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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM - MOSFET maximale Verlustleistung


Autor: Manu (Gast)
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Hallo

Ih möchte eine Lüfterregelung mittels AVR und PWM realisieren.

Als Grundlage sollte diese Schaltung dienen:
http://www.stefan-mönch.de/pc/avr_lueftersteuerung...

Meine Frage ist nun wann die maximale Verlutleistung an den FETS 
auftritt, bzw wie hoch diese ist.
Tritt diese auf wenn der FET voll durchsteuert ?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Nein. Die Verlustleistung ist marginal wenn man's richtig macht. Die 
maximale Verlustleistung tritt in den Flanken auf. Diese sollte man aus 
EMV Gruenden nicht zu steil machen.

Autor: Manu (Gast)
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Flanken ?
Der FET bekommt ja am Gate die analoge Regelspannung

Autor: ich (Gast)
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Das kommt ganz auf die Kennlinie deines Lüfters an. Bei welcher Spannung 
er welchen Strom zieht.
Aber die geringste Verlustleistung tritt auf, wenn kein Strom fließt 
(aus) oder der FET voll durchsteuert (Spannungsabfall ab FET minimal)

Autor: Manu (Gast)
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Die Kennlinie des Lüfters ist mir eben leider unbekannt.
Daher befürchte ich das ich das maximale Verlustleistung nicht berechnen 
kann und daher auch den Kühlkörper nicht richtig dimmensionieren kann.
Muss ich wohl probieren

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Manu schrieb:
> Ih möchte eine Lüfterregelung mittels AVR und PWM realisieren.
>
> Als Grundlage sollte diese Schaltung dienen:
> http://www.stefan-mönch.de/pc/avr_lueftersteuerung...

Das ist allerdings keine PWM-Regelung sondern eine analoge Steuerung.
Für eine Lüftersteuerung ist dies eher ungeeignet, wegen den Verlusten 
und dem fehlendem Drehmoment.

Autor: MaWin (Gast)
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> Meine Frage ist nun wann die maximale Verlutleistung an den FETS auftritt

Nie.

Die Schaltung ist grober Humbug, eine Aprilschaltung.

Der nicht-mal-Logic-Level N-Kanal MOSFET leitet erst ab einer 
Gagte-Source Spannung von ca. 4V genug Strom für den Lüfter, und er wird 
blöderweise als Source-Folger aus einem LM324 angesteuert, der maximal 
so 9.5V bringt wenn er mit 12V versorgt wird.

Die Lüfter bekommen alo nie mehr als 5.5V ab.

Wozu dann Lüfter ?

Theoretisch vernichtet der MOSFET die grössen Leistung bei halber 
Spannung, wenn also 6V rauskommen. In dieser Schaltung kommt er aber 
über diese halbe Leistung nie hinaus :-(


Vergiss die Schaltung. Es ist unklug, Lüfter, die für 12V gebaut sind, 
nicht mit 12V versorgen zu können, denn dann verzichtet man ncht nur auf 
Leistung, sondern auch auf Lebensdauer: Wenn die Lager älter werden, 
dreht der Lüfter schwerer, und bei nur halber Spannung reicht es dann 
schon viel früher nicht mehr, ihn loslaufen zu lasssn.

Wenn du die Schaltung überhaupt nachbauen willst (weil das Programm im 
AVR fertig ist), dann verwende BD135-25 dafür (also NPN Transistoren 
hoher Stromverstärkung für Kühlkörpermontage) und einen Rail-To-Rail 
OpAmp wie TS914, dann verlierst du wenigstens nicht so viele Volt.

Die Schaltung hat noch andere Probleme, z.B: filtert sie die 
Lüftermotorspannung nicht die sie im OpAmp mit der Sollvorgabe 
vergleicht, aber die Lüfterspannung ist grob vereucht mit Störungem,d ie 
werden sole mitverstärkt, und das schaukelt sich auf.

Besser an den + Eingang der OpAmps auch je 10uF Elko nach Masse, oder 
wie beim - Einagng eine Kombination aus 10k Widerstand und 2u2 Elko vom 
Schleifer des Potis, das filtert zumindest die gröbsten Störungen.

Autor: Manu (Gast)
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Ich hätte nicht gedacht das die Schaltung so ein Schrott ist.
Ich möchte schon bis annähernd 11 Volt regeln können.

Welche Schaltung könnt ich empfehlen ? Möchte 3 Stück 12 Volt - 2 A 
Lüfter gleichzeitig regeln. Also 6A.

