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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Halogenlampe mit PWM steuern


Autor: Ithamar Garbe (antimon)
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Hallo,

da ich nach längerem Suchen keine zufriedenstellende Lösung gefunden
habe, wende ich mich jetzt direkt an Euch:

Ich möchte mit meinem Atmega8 eine Niedervolt-Halogenlampe per PWM
dimmen. Das geht ja am besten per FET, aber mit welchem? Ich habe hier
diverse BUZ11, BUZ72A oder IRFZ34N.
Logik-kompatibel sind die ja meines Wissens nach nicht, also bringen
mir die 5V Ausgangsspannung der Ports vom AVR nicht direkt was. Im
Prinzip bräuchte ich also noch eine Vorstufe, richtig? Eine +12V bzw.
+15V-Schiene habe ich zur Verfügung, wie stelle ich das dann am Besten
an?
Dann die nächste Frage: Wie PWM prinzipiell funktioniert, ist mir klar
- brauche ich dann aber bei einer Halogenlampe noch einen
Tiefpassfilter? Vermutlich nicht, aber falls ja, wo muss der sich
befinden?

Autor: Jens D. (jens) Benutzerseite
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erstens
was willst du mit PWM steuern??
du meinst sicher regeln

du kannst das PWM signal mit einem kleinem NPN Transistor auf deine 15V
brinngen (wenn die fets nicht schon bei 5V schalten)

nein du brauchst keinen filter es reicht, wenn du die lampe immer ein /
ausschaltest

kannst es ja mal mit einer diode versuchen ;)

Autor: Bernhard Gebert (Gast)
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Hallo Antimon,

die einfachste Lösung für einen Pegelwandler ist sicherlich ein
NPN-Transistor, der das Gate gegen Masse zieht und ein Widerstand von
Gate nach Versorgungsspannung der Lampe.
Alle anderen Lösungen sind mit Treibern (benutze die Suche!) und somit
teurer als ein FET.

Wenn du die Frequenz auf deutlich über 50 Hz und unter einigen kHz
einstellst benötigst du weder Treiber noch Tiefpass.

MfG,
Bernhard

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Regeln erfordert aber einen geschlossenen Regelkreis, also erstmal
steuern...

Ein OPV (L272M) als Komparator könnte helfen. Plus-Eingang an AVR,
Minus-Eingang (Referenz) über Spannungsteiler auf 2,5V legen.
Stromversorgung an +15V und GND, Ausgang (Gegentakt!) über einige Ohm
an Gate des BUZ11.

...

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Hi...

Bei höheren Leistungen bzw. Strömen sollte man darauf achten, dass das
Gate des MOSFET (das ja eine nicht zu vernachlässigende Kapazität hat)
schnell aufgeladen und schnell entladen wird, damit der halb
durchgesteuerte Bereich des MOSFET möglichst schnell durchfahren wird.
Denn in diesem Bereich wird viel Wärme erzeugt, voll durchgesteuert und
voll gesperrt jedoch kaum. Ein einzelner Transistor kann nun nur
aufladen oder nur entladen (je nach Schaltung), man braucht aber eine
Push/Pull-Stufe. Und da ist neben den speziellen Treiberschaltkreisen
ein leistungsfähiger OPV eine gute Lösung.

...

Autor: Ithamar Garbe (antimon)
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Also im Anhang habe ich einen Skizze vom Schaltplan, wie ich mir es in
etwa vorstellen könnte... Bauteildimensionen sind nicht unbedingt
perfekt, was würdet Ihr mir da vorschlagen? Oder ne ganz andere
Schaltung?

@HanneS: Die Idee mit dem OPV finde ich sehr gut, aber irgendwie sind
mir OPVs wegen der Spannungsversorgung unsympathisch... der von dir
vorgeschlagene bräuchte ja +28V... ausserdem müsste ich den erst
bestellen, da habe ich nur ein paar 741'er und LM358'er... und da
bräuchte ich dann sogar ne negative Spannung :(

Die Sache mit den Kapazitäten ist auch so ein Problem - wenn ich von
meiner Schaltung ausgehe heisst dass der 10k-Widerstand müsste
möglichst klein sein, damit viel Strom fliessen kann um das Gate
aufzuladen, oder? Aber dadurch habe ich dann auch mehr Verlustleistung?

Autor: Jojo S. (Gast)
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ich habe auf einem Steckbrett mal eine PWM mit einem IRL3103 aufgebaut
und eine 20 W Halogenlampe als Last dran, hat funktioniert ohne das der
FET warm wurde. Angetrieben von einem Mega32 über einen 1k R. Besser ist
vermutlich noch einen ext. Pullup einzusetzen. Die Lampe liess sich sehr
weit runterdimmen.
Die genannten FET's waren von Neuhold-Elektronik, 5Stk. für 1,96€.
http://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_i...

