PWM Endstufe 40kHz - 20V / 2 A

[Chris L. (chris_lehmann)]

Hallo zusammen ;-)

ich habe ein kkeines Problem: für eine DC Motorsteuerung brauche ich 
eine PWM-Endstufe... 40 kHz sind vonnöten, da mein µC diese abgibt, und 
kein Pfeifen hörbar sein soll aufgrund Verwendung von niedrigereren 
Frequenzen (wie etwa 20 oder 10 kHz).

Ich probierte bisher Darlington Transistoren und MOSFETS in H-Brücke. 
Die Krux: bei 20 KHz sind alle Flanken an der Endstufe noch steil, aber 
bei 40 kHz entsteht von Anfang an eine Pulsbreite von ca 20% bei der 
schmalsten Eingangs-Pulsbreite (die ebenfalls noch sauber und schmal ist 
-  8Bit PWM).

Was tun, sprach Cäsar?

Ich habe schon mal was von Eingangskapazitäten bei MOSFETs gehört, und 
auch die Darlingtons bleiben nach dem sauberen und steilen Durchschalten 
offenbar in der Basis zu lange in Sättigung.

Auf den Punkt gebracht: wie kann ich 40 kHz bei 20V und ca. 2A (1A würde 
auch reichen) möglichst sauber und mit steilen Flanken, und vor allem 
aber mit einer schmalen Impulsbreite von Anfang an, schalten...?

Vielen Dank im voraus
Chris

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

PWM mit steilen Flanken?  Du willst einen Sender bauen?

Chris L. schrieb:
> Auf den Punkt gebracht: wie kann ich 40 kHz bei 20V und ca. 2A (1A würde
> auch reichen) möglichst sauber und mit steilen Flanken, und vor allem
> aber mit einer schmalen Impulsbreite von Anfang an, schalten...?
Ich würde Mosfets nehmen. Das alte bipolare Zeug und besonders 
Darlingtons ist da ohne viel Aufwand ungeeignet wegen der langen 
Sperrverzugszeit.

[Stefan S. (chiefeinherjar)]

Schon die alten Römer wussten, dass ohne gescheite Pläne nichts zu 
machen ist.

Also, Schaltplan her. Und etwas mehr präzise Details.

Und du hörst noch was bei 20kHz?! - Respekt! Ich glaube eher, du hörst 
einen lückenden Betrieb oder ein schwingendes System oder sonst was, 
aber die 20kHz MOTOR-PWM zu hören halte ich für etwas fragwürdig.
Dann würde sich nämlich die Frage komplett erübrigen... Oder das wahre 
Problem zutage treten.

[THOR (Gast)]

Stefan S. schrieb:
> Und du hörst noch was bei 20kHz?! - Respekt! Ich glaube eher, du hörst
> einen lückenden Betrieb oder ein schwingendes System oder sonst was,
> aber die 20kHz MOTOR-PWM zu hören halte ich für etwas fragwürdig.
> Dann würde sich nämlich die Frage komplett erübrigen... Oder das wahre
> Problem zutage treten.

Im Gegensatz zu ner 50% Duty Rechteckschwingung sind in ner PWM auch 
niedrigere Frequenzen als die Grundfrequenz enthalten.

[Waldemar Z. (waldemar_z)]

@Chris

Versuchs mit einer Diode zwischen Basis und Kollektor (in Richtung 
Kollektor).

[Chris L. (chris_lehmann)]

Zunächst mal danke für die Beiträge...

Also, erste Korrektur: ich habe das Grundproblem bei etwa 15,3 kHz und 
nicht bei 40 kHz.

:-\

Das "Time Var" Poti am Oszi war ordentlich verstellt...(!) hab' mich 
selbst schon gewundert, was für hervorragende Ohren ich haben müßte.

Damit ändert sich die Fragestellung: wie schaltet man 15,3 kHz PWM 
sauber für 8-Bit Auflösung und 20V / 2A?

Das Ausgangssignal des µC (Atmel 1284, 5V) ist absolut sauber.

Kennt ihr einen Schaltplan für sowas?

Folgende Konfiguration ist gefordert:

Die PWM: high-side mässig schalten, also direkt von +20V weg. Darunter 
die H-Brücke - statisch durchgeschaltet in jeweils eine Richtung.