Autor: MaWin (Gast)
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Na ja, vertragen deine Lüfter nur analoge Spannung oder sind sie mit 
schnell ein/ausgeschalteten (also PWM) 12V zufrieden ?

Musst du den AVR mit seinem Programm verwenden, weil dessen Software 
schon fertig ist, oder schreibst du selber ?

Da die Lüfter ein Tachosignal haben müssten (sonst passen sie eh nicht 
an den AVR) sollte man schon die positive Spannung reduzieren. Dazu tun 
es PNP-Transistoren oder P-Kanal-MOSFETs besser. Man könnte also statt 
IRF530 einen IRF9530 nehmen, und die beiden Eingänge des LM324, also + 
und -, vertauschen. Theoretisch ist das dann eine Schalrung, die von 0V 
bis 12V regeln kann. Praktisch leidet sie wie gesagt unter den 
Störungen. Damit sie stabil ist, sollte sie stabilisiert werden.

Das macht man einerseits in dem man die Motorspannung filtert, 
andererseits in dem man die Wirkung des Ausgangs direkt auf den EIngang 
rückführt.


                     TS914    +12V
AVR --10k--+--10k--+--|-\       |
           |       |  |  >--+--|I IRF9530
           |    +--(--|+/   |   | S
           |    |  |        |   |
           |    |  +---1nF--+   |
          2u2   +-------10k-----+-- Motor
           |    |
           |   2u2
           |    |
          GND  GND

Leider müssen bei solchen Schaltungen die Bauteilwerte angepasst
werden, damit sie gut regelnn ohne zu schwingen, und ich befürchte,
das kannst du amngels Messgerät (Oszilloskop) nicht.

Autor: Manu (Gast)
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Die Lüfterregelung soll Teil eines bereits bestehenden AVR Projektes 
werden. Alles von mir selbst implementiert.
Ja du hast leider richtig vermutet - verfüge leider über kein oszi.

Ob die Lüfter PWM vertragen geht aus dem Datenblatt leider nicht hervor

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hi und hallo,
habe gerade mal auf die Seite geschaut.

wie ist denn die bodydiode vom Mosfet eingezeichnet? So "Kopfüber", will 
sagen in Flußrichtung. Kann es sein, das der Stefan hier entgegen seinen 
Notizen doch einen P-Kanal Mosfet verbaut hat?
Also der N-Kanal wäre ja zu allem Verdruss, also abgesehen vom 
Sourcefolger und des damit verbundenen Spannungsabfalls, auch noch 
komplett verkehrt herum.

Wenn man sich einen PMosfet in die Schaltung denkt, könnte es fast was 
werden, vorausgesetzt, der PMos leitet wirklich erst oberhalb 4volt( , 
da der LM324, wie schon gesagt, nicht bis an die Positive 
Betriebsspannungsgrenze heranreicht.

die Bodydiode würde dann auch "nach oben" zeigen;)

der LM324 arbeitet als komparator und nicht, wie in anderen Schaltungen 
als Spannungsfolger. Die Hysterese lässt sich mit dem Poti einstellen, 
die PWM liegt sicherlich nicht als pure Gleichspannung vor, sondern die 
Schaltung lebt von der Restwelligkeit, also dem Wechselspannungsanteil 
der PWM.

Ansich richtig durchdacht und kein Mist oder Schrott - nur der Mosfet 
ist eben komplett falsch. Ich denke: Von einer anderen Website, ohne zu 
wissen was überhaupt Sache ist, --> falsch abgemalt und veröffentlicht.

Die Veröffentlichung und Dokumentation des Projektes ist aber als sehr 
gelungen zu bezeichnen. Da sei ihm doch der Schnitzer mit dem MOSFET 
verziehen, oder?


Viele Grüße
Axelr.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Soo, ich habe das mal simuliert.
Fast wie ich es dachte, nur das ich wieder mal zu schnell war mit 
meinen Gedanken ;))

Durch den PMOS kehrt sich natütlich die Wirkweise um, die 
Ausgangsspannung folgt der pulsierenden, rippelden PWM, die Schaltung 
arbeitet nicht als Komparator, wie oben gesagt.

Die Höhe der Spannung ist mit dem Poti bis an die obere 
Betriebsspannungsgrenze einstellbar, der 10µF sorgt allerdings für 
"unbehagen" und sollte entfernt werden.