Autor: Rahul (Gast)
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Bei uns in der FH haben sie als Mikrosystem-Labor eine PWM mit einem
vierfach OP (LM324) realisiert.
Zweck der Übung ist den Umgang mir Elektronik zu lernen und Platinen
herzustellen (OrCAD...)

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Hi...

Deine Schaltung ist nicht gut. Ich werde sie aber nicht weiter
kommentieren, da es nicht meine Idee war, einen Transistor zu benutzen.
Aber da kannst du auch gleich das Gate mit dem AVR-Ausgang über 10...33
Ohm ansteuern...

Der L272M funktioniert bei mir in einer Schaltung mit 5V und treibt
direkt (als H-Brücke) Elektromotoren an. Er wird vom AT-Tiny15
angesteuert.

Du hast geschrieben, dass dir +15V zur Verfügung steht, damit kann man
ihn gut betreiben. Begründung:
Um die Betriebsspannung des OPV in deiner Anwendung festzulegen,
sollten wir erstmal analysieren was er tun soll.
Er soll eine Spannung von 0V oder 15V an das Gate des MOSFETs anlegen.
Da der Ausgang eines OPVs in Komparatorbetrieb (annährend) die
"Endlagen" seiner Betriebsspannung annimmt (also + und - seiner
Stromversorgung), bietet sich die Versorgung mit GND als Minus und +15V
als Plus an.
An die Eingänge dürfen nun Spannungen zwischen 0V (GND) und +15V
angelegt werden. Der nichtinvertierende Eingang soll an den
AVR-Ausgang. Der AVR-Ausgang "klappert" zwischen 0V und +5V. Also
erzeugen wir mit 2 (gleichen) Widerständen aus den +5V der
AVR-Betriebsspannung die Mitte, also 2,5V und legen diese an den
invertierenden Eingang des OPVs. Ist der AVR-Ausgang nun über 2,5V,
dann liegt der OPV-Ausgang (und damit das Gate) auf (fast) +15V. Liegt
der AVR-Ausgang auf unter 2,5V, dann wird das Gate vom OPV auf GND
gezogen. Ein Widerstand von 10...50 Ohm zwischen OPV-Ausgang und
MOSFET-Gate begrenzt den Gatestrom während der Umladung und verringert
Störungen, die durch zu schnelle Stromänderungen entstehen können.
Den L272M hatte ich vorgeschlagen, da er im DIL8-Gehäuse preiswert bei
Reichelt verfügbar ist und einen Strom von 1A treiben kann, also das
Gate sehr schnell umladen kann, was die Verlustleistung (Erwärmung)
stark reduziert. Denn irgendwann nimmst du ja doch eine oder mehrere
50(55)W-Halogenlampen und dann kommt es eben auf geringe Erwärmung des
MOSFET an.

...

Autor: Ithamar Garbe (antimon)
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Okay, hört sich einleuchtend an...

Gibts auch die Möglichkeit statt dem L272M auch nen anderen OP zu
verwenden? Irgendwie möchte ich ungern schon wieder beim Reichelt
bestellen, kost alles Geld, und dann muss ich wieder so viele Sachen
bestellen die mir gefallen ;)

Da hätte ich eben den 741, den LM358 oder einen TL082, könnte man damit
was anfangen?
Bin nicht so der Experte in Sachen OPV, die sind immer noch ein Buch
mit 8 oder 9 Siegeln für mich...

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Dann schau doch mal in die zugehörigen Datenblätter.
Wichtig ist:
- Betriebsspannungsbereich (asymmetrisch versorgt)
- Ausgangsstrom
- Gegentaktendtufe

Ich bin auch nicht das wandelnde IC-Datenbuch.
Ich habe dir den L272M empfohlen, weil ich ihn für geeignet halte. Es
gibt sicher noch hunderte (tausende?) geeignete Typen, ich kenne sie
aber nicht.

Falls du einen TDA2030 herumliegen hast, der ist zwar Overkill, geht
aber auch. Ist auch nur ein OPV, aber mit höherem Ausgangsstrom.

...

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo Antimon,

ich würd vorschlagen, wenn schon ein zusätzliches IC, dann auch einen
"richtigen" Fet Treiber (z.B. TC426,TC427 je nach Polarität). Wobei
für eine Lampensteuerung sicherlich ein Logik-kompatibler Fet dicke
ausreicht. Nachteil dabei ist sicherlich, daß das Ganze nicht
kurzschlußfest ist. Ein Filter ist unter Umständen durchaus eine
Überlegeung wert. Ich hab schon erlebt, daß bei "großen"
Halogenlampen (>250 W) ansonsten störende Geräusche auftreten können.

