mehrere PWM - in Phase oder versetzt?

[Timm T. (Gast)]

Wenn ich - z.B. für Glühlampen oder LED-Streifen - mehrere PWM-Kanäle an 
einer Spannungsquelle schalten will, wodurch werden mehr Störungen 
erzeugt?

1) Alle PWM schalten gleichzeitig ein, und nach Ablauf der On-Phase aus.

2) Jede PWM schaltet so ein, dass die On-Phase gleichzeitig endet, also 
alle gleichzeitig ausschalten.

3) Jede PWM schaltet versetzt ein, bei 4 Ausgängen also eine bei 0, eine 
bei 1/4, eine bei 2/4, eine bei 3/4 eines Zyklus, und entsprechend 
versetzt auch wieder aus.

1) erzeugt höhere Einschaltströme, 3) hat wahrscheinlich mehr 
höherfrequente Anteile, dafür versetzte Einschaltströme.

Wodurch werden Netzteil und Stützkondensatoren mehr belastet?

Spannung 12Vdc
Strom bis 4A pro Kanal
Frequenz 300Hz
Auflösung 8bit

[Tom (Gast)]

Timm Thaler schrieb:
> 1) Alle PWM schalten gleichzeitig ein, und nach Ablauf der On-Phase aus.

Geh mal davon aus, dass die Störungen proportional zur Höhe der 
Stromänderung sind. Die Höhe der erzeugten Frequenzanteile hängt von der 
Geschwindigkeit der Stromänderung ab, d.h. flache Flanken erzeugen 
weniger hochfrequente Störungen.

[Falk B. (falk)]

@  Timm Thaler (timm-thaler)

>1) Alle PWM schalten gleichzeitig ein, und nach Ablauf der On-Phase aus.

Praktisch am einfachsten realisierbar, jedoch auch mit den stärksten 
Störungen.

>2) Jede PWM schaltet so ein, dass die On-Phase gleichzeitig endet, also
>alle gleichzeitig ausschalten.

Dito, aber schwerer zu erzeugen.

>3) Jede PWM schaltet versetzt ein, bei 4 Ausgängen also eine bei 0, eine
>bei 1/4, eine bei 2/4, eine bei 3/4 eines Zyklus, und entsprechend
>versetzt auch wieder aus.

Aus Sicht der Störerzeugung optimal, eben weil der Phasenversatz zu 
einer Frequenzvervielfachung führt. Damit sind die Filterelemente der 
Stromversorgung effektiver, weil höhere Frequenzen von einem LC-Filter 
besser gedämpft werden bzw. die Bauteile kleinere Werte annehmen könne.
Das ist das Prinzip der mehrphasigen Schaltregler.

>Wodurch werden Netzteil und Stützkondensatoren mehr belastet?

1 & 2

>Spannung 12Vdc
>Strom bis 4A pro Kanal
>Frequenz 300Hz
>Auflösung 8bit

Wie immer im Ingenieursbereich. So einfach wie möglich, so komplex wie 
nötig. Dito für die Geschwindigkeit. Die MOSFETS müssen nicht in 100ns 
schalten, 1-2us sind hier vollkommen OK und verringern die 
Störaussendung.
Noch ein paar Drosseln in die Stromversorgung, fertig. GGf. sogar in 
Reihe zu den LEDs, das dämpft den Stromanstieg. Freilaufdiode dann aber 
nicht vergessen.

[M. N. (Gast)]

Wenn Dir 8 Bit reichen und die PWM per Software erzeugt werden darf, 
wäre Folgendes vielleicht eine Lösung. Die PWM-Kanäle laufen asynchron 
zueinander. Die PWM-Frequenz ist so hoch wie möglich und läßt sich gut 
filtern. http://www.mino-elektronik.de/AVR_PWM_64/AVR_PWM_64.htm

Bei wenigen Kanälen kann man auch die IO-Ports des µC nutzen.

[Timm T. (Gast)]

Falk Brunner schrieb:
> Aus Sicht der Störerzeugung optimal, eben weil der Phasenversatz zu
> einer Frequenzvervielfachung führt.

Das hab ich mir so gedacht.

Wenn ich zwei Controller (also 2 µC mit je 4 Treibern) aus einer 
Spannungsquelle versorge, sollten die aber synchron laufen, sonst 
könnten sich die unweigerlich auftretenden Schwebungen störend bemerkbar 
machen? Oder ist das eher unkritisch?

