Hallo alle zusammen! zur Zeit entwickle ich für die Garteneisenbahn meines Nachbarn eine Halbdigitale Steuerung, d.h. er will einen leistungsfähigen Trafo einsetzen und damit vier Schienenkreise ansteuern können, ohne 4 (teure) Regler zu kaufen. Das Projekt ist in soweit gediehen, dass ich eine funktionierende Steuerplatine mit Atmega16 habe, die Befehle über den UART entgegenimmt und dementsprechend über PWM und OV ein analoges Signal erzeugt, dass über ein Flachbandkabel (siehe Stecker im Schaltplan) zur Treiber-Platine geleitet wird. Außerdem gibt es noch ein Umpolungssignal für Vorwärts/Rückwärts, das ein Relais in Betrieb setzt. Problem: Extrem hoher Mosfet-Verschleiß. Die Betriebsdaten des Mosfets (STP16NF06) liegen weit über unseren Bedürfnissen, die Betriebstemperatur stabilisiert sich bei (an der Oberfläche gemessen) 30 °C. Aus irgend einem Grund brennen die Mosfets jedoch häufig durch - es gibt einen Schlag, meist wenn ich die Loks anhalten will und das Mosfet ausschalte, und die drei Kontakte des Mosfets sind bis auf weiteres verbunden... Meine Vermutung: Es liegt an der induktiven Last der Motoren, die beim Ausschalten eine sehr hohe Spannung über das Relais auf die Mosfets loslassen, die diese nicht verkraften. Bevor ich aber noch mehr Mosfets zerschieße, wollte ich mir mal sachkundigen Rat einholen... Falls dem so wäre, müsste ich die Freilaufdiode wie im 2. Schaltplan einbauen, oder? (vom Prinzip her, um die Dimensionierum kümmere ich mich später). Vielen Dank für Eure Hilfe! Viele Grüße Steiny
Angehängte Dateien:
-
driver.png
5,8 KB -
driver2.png
6,1 KB
Stell dir einfach vor, dass der Strom durch den Motor weiter fließen möchte, wenn der FET abschaltet. Falls er das wegen einen fehlenden Strompfades (Freilaufdiode) nicht kann, versucht er, die Wand hochzuklettern und es entsteht eine Induktionsspannung. Die Induktionsspannung ist proportional zur Stromänderung - du kannst dir vorstellen, was dann beim harten Abschalten passiert. Maximilian Stein schrieb: > und dementsprechend über PWM und OV ein analoges Signal erzeugt Was soll das heißen? Steuerst du den FET über Con1.2 mit einer Anlogspannung an?
Guten Abend, deine Schaltung kann so nicht funktionieren. Schau Dir einmal die Verschaltung an den Kontakten der zwei ! K2 an. Man benennt nicht zwei Bauelemente mit dem gleichen Namen K2 = !K2 Was sollen R1, R2 und R3 ? Es gibt Relais, die vertragen 24 Volt ohne Vorwiderstand. Auch an K2 gehören Freilaufdioden. Grüsse Hans
Ein Ähnliches Problem hatte ich auch mal. Die Ursache war ein "in der Luft hängendes Gate". Aus Deiner Schaltung geht leider nicht hervor, was mit dem Gate während des "Abschaltens" passiert - Ist ja nur ein Connector eingezeichnet. Hast Du einen Pull-Down-Widerstand am Gate?