(braucht ihr unbedingt den Schaltplan, den ich bisher habe? Ist eine 
einfachst-Ausführung ohne grosse Besonderheiten)

Viele Grüße
Chris

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Chris L. schrieb:
> Ist eine
> einfachst-Ausführung ohne grosse Besonderheiten)

Du solltest die MOSFets schon zügig, also mit etwas Treiberstrom 
ansteuern, um die Gatekapazität schnell umzuladen und die Miller 
Kapazität zu überfahren.
Zeig uns also doch mal deinen Plan.

[Ralf (Gast)]

Los, zeig uns Deinen Plan, sonst zeig ich Dir meinen zuerst, aber dann 
musst Du auch Deinen zeigen.
Der Plan ist aus dem letzten Jahrtausend (1995), Bipolar und ohne 
Push-Pull-Treiberstufe, wird also für 20 kHz sowieso nicht 
funktionieren!?

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ralf schrieb:
> Los, zeig uns Deinen Plan, sonst zeig ich Dir meinen zuerst, aber dann
> musst Du auch Deinen zeigen.

Hehe, sowas habe ich damals für meinen Paddelboot Antrieb mit 150W/12V 
Motor auch mal gebaut. Ich habe die PWM mit einem 74HC14 erzeugt und mit 
BD135 dann auf 4 parallele BUD/BUV48 Transistoren gelegt, weil ich die 
gerade parat hatte. Polwendung per Schalter. Die Frequenz hatte ich 
absichtlich sehr niedrig auf etwa 200Hz angesetzt.

[Chris L. (chris_lehmann)]

Matthias S. schrieb:
> Zeig uns also doch mal deinen Plan.

Der Schaltplan ist einfach: das PWM Signal wird über einen BC238C 
invertiert und auf das Gate eines IRF9640 gegeben. Das Gate ist 
mittlerweile mit 50 Ohm (!) an Vss 17V angeschlossen - aber das reicht 
immer noch nicht, damit der MOSFET schnell genug sperrt bei 15 kHz. Ich 
schätze, die Gate-Kapazität... Klar habe ich insgesamt schon einen guten 
Regelbereich. Aber ich bräuchte noch einen besseren. Bei niedrigeren 
Frequenzen (8 kHz und weniger) ist das kein Problem: Eingangssignal = 
Ausgangssignal...

Da denkt man, MOSFETs sind so dolle Dinger... ;-)

Aber langsam wird mir klar, wozu es MOSFET Treiberbausteine gibt, oder 
warum die Dinger teils AKTIV (mittels Treibern) an Vss und Vdd gschaltet 
werden, um schnell umzuschalten.

Bin erstmal Rudi Ratlos.

Viele Grüsse
Chris

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Chris L. schrieb:
> wird über einen BC238C
> invertiert und auf das Gate eines IRF9640 gegeben. Das Gate ist
> mittlerweile mit 50 Ohm (!) an Vss 17V angeschlossen

Upps - da wird aber der kleine BC238 schon deutlich überlastet - ich 
hoffe, das ist nur ein Druckfehler und soll BC337 oder so heissen.
Bei 15kHz ist diese einfache Ansteuerung nicht mehr zweckmässig, eine 
Gegentaktstufe sollte es schon sein.
Ist es übrigens nicht sinnvoller, den Spiess umzudrehen und die 
P-Kanaler als Schalter zu nehmen und die N-Kanaler der Lowside als PWM? 
Das macht die Sache etwas einfacher und auch billiger, denn N-Kanaler 
mit guten Eigenschaften sind besser verfügbar und z.B. auch als 
Logiklevel mit geringen Gatekapazitäten billig.

[Chris L. (chris_lehmann)]

Ja, bin inzwischen auch dahintergekommen... hier im Forum gibt es 
Tutorials, die alles rund um MOSFET Ansteuerung beschreiben und 
ausleuchten.

Lesen bildet ;-)

So geht's also nicht, wie ich das vorhatte.

"den Spiess umzudrehen und die P-Kanaler als Schalter zu nehmen und die 
N-Kanaler der Lowside als PWM?"

Haut nicht ganz hin, denn da hängen noch mehr Halbbrücken drunter... Die 
Schaltungen sind schon fertig... die PWM muss von High-Side kommen.

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Ok, wieder was gelernt ;-)

Ich danke den Diskussionspartnern, und entschuldige mich für mangelndes 
Fachwissen ;-)

Viele Grüße
Chris