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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ansteuern eines Mosfet mit Relais - suche Alternativen (Anfänger)


Autor: Nick Seidl (cricetus)
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Hallo liebes Forum!

Da ich viel bastle und mich die Elektronik sehr interessiert, bin ich 
über Google immer wieder in Eurem Forum gelandet, und habe auf so einige 
Fragen eine Antwort gefunden.

Leider stehe ich diesmal vor einem Problem, das mir schon seit Tagen 
Kopfzerbrechen bereitet, da meine Bauteilkenntnisse gleich null sind.


Mein Vorhaben:
Ein Motor soll auf Tastendruck ein Getriebe drehen. Wenn der Taster 
losgelassen wird, soll sich das Getriebe bis zu einem bestimmten Punkt 
weiterdrehen und dann stoppen. Der "bestimmte Punkt" ist ein Nocken am 
letzten Zahnrad, der einen Taster betätigt.

Der Motor soll über einen niederohmigen N-Kanal Fet geschaltet werden 
(zb. IRFP3703), zusätzlich soll der Motor beim Abschalten gebremst 
werden, in diesem Fall schließt ein IRF4905 die Motorwindungen kurz.

In der Zeichnung stellt S1 den von Hand betätigten Taster dar, S2 ist 
der vom Zahnradnocken betätiger Öffner.

Die Schutzdiode an der Relaisspule fehlt noch, und auf den 30kR 
Widerstand könnte ich a eigentlich auch verzichten oder?


Was ich mir wünsche, wäre eine weitaus kleinere und schnellere 
Schaltung, die ohne Relais auskommt.

Hättet Ihr vielleicht ein paar einfache Ideen, wie man die Fets noch 
steuern könnte?

MFG!

Autor: Nick Seidl (cricetus)
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Ich vergaß zu erwähnen, dass der Motor mit 13,5V arbeitet, der Strom 
sollte unter 30A bleiben.

Ich habe vorher bereits eine andere Möglichkeit versucht, nämlich die 
Gate ladung über einen Kondensator aufrecht zu erhalten, bis der 
Zahnradnocken S2 schließt und den Kondensator entlädt.

Leider ist diese Schaltung abgeraucht :(

Verwendet wurde ein L1004S N-Fet und der IRF4905 P-Fet.

Ein 100R Gate Widerstand fehlt noch in der Zeichnung, muss der direkt an 
jedem Gate-Beinchen sitzen oder reicht einer vor beiden Gates?

Dürfen die Kühlkörper der Fets denn elekrisch verbunden sein?

MFG!

Autor: MaWin (Gast)
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> Was ich mir wünsche, wäre eine weitaus kleinere
> und schnellere Schaltung, die ohne Relais auskommt.

Wie schnell bremst denn dein Motor ?

In 1/100 Sekunde oder 1/10000 Sekunde oder 1/10000000 Sekunde ?

Egal, er ist immer langsamer als deine Schaltung,
die muss also sicher ncht schneller werden.

In Autos bekommen die Scheibenwischer das seit Jahrzahnten
hin, ohne jegliche Elektronik, ohne Relais, in dem die
Leute es einfach richtig konstruieren.

Schlaue Ingenieure, was ?

Sie nehmen (wenn sie bremsen wollen) einen Nocken, der bei
erreichen der Endposition den Schalter UMSCHALTET und nicht
nur schliesst, und sie nehmen zum Starten dann einen taster
der UMSCHALTET und nicht nur schliesst.

Du hast also die falsche Bauteilauswahl, und kannst nun
jammern das dir das alles zu gross und zu langsam wäre,
aber der richtige Ansatz wäre es, einfach gleich die
richtigen Bauteil zu besorgen, dann sparst du dir die
Jammerei.

   +------------o Nockenschalter
   |              /o--+
   +-----+    +-o/    |
   |     o    |       |
Batterie   /o-+     Motor
   |     o/           |
   |     |Taster      |
   +-----+------------+

Wenn es nun zwangsweise mit den vorhanden Bauteilen gehen
muss, deren Kontakte leider falschrum schalten, dann wird
das nicht ohne Zusatzbauteile gehen, also zwangsweise
grösser.

Statt deiner MOSFETs und dem Relasi könntest du nur mit
einem Relais auskommen, wenn dieses einen Umschaltkontakt
hätte. Hier hast du scheinbar wieder das falsche Bauteil
gekauft.

Und so wird es von Fehlkauf zu Fehlkauf halt immer aufwändiger,
das hat nichts mit der Technik zu tun, sondern mit der Methode:
Erst denken, dann kaufen, wäre der richtige Weg.