Die Schaltzeiten dürften mit einem L272M nicht besser sein als mit
direckter Ansteuerung von einem Port-Pin.

die besten Grüße

Thomas

Autor: Ithamar Garbe (antimon)
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Ok, vielleicht habe ich mich nicht verständlich genug ausgedrückt ;)
Ich möchte gar keine Hochleistungs-Lampen ansteuern... sondern nur 1-2
"kleine" Halogenlampen mit jeweils 20W @ 12V
Wenns nicht anders geht, würde mir sogar eine 10W-Lampe reichen...

Es soll nur eine kleine Beleuchtung mit zwei PWM-Kanälen werden, um
zwei Lampen langsam bist zur vollen Lichtstärke zu dimmen und eventuell
auch auf einer Zwischenstufe gedimmt zu lassen... aber wie gesagt,
notfalls würde auch eine Lampe mit 10W langen, zwei mit jeweils 20W
wäre natürlich noch schöner, aber das wären immerhin 3,3A ...

Die Idee mit der Zwischenstufe kam mir nur wegen der Spannung - damit
der FET auch sicher durchschaltet... aber wenns auch ohne geht, wärs
natürlich noch besser. Wenn ich das richtig interpretiere, würde der
IRFZ34N bei 5V schon 10A durchlassen, das würde locker langen...

Und wie müsste ich den dann beschalten, um den Port des µC zu schonen,
aber trotzdem noch ne halbwegs gescheite PWM-Steuerung hinzubekommen?

Autor: beta-frank (Gast)
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Für eine 100W-Halogenlampe hab ich mal nen IRF7455 (SO8-Gehäuse,
R_ds_on~7mOhm bei U_gs=4,5V) genommen. Über 220Ohm war er direkt am
AVR-Pin. Mit f_PWM=490Hz blieb er temperaturmäßig anfassbar...

Autor: Ithamar Garbe (antimon)
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Okay, ich habs jetzt einfach mal sog gemacht: Mit 1k an Gate und dann
die Halogenlampe an Drain angeschlossen - funzt einwandfrei und der FET
wird auch nicht warm :)

Jetzt kommt die nächste Hürde:
Mit meinem Labornetzteil funzt das einwandfrei, da ich von dem 12V
Gleichspannung bekomme - aber die Halogenlampen-Trafos bringen ja
Wechselspannung.
Da bei meinem FET ne Freilaufdiode integriert ist, kann ich eine
Wechselspannung sowieso nicht anlegen, sonst grillt es mir die.
Und verträgt sich PWM und Wechselspannung eigentlich? Oder könnte es da
zu Interferenzen kommen? Vermutlich nicht weil die Frequenzen zu weit
auseinanderliegen oder?
Im Prinzip müsste ich eigentlich eine Phasenanschnittsteuerung machen
oder habt Ihr ne andere Idee?
Gleichrichten und glätten ist vermutlich zu aufwändig und bei den
Strömen bei 40W-Lampen auch nicht gerade platzsparend...?!

Autor: anonymous (Gast)
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Hi,
ich habe zwar nicht wirklich Ahnung von dem Thema, aber:
Gleichrichter kann man oft aus alten Geräten ausschlachten. Die sind
dann meistens auch ausreichend dimensioniert bzw. zum Anbringen an
Kühlbleche vorbereitet. Damit würde ich einen Test versuchen. Das
Glätten danach würde ich erst einmal sein lassen, schließlich hat dein
controller eine eigene Versorgung und die Lampen kannst du ja
einstellen.
Ansonsten werden immer öfters Schaltnetzteile anstelle von Trafos auch
für Halogenlampen verwendet. Die entwickeln teilweise weniger Wärme als
die Halogentrafos.

Autor: Sonic (Gast)
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Hi, wegen MOSFET-Ansteuerung: hier 'n kleiner Plan wi ich die Dinger
ansteuer.
Ausgang 'SL9-7' geht mit 120 Ohm zur Gate. Funktioniert zuverlässig
und ist nicht invertierend. Emitterspannung an T2 ist die zu Schaltende
Spannung (in Deinem Fall 12V oder 15V).

Autor: Roland (Gast)
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> aber die Halogenlampen-Trafos bringen ja Wechselspannung...

Wenn es ein Eisenkern-Trafo ist, geht es. Nimm 4 geeignete Dioden oder
gleich einen Brückengleichrichter und einen Glättungselko mit ca 1000
µF pro Ampere. Bei 2x20 W hast ca. 3,5A. Würde dann einen 4700 µF
vorschlagen.

Wenn du einen elektronischen Trafo hast, vergiss es. Die Spannung ist
dermaßen unsauber (HF mit 50 Hz getaktet).

Besser wäre aber wie du schon gesagt hast, eine
Phasenanschnittsteuerung (macht man normalerweise über einen Triac)
oder Phasenabschnittsteuerung (geht auch über FET + Gleichrichter aber
ohne Siebung)

Bei Beiden Verfahren musst du den Timer im AVR mit dem Nulldurchgang
syncronisieren. und dann je nach Verfahren den Treiber geeignet
ansteuern.

Gruß
Roland

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