sollte allerdings aus kleineren FETs bestehen, da bei 
denen die Gatekapazität geringer ist.

Autor: Schrotty (Gast)
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Ein bisschen googlen hat mich gerade zu folgendem Artikel geführt, in 
dem es sehr schön beschrieben wird, wir ein FET-Treiber korrekt 
ausgelegt wird.

Nicht gerade eine einfache Faustregel, aber wenn man es genau machen 
will, bestimmt ganz hilfreich:

http://www.elektronikpraxis.vogel.de/analogtechnik...

Autor: Maik Werner (werner01)
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bei dem Gatewiderstand würde ich den Kurzschlußfall voraussetzen.
Mach ihn so hoch wie Strom vom Atmel maximal kommen kann. wenn Du nen 
fet mit kleiner Sperrspannung hast (S-D) ,dann ist die Kapa beim Fet 
auch kleiner. so tun tät ich's machen

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Zumindest für einen Anfangswert ist das praktikabel, jep.
Also:
Falls EMV Probleme auftreten, muss der Widerstand weiter erhöht werden. 
Man sollte auf der anderen Seite aber aufpassen, dass die 
Verlustleistung nicht zu groß wird (sowohl am Widerstand als auch am 
FET, der dadurch ja langsamer angesteuert wird).

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