Spannung mit PWM und Mosfet nicht über kompletten Stellbereich regelbar?

Calgon Gast #4652048
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Moin,

ich versuche gerade, eine Spannung von 12 V mit einem Arduino Micro über 
PWM und Mosfet zu regeln. Das funktioniert soweit auch, allerdings habe 
ich bei 1 % Duty Cycle vom PWM-Signal bereits 15 % Spannung an der Last. 
Im Bereich bis ca. 70 % Duty Cycle verhält sich die Spannung dann linear 
(10 % Duty Cycle = 25 %, 20 % Duty Cycle = 35 % usw.) und so ab 75 % 
Duty Cycle flacht die Kurve zwar etwas ab, aber ich komme hoch bis 100 
%.

Als Mosfet verwende ich einen IRL2203N, ansonsten besteht die Schaltung 
erstmal nur aus einem Vorwiderstand am Gate sowie einem Pulldown 
zwischen Gate und Source (siehe Bild). Die Spannung vom PWM-Signal 
passt, dort ist das Verhalten linear.

Woran liegt es, dass ich nicht über den kompletten Bereich regeln kann?

Gruß und vielen Dank!
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Herbert Gast #4652056
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Ich sehe da keine Spannungsregelung oder Steuerung. Ich nehme an du 
misst mit dem Multimeter. Dann sind das Messfehler. Deine Schaltung 
macht entweder 0 oder 12V. Nur eben verschieden lang. Du hast als Last 
nen widerstand - dann kann die Spannung nicht geglättet werden. wenn du 
kein true rms Multimeter für den Frequenzbereich den du fährst, hast, 
dann musst du mit oszi über einem Shunt messen...
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Matthias S. (Firma: matzetronics) #4652062
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Calgon schrieb:
> Woran liegt es, dass ich nicht über den kompletten Bereich regeln kann?

Gute Frage, die Schaltung ist, wenn du sie so aufgebaut hast, wie im 
Schaltbild, nahezu idiotensicher. Man kann einen defekten MOSFet 
allerdings nicht ganz aussschliessen. Dazu trenne mal den Arduino ab und 
messe den Reststrom im Lastkreis. Der Pulldown am Gate sollte in dem 
Fall den MOSFet komplett sperren.
Wie hoch ist denn die PWM Frequenz? Und wie sieht das Programm aus? - 
wären dann die nächsten Fragen. Der IRL2203 hat eine recht hohe 
Gatekapazität und braucht an einen schwachen MC Ausgang schon einige 
Zeit, um umgeladen zu werden.
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Calgon Gast #4652131
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Es ist ein einfaches Multimeter ohne True RMS (Voltcraft VC-220), mit 
dem ich messe. Allerdings messe ich damit am Ausgang vom Arduino auch 
die Spannung, die ich erwarten würde. Ein Oszilloskop habe ich privat 
nicht. Muss ich mal gucken, ob ich eins auftreiben kann.

Der Arduino hat je nach Ausgang standardmäßig entweder 490 Hz oder 976 
Hz als Frequenz für das PWM-Signal. Das Programm besteht an der Stelle 
nur aus einem analogWrite() im Bereich von 0-255.
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Calgon Gast #4652397
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Der Sketch ist nicht hoch geheim, der ist nur zu Hause und ich sitze 
gerade auf der Arbeit, daher kann ich ihn gerade nicht reinstellen :-)

Die Last ist aktuell ein Widerstand mit 100 kOhm, später soll damit ein 
DC Motor betrieben werden. Grundsätzlich wäre die Funktion für die 
Ansteuerung vom Motor auch so gegeben, da ich den Motor eh nur von 
50-100 % ansteuern möchte. Aber ich würde halt gerne nachvollziehen 
können, warum sich das Ganze so verhält.
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Calgon Gast #4652700
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So, ich habe jetzt mal einen Widerstand mit 1 kOhm und danach einen mit 
560 Ohm als Last angehängt und siehe da, es lässt sich alles über den 
kompletten Bereich regeln. Je kleiner der Widerstand, desto besser das 
Ergebnis. Aber warum ist das so?

Ein Multimeter mit True RMS zeigt übrigens genau den gleichen Messwert 
an, wie mein VC-220. Gemessene PWM-Frequenz am Ausgang vom Arduino sind 
490,1 Hz.

Auf jeden Fall schon mal vielen Dank für die Hilfe.
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Georg Gast #4653566
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Calgon schrieb:
> Woran liegt es, dass ich nicht über den kompletten Bereich regeln kann?

Das könntest du nur bei einer symmetrischen PWM, sonst sind die Lade- 
und Entlade-Zeiten niemals gleich. Wenn z.B. das Entladen der 
vorhandenen Kapazitäten länger dauerd als das Laden, kommst du niemals 
auf 0V herunter.

Georg
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