Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 3,3V zur PWM Steuerung


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von Andreas R. (blackpuma)


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Guten Abend,

Ich habe einen uC der mit 3,3V betrieben wird. Ich möchte mittels PWM 
12V Lüfter ansteuern.

Ich habe bisher den IRLML2502 gefunden den ich direkt mit 3,3V Ansteuern 
kann. Dieser geht bis 4,2A was für meinen Fall reichten sollte.

Wenn ich jetzt einen höheren Strom schalten möchte bzw. einen leichter 
erhältlichen FET verwenden möchte z.B. den BUZ11 (Nur als Beispiel weil 
mir der gerade einfällt) dann benötige ich dafür eine Treiberschaltung. 
12V sind ja auf dem Board vorhanden.

Welche Treiberschaltung würde denn hier in frage kommen? Push-Pull mit 2 
Transistoren, reicht eine Schaltung mit nur einem Transistor?

Ich habe eine Schaltung angehängt. Die invertiert mir aber das uC Signal 
oder nicht?? Ist diese Schaltung overkill?

Vielen Dank
Andreas

von Bestaendiger (Gast)


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Andreas Riegebauer schrieb:
> Ich habe eine Schaltung angehängt. Die invertiert mir aber das uC Signal
> oder nicht?? Ist diese Schaltung overkill?

Die Schaltung funktioniert auf jeden Fall. Sie invertiert das µC Signal. 
Falls vom µC kein Signal kommt läuft der Lüfter auf voller Kraft. Aus 
Sicht der Betriebssicherheit ganz gut (Falls der µC nicht angeschlossen 
wird oder erst gar nicht anläuft, dann läuft der Lüfter auf voller 
Leistung und das Gerät überhitzt nicht).

Wenn die PWM-Frequenz gering ist, kannst du Q2, Q3 und R9 weglassen und 
das offene Ende von R14 mit Gate verbinden.

von Max H. (hartl192)


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Du könntest einen Mosfet Treiber IC verwenden. z.B. dem MCP1416. Er 
schafft einen Spitzenstrom von 1.5A am Ausgang und erkennt unabhängig 
von der Betriebsspannung (4.5 - 18V) Spannungen >2.4V als high. Wenn's 
THT sein soll, dann gibt es z.B. den MCP1407

von M. V. (-_-)


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Warum verwendest du einen Low-Side Schalter für den Lüfter?

von Andreas R. (blackpuma)


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Guten Morgen,

@Bestaetiger:
Was heißt geringe Frequenz? Bis zu welchem Wert ist die Frequenz gering?

@M.V.:
Warum kein Low-Side Schalter?

Wenn ich einen High-Side Schalter verwende dann invertiert die Schaltung 
das Signal nicht mehr oder?

BG
Andreas

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Andreas Riegebauer schrieb:

> @Bestaetiger:
> Was heißt geringe Frequenz? Bis zu welchem Wert ist die Frequenz gering?

Das hängt natürlich von der konkreten Dimensionierung ab. Ohne die 
Transistoren wird die Gate-Kapazität von Q5 nur über R15 aufgeladen. Die 
Zeitkonstante dieses Tiefpasses sollte nicht größer sein als 1/100 .. 
1/1000 der PWM-Periode.

> @M.V.:
> Warum kein Low-Side Schalter?
>
> Wenn ich einen High-Side Schalter verwende dann invertiert die Schaltung
> das Signal nicht mehr oder?

Das auch. Andererseits verstehe ich den Sinn der Frage nicht. L-Side 
Schalter ist doch prima. n-Kanal MOSFETs haben die besseren elektrischen 
Eigenschaften (bzw. sind bei gleichen Eigenschaften billiger als 
p-Kanal) und L-Side ist einfacher anzusteuern. Einen H-Side Schalter 
würde ich nur dann vorsehen, wenn L-Side nicht geht.

Und den Vorschlag mit dem integrierten Treiber kannst du auch vergessen. 
Die Schaltung mit den 2 Transistoren ist perfekt für mittlere 
Schaltfrequenzen bis einige 10kHz. So ab 100kHz aufwärts könnte man 
darüber nachdenken, etwas besseres zu nehmen.


XL

von Andreas R. (blackpuma)


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Sooo...

Hab mir das alles mal durchgedacht.

R15 soll sein 330 Ohm. UCEsat_max bei BC847 ist 0,2V. Also ist ICE 11,8 
V / 330 Ohm = 36mA. Der BC847 hält 100 mA aus.

Wenn ich einen IRF9Z34 verwende hat dieser 620pF. Ergibt ein Tau von 620 
pF * 330 Ohm = 0,000000204 s.

Periode der PWM ist 0,00004 s.

Damit ergibt sich ein Verhältnis von 1/195.

Somit reicht hier doch der R15 mit Q5.

Stimmt das?

Leider invertiert er aber noch immer. :(


Kann ich die Push-Pull Stufe auch direkt vom uC ansteuern? Oder Q4 mit 
R15 vertauschen?

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von Max H. (hartl192)


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Andreas Riegebauer schrieb:
> Kann ich die Push-Pull Stufe auch direkt vom uC ansteuern?
Nur wenn den Fet mit UbµC-0.6V am Gate durchsteuert.
Was spricht eigentlich gegen den MCP1416? Er ist klein (SOT23-5), 
nicht invertierend, liefert 1.5A Impulsstrom ans Gate, lässt sich 
direkt mit dem 3.3V Signal aus dem µC ansteuern und kostet nur 0.504€ 
(TME).