Vielen Dank für die schnellen Antworten! Werner schrieb: > du kannst dir vorstellen, was dann beim harten Abschalten passiert. Ok, alles klar... nachvollziehbar. Ich habe einmal eine Simulation in Excel zusammengebastelt, die sagt mir was von 110 V kurz nach dem Abschalten, das dürfte zuviel für das IC sein... >> und dementsprechend über PWM und OV ein analoges Signal erzeugt > > Was soll das heißen? Steuerst du den FET über Con1.2 mit einer > Anlogspannung an? Ja... erschien mir zunächst einfacher, weil ich im Bereich Digital-Analog-Converter bisher noch keine Erfahrungen habe und nicht sicher war, ob so eine zerhackte Ausgabe auf der 24-V-Seite zu Problemen führen würde und wie ich die Kapazität von Kabel und Mosfet usw. beachten muss (die ja alle das Signal irgendwie glätten) - da war mir das Nachbilden des mechanischen Regelns erst einmal sicherer. > Ich würde den Mosfet durch einen Logic-Level-Fet ersetzen. Heißt Logic-Level-Fet, dass der FET mit 5 V-Spannung betrieben wird? Der eingesetzte FET verkraftet normalerweise auch deutlich höhere Spannungen, aber laut Datenblatt liefert der laut Datenblatt bei Vds=15 V und Vgs=5 V schon rund 8 A, mehr als genug für die Anwendung, die dann bei Vds=24 V läuft. Kann man das so sehen oder wäre es auf alle Fälle angeraten, umzubauen und das Mosfet schnell an- und auszuschalten (also auf die Glättung auf 5-V-Seite zu verzichten)? > Man benennt nicht zwei Bauelemente mit dem gleichen Namen K2 = !K2 Das mit den Relais ist ziemliches Gebastel, gebe ich zu... Ich hatte die schon da und wollte die gern mit verwenden, da aber das große Twin-Relais K2 mit 20 A oder so (das Eagle für beide Spulen so benannt hat) erst ab 9 V schaltet, aber 24 V (die mir der Trafo liefert) nicht verkraftet, habe ich die kleinen Signalrelais als Vorstufe genommen, sodass ich den Phasenumkehrer insgesamt mit 5 V ansteuern kann. Der Teil funktioniert auch einwandfrei (wie kurzzeitig die ganze Schaltung). > Auch an K2 gehören Freilaufdioden. Brauche ich die auch, wenn das nur durch ein Relais != digital geschaltet wird? Viele Grüße Steiny
Maximilian Stein schrieb: >> Auch an K2 gehören Freilaufdioden. > > Brauche ich die auch, wenn das nur durch ein Relais != digital > geschaltet wird? Ja, denn damit schonst Du die Kontakte von K1 vor den Induktionsspannungsspitzen. Aber schau Dir Bitte noch einmal die Verschaltung der Kontakte von den K2 an! Im jetzigen Zustand der Relais gibt es eine direkte Verbindung von +24Volt zum Transistor, und dann nach Gnd. Wenn die Kontakte geschaltet haben, ebenso. Ich hoffe, das nur die Zeichnung falsch ist. Grüsse Hans
> Ja, denn damit schonst Du die Kontakte von K1 vor den Induktionsspannungsspitzen. Achso, ok, dann baue ich die auch noch mit ein. > Im jetzigen Zustand der Relais gibt es eine direkte Verbindung von +24Volt zum Transistor, und dann nach Gnd. Wenn die Kontakte geschaltet haben, ebenso. Die beiden Kontakte von K2 sind aber - insofern die ganze Anlage unter Strom steht - immer entgegengesetzt geschaltet. Wenn CON1.1 = 0 ist, dann wird K2.1 aktiviert und K2.2 bleibt auf Null. Also schaltet nur einer der beiden Schalter des K2 und so geht 24 V an den einen und Drain vom Mosfet an den anderen Kontakt der Schiene. Ich war mir aber wegen des Schaltsymbols sowieso nicht sicher, mein Relais, das NEC-EP2 gabs nicht in den Eagle-Libs und da habe ich, da ich nur den Schaltplan brauchte und den Treiber dann per Lochrasterplatine und Direktvertrahtung aufbaute, einfach irgendein Relais genommen, dessen Symbol für mich passend aussah. Mir fällt auch gerade auf, dass aus dem Schaltplan z.B. gar nicht ersichtlich wird, welche Spule K2.1/K2.2 welchen der beiden Schalter steuert. Ich dachte mir, dass es vielleicht ganz günstig wäre, beide Schienen im ausgeschalteten Zustand miteinander kurzzuschließen, damit kein Potential zwischen den Schienen zurückbleibt, wenn jemand den Stecker zieht... Viele Grüße Steiny
Maximilian Stein schrieb: > Die beiden Kontakte von K2 sind aber - insofern die ganze Anlage unter > Strom steht - immer entgegengesetzt geschaltet. Da hatte ich Tomaten vor den Augen, sorry. Ein Kontakt von K1 ist ja Öffner, und der andere ein Schliesser. Grüsse Hans
Gut, vielen Dank für eure ganze Hilfe!!! Ich werde mich also bemühen, noch ein paar ordentliche Dioden einzubauen... Viele Grüße Steiny
Wenn du keine Dioden hast, aber genügend MOSFETS, kannst Du auch statt der Dioden einen MOSFET einbauen, bei dem Du Gate und Source kurzschließt. Die Source-Drain-Diode beim STP ist dick und schnell genug.