Fazit: Die Ausgangsspannung folgt der Eingangsspannung im geteilten 
Verhältnis des Spannungsteilers bis an die obere Betriebsspannungsgrenze 
von (hier) 12Volt. Die Schaltung funktioniert mit einem PMOS deiner 
Wahl. Das Layout braucht nicht geändert zu werden.

Autor: Manu (Gast)
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Ich habe die Schaltung so verstanden:

Der OPV bekommt an Ue1 die Spannung ab Lüfter
und an Ue2 die "Gleichspannung" - Sollwertvorgabe.

Der OPV regelt seine Ausgang so das Ue1-Ue2 = 0 ergeben.

Bei voller durchsteuerung des OPVs - maximale PWM - stellen sich ca. 10 
Volt am Mosfet ein. Bei 10 Volt schaltet der MOSFET ja voll durch und es 
steht am Lüfter fast die kompletten 12 Volt an.

So habe ich die Schaltung interpretiert.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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hier habe die Daten für euch.
einmal als Screenshot und einmal als LTSpice Datei *.asc.

Die maximale Verlustleistung des Fets beträgt ein viertel der Leistung 
des Lüfters.

Der Lüfter bekommt halbe Spannung, also auch halben Strom, als ohat er 
noch ein viertel der Leistung. Die gleiche Spannung und somit der 
gleiche Strom, also gleiche Verlustleistung am Fet. Dreht der Lüfter 
schneller, so fliesst zwar mehr Strom durch den Lüfter, aber die 
Verlustleistung im PMOS sinkt, da die Spannung kleiner wird, die er 
verbraten muss.
Umgekehrt das gleiche. der PMOS muss jetzt deutlich mehr Spannung 
verheizen, dafür sinkt der Strom ebenso deutlich.

Kann man bei Leistungsanpassung nachlesen, hat glaube ich was damit zu 
tun.

Gruß

Axelr.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Manu schrieb:
> Ich habe die Schaltung so verstanden:
>
> Der OPV bekommt an Ue1 die Spannung ab Lüfter
> und an Ue2 die "Gleichspannung" - Sollwertvorgabe.
>
> Der OPV regelt seine Ausgang so das Ue1-Ue2 = 0 ergeben.
>
> Bei voller durchsteuerung des OPVs - maximale PWM - stellen sich ca. 10
> Volt am Mosfet ein. Bei 10 Volt schaltet der MOSFET ja voll durch und es
> steht am Lüfter fast die kompletten 12 Volt an.
>
> So habe ich die Schaltung interpretiert.

jaja ist ja richtig soweit, aber sieh dir mal die Bodydiode an - die 
leitet ständig, der IFR530 ist verkehrtrum drinn.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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bei gedrückter "ALT" Taste auf den MOSFET und /oder R4 kann man sich die 
Verlustleistung ausgeben lassen.
Am besten mit "Add Plotpane" auf ein zweites Diagramm legen.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Wahrscheinlich verwendet der Erbauer in der realen Schaltung den IRF5305
(P-Mosfet).

In Eagle (zumindest in der Version 4.x) scheint es aber nur einen
einzigen P-Mosfet mit stehendem TO-220-Gehäuse zu geben (den IRF9530),
und der ist leider buggy (Source und Drain vertauscht¹).

Um sich nicht mühselig ein neues Bauteil zusammenzimmern zu müssen, hat
er für den Schaltplan als Ersatz einfach einen N-Mosfet mit gleichem
Gehäuse und ähnlichem Namen genommen, der diesen Fehler nicht hat: den
IRF530.

Dass er in der Schaltung einen ganz anderen Typ verwendet hat, wäre
vielleicht einen kleinen Hinweis auf seiner Webseite wert gewesen ;-)


¹) Ich möchte nicht wissen, wieviele Wohnungsbrände Cadsoft schon
   verursacht hat ;-)

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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auwei

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Also, in der Schaltung wird definitiv nicht der N-MOSFET IRF530 
eingesetzt!! Denn dann wäre die Source auf +12V gelegt, was keinen Sinn 
ergibt.

Der IRF5305 und der IRF9530 könnten es dagegen tatsächlich sein. Doch 
diese wären dann P-MOSFET Typen.

Womit man mal wieder sieht, daß 99% solcher Projektseiten im Internet 
für den Arsch sind...

Kai Klaas

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Kai Klaas schrieb:
> Womit man mal wieder sieht, daß 99% solcher Projektseiten im Internet
> für den Arsch sind...