> Wie immer im Ingenieursbereich.

Entschuldigung, ich weiss, Du bist Besseres gewohnt... ;-)

> nötig. Dito für die Geschwindigkeit. Die MOSFETS müssen nicht in 100ns
> schalten, 1-2us sind hier vollkommen OK und verringern die
> Störaussendung.

Also Widerstand und Diode+Widerstand in die Gateleitung.

[Falk B. (falk)]

@  Timm Thaler (timm-thaler)

>Wenn ich zwei Controller (also 2 µC mit je 4 Treibern) aus einer
>Spannungsquelle versorge, sollten die aber synchron laufen,

Ja.

> sonst
>könnten sich die unweigerlich auftretenden Schwebungen störend bemerkbar
>machen?

Ja.

> Oder ist das eher unkritisch?

nein, das kann böse Nebenwirkungen haben.

>> Wie immer im Ingenieursbereich.

Entschuldigung, ich weiss, Du bist Besseres gewohnt... ;-)

>Also Widerstand und Diode+Widerstand in die Gateleitung.

Kann man machen. Oder absichtlich schwache, geschwindigkeitsbegrenzte 
Treiber nehmen.

[Timm T. (Gast)]

Falk Brunner schrieb:
> Oder absichtlich schwache, geschwindigkeitsbegrenzte
> Treiber nehmen.

Ich hab grad gesehen, dass der IR2117 nicht geht, weil der a) keine 
Ladungspumpe hat und damit keine 100% Aussteuerung kann und b) keinen 
LL-Eingang hat. Muss ich mal weiter suchen...

[Gerd E. (robberknight)]

Timm Thaler schrieb:
> Ich hab grad gesehen, dass der IR2117 nicht geht, weil der a) keine
> Ladungspumpe hat und damit keine 100% Aussteuerung kann und b) keinen
> LL-Eingang hat. Muss ich mal weiter suchen...

Wozu brauchst Du nen extra Treiber? Tut es nicht ein simpler LL-FET 
dessen Gate Du mit nem passenden R direkt an Deinen µC hängst? Wenn Du 
nen P-FET nehmen willst dann halt noch nen Pullup und nen kleinen NPN 
dazu zum invertieren.

Bei 300 Hz und 4A ist das doch alles relativ relaxed.

[Timm T. (Gast)]

- Ich muss leider high-side schalten, das ist durch die Verbraucher so 
vorgegeben.
- PMOS haben einen höheren Rdson.
- Die Schaltung soll universell von 6Vdc bis 24Vdc einsetzbar sein, wenn 
möglich.

Bisher ist auch der Plan, dass mit einem Inverter, einer diskreten 
push-pull-Stufe und einem PMOS zu machen.

Wenn ich aber einen brauchbaren Treiber finde, würde ich einen NMOS und 
eine saubere Gatespannung mit einer Ladungspumpe bevorzugen.

Die Profets von Infinion wären ideal, mit Strombegrenzung, 
Überspannungschutz usw. aber leider für die PWM zu langsam. Gibt es 
(bezahlbare) Profets mit deutlich weniger als den üblichen 200µs 
Schaltzeiten?

[Gerd E. (robberknight)]

Timm Thaler schrieb:
> - PMOS haben einen höheren Rdson.

ok. Aber bei 300 Hz spricht nichts dagegen richtig dicke Klopper zu 
nehmen. Die haben dann auch nen niedrigen Rdson.

Erstes Beispiel aus meiner Bastelkiste: SUD50P04. 13mOhm bei 10V. Gibt 
sicher auch noch bessere wenn man wirklich sucht.

Natürlich wäre der von nem NMOS besser - aber Du sparst Dir den ganzen 
Aufwand mit Ladungspumpe etc.

Wenn Du außerdem mal den Gesamtverlust der Schaltung mit nem 
LED-Streifen betrachtest, ist der Rdson eigentlich irrelevant im 
Vergleich zu den Widerständen in den einzelnen Segmenten.

Wenn Du wirklich was rausholen willst musst Du Deine eigenen 
LED-Streifen mit höherer Spannung und echten KSQs pro Segment bauen.