Stimmt, ist auch eine Variante. Nur die Mosfets muss ich sowieso neu bestellen (alle zerstört :( ), da kann ich auch noch ein paar Dioden mit ordern.
Angehängte Dateien:
-
S_SRF_GB.png
33 KB -
s_fr4093.png
7,4 KB
Wenn Du mehrere Fahrtregler aus einem MC ansteuerst und aus einer Trafowicklung versorgst, dann kann es beim Überfahren von Abschnittsgrenzen zu Kurzschlüssen kommen, die die FETs sterben lassen. Du solltest also für jeden Stromkreis eine separate (von den anderen galvanisch getrennte) Trafowicklung vorsehen und auch eine separate PWM-Erzeugung (kann ein MC sein, aber auch ein CD4093). Ich hänge Dir mal eine erprobte Schaltung an, die allerdings mit einem RC-Funkempfänger (2,4GHz) arbeitet und mehr als 10A (die Bemaßung der Sicherung stimmt nicht mehr) ohne nennenswerte Wärmeentwicklung liefert. Die PWM-Frequenz beträgt dabei 28,8kHz. Die Schaltung ist zu diesem System kompatibel: http://www.hanneslux.de/planet5b/index.html Seit über 10 Jahren gut bewährt haben sich auch PWM-Fahrtregler ohne Mikrocontroller. Setzt man statt des angegebenen BUZ11 einen besseren FET von IR ein (IRF540/IRF1404) ein, so kann man ruhig 10A ansetzen. Ich hänge Dir auch mal diese (recht alte) Schaltung an. ...
> Wenn Du mehrere Fahrtregler aus einem MC ansteuerst und aus einer > Trafowicklung versorgst, dann kann es beim Überfahren von > Abschnittsgrenzen zu Kurzschlüssen kommen, die die FETs sterben lassen. Das wäre natürlich kontraproduktiv... Da muss ich mal nachfragen, ob mein Nachbar vor hat, über Abschnittsgrenzen hinweg zu fahren. Würde das in meinem Entwurf auch funktionieren, wenn ich auf die Glättung verzichte und die Mosfets direkt mit PWM antreibe (Frequenz meines Soft-PWMs bei ca. 250 Hz = 16 MHz / 2^16; ließe sich auf 16 MHz / 2^8 = 62,5 kHz erhöhen)? -> welche Frequenz ist da sinnvoll?