Mit einem PMOSFET und einem NMOSFET kann man zwar einen
Umschalter bauen


       Batterie
          |Source
    +--PMOSFET
    |     |
  --+     +--Motor--+
    |     |         |
    +--NMOSFET      |
          |Source   |
        Masse-------+

aber die Ansteuerung kann schnell zu einem Kurzschluss führen
der der dann einfach beide MOSFETs kaputt gehen. Du solltest
deine mal überprüfen, ob sie nicht schon kaputt sind.

         +--Batterie-------+
        1k       |         |
  Taster |       |         |Source
 +--o/o--+--|>|--(---+--PMOSFET
 |       |       |   |     |
 +--o/o--+      1M   1M    +--Motor--+
 |Nocken |       |   |     |         |
 |       +--|<|--+---(--NMOSFET      |
 |       1N4148      |     |Source   |
 |                   |     |         |
 +-------------------+---Masse-------+

Mindestens so viel Aufwand ist nötig, schon unter Ausnutzung
der Gate-Kapazität der MOSFTEs, damit sie nicht gleichzeitig
durchschnalten und kurzschliessen. Mehr Aufwand wäre besser :-)

Autor: Nick Seidl (cricetus)
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Erstmal danke für deine Antwort.

Leider muss ich aus Platzgründen mit einem Microschalter am Nocken 
auskommen, sei es Öffner oder Schließer.

Das Zahnrad dreht ca. 20mal in der Sekunde. Ein Problem ist, dass durch 
den Schwung der Motor nach dem abschalten eh schon zu weit dreht, somit 
müsste ich nur den Nockenschalter versetzen, was aber durch den 
Platzmangel nicht geht. Deshalb ist die Schaltzeit des Relais sehr 
nachteilig.

Nun zu deiner letzten Schaltung, ich hoffe ich habe das richtig 
verstanden:

Wenn beide Schalter offen sind, ist der P-Fet gesperrt, und der N-Fet 
leitend, und schließt den Motor kurz -> Bremse

Wird S1 betätigt, dann wird der P-Fet leitend und bestromt den Motor, 
der N-Fet wird gleichzeitig gesperrt.

Aber wenn ich S1 loslassse bleibt der Motor sofort stehen oder?

Er soll sich aber weiterdrehen bis S2 betätigt wird, dann erst soll er 
stehenbleiben.

Während S1 gedrückt ist, soll S2 keinen Einfluss haben, was in deiner 
Schaltung eh der Fall ist.

MFG

Autor: MaWin (Gast)
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> Er soll sich aber weiterdrehen bis S2 betätigt wird

Hmm, ich dachte, er soll sich weiterdrehen, bis S2 öffnet.
Dann eben so:

 +---1k----------+---------+---------+
 |               |         |         |
 |  S2           |         |Source   |
 +--o/o--+--|>|--(---+--PMOSFET   Batterie
         |       |   |     |         |
 +--o/o--+      1M   1M    +--Motor--+
 |  S1   |       |   |     |         |
 |       +--|<|--+---(--NMOSFET      |
 |       |           |     |Source   |
 |      30k          |     |         |
 +-------+-----------+-----+---------+

Sollte die Transistoren im Umschaltmoment wegen prellender
Taster immer noch gleichzeitig einschalten und einen
Kurzschluss bilden, lege ja 10nF parallel zu jedem 1M Ohm
Widerstand.

Autor: Daniel S (Gast)
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RS Flipflop und Halbbrückentrreiber IR2111 erfüllen den Zweck. Die 
Versorgung des HighSide Treibers muss über eine Hilfsspannung erfolgen.

Autor: Nick Seidl (cricetus)
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MaWin schrieb:
>> Er soll sich aber weiterdrehen bis S2 betätigt wird

S2 ist ein Mikroumschaltkontakt, ich kann ihn als Öffner oder Schließer 
benutzen.

S1 ist übrigens auch ein Umschaltkontakt.


Ich muss schon sagen, für mich ist deine Schaltung eine wirklich harte 
Nuss.

Habe ich sie denn richtig gezeichnet?

Ich hoffe nämlich nicht, denn sonst versteh ich gar nix mehr. Sind nach 
meiner Zeichnung nicht beide Fets leitend wenn kein Taster gedrückt ist?

Autor: MaWin (Gast)
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> S2 ist ein Mikroumschaltkontakt,
> ich kann ihn als Öffner oder Schließer benutzen.