> - Die Schaltung soll universell von 6Vdc bis 24Vdc einsetzbar sein, wenn
> möglich.

Ok, dann brauchste meist noch ne Z-Diode um das Gate vor den 24 V zu 
schützen.

> Bisher ist auch der Plan, dass mit einem Inverter, einer diskreten
> push-pull-Stufe und einem PMOS zu machen.

Bei 300 Hz und dem Wunsch möglichst langsam zu schalten um die Störungen 
klein zu halten ist vermutlich die Push-Pull-Stufe unnötig.

[Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)]

Also als PFET werf ich mal den IRF7205/IRF7240 in Raum ;)
geringer RDSon und durch die relativ hohe Gatekapazität kann man dne 
auch langsam schalten.
Kommt auch platzsparend im SO8 Gehäuse daher.

[Timm T. (Gast)]

Gerd E. schrieb:
> Wenn Du außerdem mal den Gesamtverlust der Schaltung mit nem
> LED-Streifen betrachtest, ist der Rdson eigentlich irrelevant im
> Vergleich zu den Widerständen in den einzelnen Segmenten.

Es geht mir darum, die Leistung auf der Platine so gering wie möglich zu 
halten, da mehrere Ausgänge drauf sind. Ich würde die am liebsten ohne 
Kühlkörper direkt über die Kupferfläche kühlen.

> Wenn Du wirklich was rausholen willst musst Du Deine eigenen
> LED-Streifen mit höherer Spannung und echten KSQs pro Segment bauen.

Hab schon, aber das ist ein anderes Projekt...

Ich bin jetzt mal wieder bei der klassischen Stufe für PMOS gelandet. 
Über R4 und R6 kann ich die on- und off-Zeiten einstellen, je nach 
Gatekapazität. Die KSQ sorgt mit R2 für eine Gatespannung unter 15V auch 
bei höherer Versorgungsspannung.

Als Mosfet würde ich den IRF4905 im D2-Pak nehmen, mit dem hab ich gute 
Erfahrungen gemacht. Gibt bei 100% PWM und 8A (jaja, ich weiss, oben 
stehen 4A) mit 20mohm etwa 1.3W. Bei 4 Treibern also 6W. Bekommt man die 
auf einer halben Eurokarte passiv abgeführt, oder sollte ich gleich die 
TO220-Variante mit Kühlkörper planen?

[Timm T. (Gast)]

Gerd E. schrieb:
> Erstes Beispiel aus meiner Bastelkiste: SUD50P04.

Hm, gefällt mir. Wenn ich mir das SOA-Diagramm anschaue: Kann der bei 
100% On-Time nur 12A bei 12V und 6A bei 24V? Oder interpretiere ich das 
falsch?

[Gerd E. (robberknight)]

Timm Thaler schrieb:
> Gibt bei 100% PWM und 8A (jaja, ich weiss, oben
> stehen 4A) mit 20mohm etwa 1.3W. Bei 4 Treibern also 6W.

Gut aufgerundet ;)

> Bekommt man die
> auf einer halben Eurokarte passiv abgeführt, oder sollte ich gleich die
> TO220-Variante mit Kühlkörper planen?

Mein Bauchgefühl sagt mir daß 6W ohne KK eng werden, gerechnet hab ichs 
aber nicht.

> Wenn ich mir das SOA-Diagramm anschaue: Kann der bei
> 100% On-Time nur 12A bei 12V und 6A bei 24V? Oder interpretiere ich das
> falsch?

Ich kenne das so, daß bei dem SOA-Diagramm über dem FET Vds abfällt - 
also Linearbetrieb. Die Spannung spielt im Schaltbetrieb nicht eine 
solch große Rolle.

[Timm T. (Gast)]

Gerd E. schrieb:
> Gut aufgerundet ;)

Da kommen ja noch Schaltverluste, auch wenn die sich bei 300Hz in 
Grenzen halten werden.

> Ich kenne das so, daß bei dem SOA-Diagramm über dem FET Vds abfällt -
> also Linearbetrieb.

Ah, Denkfehler. Wenn Durchgesteuert, sieht der MOS ja gar keine 12V. Das 
ist also nur für den Umschaltmoment relevant, und da hab ich irgendwas 
von 1/1000stel Übergangszeit zu Periodendauer. Passt also. Danke.