Maximilian Stein schrieb: > welche Frequenz ist da sinnvoll? Wie Deine Motoren reagieren weiß ich nicht. >25kHz damit es kaum einer hört und eine, die nicht stört, da Deine Gleise eine prima Antenne sind und jeder steile Impuls auch noch schöne Oberwellen erzeugt. Stell Dein Radio daneben. Thema Relais siehe http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern
Maximilian Stein schrieb: > welche Frequenz ist da sinnvoll? Wenn Du meine Link verfolgt hast, dann weißt Du, dass im RC-Fahrtregler die PWM-Frequenz in vier groben Schritten einstellbar ist. Die Frequenzen ergeben sich aus dem verwendeten Baudraten-Quarz von 7,3728MHz und den für Timer0 verfügbaren Vorteilern. Anfangs war nicht geplant, die maximale PWM-Frequenz zu nutzen, aber sie hat sich mit LGB-Antrieben als optimal erwiesen. Und das sowohl in den Loks mit Akkubetrieb als auch in den Stationärfahrtreglern zur Versorgung über das Gleis. Die in den LGB-Loks verbauten siebenpoligen Bühler-Motoren lassen sich damit butterweich steuern, pfeifen nicht und haben volles Drehmoment. Maximilian Stein schrieb: > Da muss ich mal nachfragen, ob > mein Nachbar vor hat, über Abschnittsgrenzen hinweg zu fahren. Selbstverständlich wird er das vorhaben, denn ich gehe nicht davon aus, dass er auf 4 separaten Kreisen jeweils nur im Kreis fahren will. Gartenbahn hat ja meist schmalspurige Nebenbahn mit eingleisigen Strecken und gelegentlichen Ausweichstellen zum Vorbild. Vier Stromkreise werden üblicherweise so aufgeteilt, dass einer den Bahnhof versorgt, der nächste die Strecke bis zur Ausweiche, ein weiterer die Strecke von der Ausweiche zur anderen Seite des Bahnhofs und der vierte für eine weitere Strecke oder den BW-Teil des Bahnhofs. Wenn man clever ist, macht man die Durchgangsgleise des Bahnhofs auch noch umschaltbar. Das erspart bei Einfahrten oder Ausfahrten das Überschreiten der Abschnittsgrenzen, was je nach Tastgrad und Phasenlage der PWM zu Sprüngen führen kann, wenn die Lok durch ihre Stromabnehmer zwei Abschnitte miteinander verbindet. ...
Hannes Lux schrieb: > Vier Stromkreise werden üblicherweise so aufgeteilt, dass einer den Bahnhof > versorgt, der nächste die Strecke bis zur Ausweiche, ein weiterer die > Strecke von der Ausweiche zur anderen Seite des Bahnhofs und der vierte > für eine weitere Strecke oder den BW-Teil des Bahnhofs. Eigentlich dachte ich schon, dass es mehr oder weniger bei ihm Kreise werden sollen (auf denen man im Kreis fährt), jedoch sollen Loks wenn möglich zwischen diesen wechseln können. > Wenn Du mehrere Fahrtregler aus einem MC ansteuerst und aus einer > Trafowicklung versorgst, dann kann es beim Überfahren von > Abschnittsgrenzen zu Kurzschlüssen kommen, die die FETs sterben lassen. Werden die FETs nicht eigentlich auch bei solchen Kurzschlüssen durch die Freilaufdioden geschützt? Falls die Kreise gegeneinander eingestellt sind (also Kreis 1 die Lok in die eine und Kreis 2 in die andere Richtung schicken will), dann hängt ja quasi der FET direkt am Pluspol. Aber der ist ja eigentlich durch die Spannung am Gate auf einen bestimmten Strom eingestellt (der bei unserer höchsten jemals angelegten Gate-Spannung immer noch unter dem maximalen Strom liegt), sodass der FET eigentlich heil bleiben sollte, oder? Und wenn beide Kreise in die gleich Richtung ziehen, aber unterschiedlich viel Strom liefern, dann sollte es doch einen Ausgleichsstrom über die Freilaufdiode zwischen den Anschlüssen des Wenderelais fließen? Beide Fälle wären zwar nicht gut (würden Trafo und Diode belasten)... Das Konzept auf deiner verlinkten Seite finde ich aber auf jeden Fall interessant. Das wäre dann sowieso der nächste Schritt (den wir uns schon langfristig überlegt haben): Den Trafo wieder direkt an die Schienen hängen und jeder Lok einen Empfänger samt Atiny, Mosfet und Wechselrelais einzubauen, das die Befehle per Funk (z.B. den RFMs von Pollin) entgegennimmt. Vorerst wollen wir es jedoch etwas einfacher angehen und quasi die analoge Variante nur mit digitalem Aufsatz nachbilden. Auf jeden Fall werde ich mal probieren, die PWM direkt zu verwenden, so kann ich mir ja schonmal die aufwendige Kühlung der Mosfets sparen.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.