: Bearbeitet durch User
von Andreas R. (blackpuma)


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Der Hauptgrund für den Diskreten Aufbau ist das ich die Teile alle zu 
Hause habe.

von Max H. (hartl192)


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Andreas Riegebauer schrieb:
> Leider invertiert er aber noch immer. :(
Du könntest noch einen Inverter aus einem Transistor vor deine Schaltung 
schalten.

Falls du noch zwei kleine Mosfets hast, könntest du eine invertierende 
Brücke (wie in CMOS Invertern) aus diesen aufbauen.

Oder du könntest, falls deine Signalquelle den Strom schafft, die 3.3V 
mit einer Basisschaltung auf 12V verstärken.

: Bearbeitet durch User
von ArnoR (Gast)


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Andreas Riegebauer schrieb:
> Wenn ich einen IRF9Z34 verwende hat dieser 620pF. Ergibt ein Tau von 620
> pF * 330 Ohm = 0,000000204 s.

Lächerlich. Wie kommst du auf die Idee, die AUSGANGSKAPAZITÄT des Mosfet 
anzusetzen? Kleiner Tipp: die Eingangskapazität ist hier gefragt.

> Leider invertiert er aber noch immer. :(

Wenn es für dich ein unlösbares Problem ist einen µC-Ausgang zu 
invertieren, dann mach irgend was anderes. Außerdem, wenn der Ausgang 
high ist, dann ist die Last unter Spannung (weil das ein P-Kanal ist, 
der die Last gegen Masse schaltet), ist das für dich invertiert?

von Max H. (hartl192)


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Max H. schrieb:
> Oder du könntest, falls deine Signalquelle den Strom schafft, die 3.3V
> mit einer Basisschaltung auf 12V verstärken.
Nachtrag:
Wenn du R4 und R6 anpasst, sollte die Schaltung auch mit 3.3V Signalen 
Funktionieren.
http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Pw_trans_ni.png

von Andreas R. (blackpuma)


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ArnoR schrieb:
> Andreas Riegebauer schrieb:
>> Wenn ich einen IRF9Z34 verwende hat dieser 620pF. Ergibt ein Tau von 620
>> pF * 330 Ohm = 0,000000204 s.
>
> Lächerlich. Wie kommst du auf die Idee, die AUSGANGSKAPAZITÄT des Mosfet
> anzusetzen? Kleiner Tipp: die Eingangskapazität ist hier gefragt.

Also wenn ich im Datenblatt sehe "Input Capacitance" dann nehme ich doch 
an das es die Eingangskapazität ist oder nicht??

>> Leider invertiert er aber noch immer. :(
>
> Wenn es für dich ein unlösbares Problem ist einen µC-Ausgang zu
> invertieren, dann mach irgend was anderes. Außerdem, wenn der Ausgang
> high ist, dann ist die Last unter Spannung (weil das ein P-Kanal ist,
> der die Last gegen Masse schaltet), ist das für dich invertiert?

Einen weiteren Transistor als Inverter zu verwenden ist nicht das 
Problem. Die Sache ist eher, dass die ganze Schaltung schon sehr viele 
Bauteile enthält für eine doch sehr simple Anwendung.

von ArnoR (Gast)


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Andreas Riegebauer schrieb:
> Also wenn ich im Datenblatt sehe "Input Capacitance" dann nehme ich doch
> an das es die Eingangskapazität ist oder nicht??

Naja, dann sieh dir nochmal den Anhang an.

> Einen weiteren Transistor als Inverter zu verwenden ist nicht das
> Problem. Die Sache ist eher, dass die ganze Schaltung schon sehr viele
> Bauteile enthält für eine doch sehr simple Anwendung.

Einen µC-Ausgang invertiert man nicht durch zusätzliche Hardware.

von ArnoR (Gast)


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Andreas Riegebauer schrieb:
> Kann ich die Push-Pull Stufe auch direkt vom uC ansteuern? Oder Q4 mit
> R15 vertauschen?

Der ist ja richtig gut, hatte ich ganz übersehen :-)

von Andreas R. (blackpuma)


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Arno:

Sorry hatte das Datenblatt des IRF9Z34N. Der hat Ciss 620pF.


>Einen µC-Ausgang invertiert man nicht durch zusätzliche Hardware.
Du meintest Software/Register mäßig den Ausgang invertieren. Das kam mir 
schon in den Sinn. Weiß nur nicht mehr warum ich das nicht umsetzten 
wollte aber ich glaube weil der Ventilator ja läuft wenn der uC nicht 
funzt. Was aber ansich nicht passieren sollte.

von Andreas R. (blackpuma)


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Was mir gerade noch eingefallen ist. Wenn ich das Signal invertiere dann 
habe ich immer einen Stromfluss durch R15 und Q4.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Andreas Riegebauer schrieb:
> Was mir gerade noch eingefallen ist. Wenn ich das Signal invertiere dann
> habe ich immer einen Stromfluss durch R15 und Q4.

Ja. Deswegen ja besser R15 etwas größer machen (10K sind ok) und die 
Treiberstufe für den FET vorsehen.

Und was die Invertierung angeht, die macht man selbstverständlich in 
Software. Die Frage nach dem Zustand des Lüfters ohne µC ist davon 
erstmal unabhängig. Würde sich aber mit einem Pullup (oder Pulldown) am 
µC-Ausgang einfachst lösen lassen. Womöglich würde man Q4 auch durch 
einen kleinen FET wie etwa BSS138 oder 2N7002 ersetzen wollen.


XL

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