Aber ordentlich gemacht, wie ich finde.
Man sieht auch gleich, wo die "Kernkompetenz" liegt. Softwerken scheint 
ihm, dem Stefan, zu liegen ;)

Axelr.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Aber ordentlich gemacht, wie ich finde.

Sorry, aber vollkommen wertlos, wenn die Schaltung nichts taugt...

Auch hätte ich nicht von mir ein Bild mit einem so unsymphatischen 
Lachen veröffentlicht. Aber wahrscheinlich geht es ja hier nur darum 
einem sendungsbewußten Ego eine Plattform zu verschaffen...

Kai Klaas

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Kai Klaas schrieb:
> ein Bild mit einem so unsymphatischen
> Lachen veröffentlicht

habe ich mir garnicht näher angesehen, ging mir nur ums Projekt an der 
Stelle.

seh ich mir mal an

Axelr.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Gut, war natürlich etwas fies von mir. Aber das mit dem IRF530 hätte er 
schon ansprechen müssen...

Kai Klaas

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ist der Generation geschuldet. Könnte mein Sohn sein.
Wenn ich nicht laufend dazwischen gehen würde - er würde auch alles von 
sich ins Netz stellen.

Ich bin sicher, das er die Info zu den Fets auf seiner Seite noch 
nachreicht.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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der hier ist gut:
Beitrag "5V PWM zu 0-12V DC"

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hast du ihn schon angemailt?

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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was mir noch auffällt, ist, das die 22pF am 3.6864Mhz Quarz fehlen und 
mein Inetrtrer Explorer das "ö" von "Mönch" nicht mag. Mitm FF gehts 
aber ;))

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Kai Klaas schrieb:
> Hast du ihn schon angemailt?

ja klar, gegen siehme rum. (19:03)

Autor: Holz (Gast)
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Von der Seite:

>Geburtstag: 11.10.1987
>Alter: 18 Jahre

Scheint nicht sehr aktuell zu sein...

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Axel Rühl schrieb:
> ... mein Inetrtrer Explorer das "ö" von "Mönch" nicht mag.

Dumm ist der Junge nicht, denn er hat schon vor viereinhalb (!) Jahren
geahnt, dass du heute über genau dieses Problem stolpern würdest.
Deshalb hat auf seiner Startseite eine persönliche Nachricht für dich
hinterlassen:  ;-)

  Aktuell: Ihr erreicht diese Homepage auch auf www.stefan-mönch.de
  Solltet ihr den Internet Explorer verwenden dann lest diese FAQ durch!

Vor dreieinhalb Jahren, also lange nach dem letzten Update seiner
Webseite, hat man ihn übrigens auch hier im Forum kurz gesehen:

  Beitrag "Webserver Radig"

Das war nachts ...

... vielleicht sitzt er ja noch vor dem Bildschirm und liest hier mit
;-)

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ja - guter Hinweis, danke. mit den Umlauten war da was, stimmt:

habe die Site hier erreicht: http://www.xn--stefan-mnch-yfb.de/

wirklich nicht aktuell, schade. Bin gespannt, ob die Mail ankommt

denn:
Letztes Update:
07.12.2005 um 19:23:55

Autor: Axel Rühl (Gast)
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Hi Axel,

Es muss ein p-Typ verwendet werden, verbaut wurde letztendlich ein 
IRF5305.
Im Schaltplan ist er verpolt (Hab damals auf die schnelle nichts 
besseres in der Eagle-Lib gefunden).

Gruß,
Stefan

Autor: Axel Rühl (Gast)
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ach, jetzt habe ich garnichts dazu geschrieben...

Also das war die Mail, die ich bekommen habe.
Ich hoffe mal, Stefan hat nichts dagegen, wenn ich die hier im Wortlaut 
wiedergebe.

So, wie sichs hier schon abzeichnete: 
Beitrag "Re: PWM - MOSFET maximale Verlustleistung"

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Das Problem mit solchen Veröffentlichungen ist, daß da oft Schaltungen 
verwendet werden, die garnicht stabil sind und nur aus reinem Zufall 
heraus nicht sofort anfangen zu schwingen. Da sie aber im Internet zu 
finden sind, werden sie von anderen sofort kopiert und ebenfalls 
veröffentlicht. Am Ende entsteht daraus eine Bibliothek von 
"Referenzschaltungen", auf die sich unzählige Menschen beziehen, die 
letztlich aber völlig wertlos ist.

Kai Klaas

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