Na dann hättest du doch die

         +--Batterie-------+
        1k       |         |
  Taster |       |         |Source
 +--o/o--+--|>|--(---+--PMOSFET
 |       |       |   |     |
 +--o/o--+      1M   1M    +--Motor--+
 |Nocken |       |   |     |         |
 |       +--|<|--+---(--NMOSFET      |
 |       1N4148      |     |Source   |
 |                   |     |         |
 +-------------------+---Masse-------+

nachbauen können (Nocjen önnet wenn Motor an Anhalteposition ankommt) 
und nicht jammern müssen.

> S1 ist übrigens auch ein Umschaltkontakt.

Na dann hättest du sogar
   +------------o Nockenschalter
   |              /o--+
   +-----+    +-o/    |
   |     o    |       |
Batterie   /o-+     Motor
   |     o/           |
   |     |Taster      |
   +-----+------------+
nachbauen können.

> Ich muss schon sagen, für mich ist deine
> Schaltung eine wirklich harte Nuss.

Die Leute wollen es halt immer einfach,
und verstehen unter einfach,
daß wenige Bauteile verwendet werden.
Nur: damit man es mit wenigen Bauteilen schafft,
muss man oft Tricks ausnutzen,
die sind dann nicht mehr einfach.

> Habe ich sie denn richtig gezeichnet?

Ja.

> Ich hoffe nämlich nicht, denn sonst versteh ich gar nix mehr.
> Sind nach meiner Zeichnung nicht beide Fets leitend wenn
> kein Taster gedrückt ist?

Nein.
                 +---------+---------+
                 |         |         |
                 |         |Source   |
         +--|>|--(---+--PMOSFET   Batterie
         |       |   |     |         |
         +      1M   1M    +--Motor--+
         |       |   |     |         |
         +--|<|--+---(--NMOSFET      |
         |           |     |Source   |
        30k          |     |         |
         +-----------+-----+---------+

Die 30k ziehen über die untere Diode den NMOSFET auf 0V,
schaletn ihn also aus, der 1 M Ohm Widerstand kommt dagegen
nicht an.

Und die obere Diode sperrt zum PMOSFET, dessen Gate liegt
über seine 1 MOhm an Masse und damit 12V niedriger als
sein Source-anschluss, also leitet er, der Motor bekommt
12V und dreht sich,

denn beide Taster offen heisst: Nockenschalter nicht an
Endposition, Motor muss laufen bis Nockenschalter schliesst.


Bau die Schaltun erst mal auf und verbinde am NMOSFET das
Gate nicht mit der Schaltung, sondern direkt mit Source
des NMOSFETs (damit der dauern ausgeschaltet bleibt).

      |
   +-NMOSFET
   |  |Source
   +--+
      |

Wenn sie funktioniert (Motor läuft nach Tastendruck bis
zur Nocke) aber über die Nocke hinwegläuft, dann erst
verdrahte das Gate des NMOSFET wie gezeichnet. Bremst sie
dann besser, ist alles in Ordnung. Geht sie dann gar nicht
mehr, waren beide Transistoren leitend und sind nun kaputt.
Dann muß man sich was anderes ausdenken.

Autor: Nick Seidl (cricetus)
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Da liegt ja der Hund begraben, der Motor kann das träge Getriebe nicht 
so schnell stoppen, der Nocken dreht während dem Bremsen des Motors 
weiter und öffnet S2, der Motor würde immer wieder anlaufen.

Ich habe also nur einen Impuls von S2 der den Motor zum Stillstand 
bringen soll.

Weiters wäre es in meinem Interesse den Motor über den N-Fet zu schalten 
und den P-Fet als Bremse zu benutzen, wenn möglich.


Ich hatte dank Dir schon einige Ahhh Erlebnisse, mittlerweile verstehe 
ich die Schaltung schon so einigermaßen, da werd ich demnächst mal 
Bauteile kaufen gehn :)

MFG!

Autor: Nick Seidl (cricetus)
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Ich habe mal versucht, die Mosfets zu vertauschen, ist die Zeichnung so 
richtig?

Taster S1 = von Hand betätigter Schließer
Taster S2 = von Nocke betätigter Schließer

Bleibt mir aber immer noch das Problem, dass das Getriebe nach 
abschalten durch die Trägheit weiterdreht, und den Nockenschalter wieder 
öffnet, somit läuft der Motor wieder an. Ohne großen mechanischen 
Aufwand schaffe ich es nicht, die Betätigungszeit an S2 zu verlängern.

Aber trotzdem vielen lieben Dank für die bisherige Hilfe, es macht mir 
wirklich Freude etwas dazuzulernen!

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