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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Muss die Freilaufdiode parallel zum Motor(Mosfet PWM) umbedingt eine schnell Diode sein?


Autor: Jan N. (jan_n497)
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Hallo Leute,
Ich habe seit letzter Woche ein kleines Projekt gestartet. Womit ich ein 
Elektromotor(kleinen Elektromotor) steuern sowie Überwachen kann.

Also gesteuert wird dieses von ein ATMega328P. Über ein Potentiometer 
der am ADC eingelesen wird. Und dort dann Entsprechend auf ein 8 Bit 
Timer mit Fast PWM auf das Gate des MOSFet geleitet wird.

Funktioniert auch ganz gut. Nur mein Problem ist nun das ich eine 1N4007 
UF Freilaufdiode parallel zum Motor verbaut habe. Dieses ist für 1A 
ausgelegt.

Ein Motor der 12V braucht beim Anlaufen zieht ca. 2,8 A. Und bei voll 
Last(12V) ca. 1,3 A. Beim Blockieren geht er auf 3,3 A hoch. Also würde 
ich die Diode damit stark überlasten.

Also man kann eh nur maximal Motoren bis zu 5 A anschließen da mein 
Strommessgerät(acs712) nur bis maximal 5A geht.

Ich habe habe in meiner Sammelkiste noch eine 1N5408 gefunden dieses 
schafft 3A ist aber eine normal Gleichrichterdiode. Könnte man diese 
auch nehmen? Oder eh nicht?

Bzw. kann mir einer ne gute Diode für diesen Zweck empfehlen also das 
ganze System ist grob auf 5 A ausgelegt.

Lg Jan.

: Verschoben durch Moderator
Autor: Stefanus F. (stefanus)
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In der Regel verhindert die parasitäre Kapazität der Spule ein allzu 
schnelles Ansteigen der Spannung. Ich hatte mit gewöhnlichen 
Gleichrichterdioden als Freilaufdiode noch nie Probleme.

Bei einem BLDC Motor, wie er in meinem Modellauto verbaut ist, würde ich 
allerdimngs doch eine schnelle Diode verwenden. Denn der hat nur ganz 
wenige Windungen in seinen Spulen.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Stefan U. schrieb:
> Bei einem BLDC Motor

Da liegt die Problematik sowieso etwas anders, denn die Halbbrücken 
erlauben ja keine Freilaufdioden im üblichen Sinn. Hier leiten die 
Bodydioden der MOSFet die Gegen-EMK zurück in die Versorgung der 
Endstufe, die deswegen ein bischen mehr Abblockkondensator gerne hat.

Jan N. schrieb:
> Oder eh nicht?

Es schadet sicher nicht, eine Diode zu benutzen, die den gleichen Strom 
wie der Motor verträgt. Grob gesagt, kann eben dieser Motorstrom auch 
als Gegen-EMK auftreten. Superschnell muss sie aber bei den üblichen PWM 
Frequenzen nicht sein.

Autor: Ohmar (Gast)
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Eine 1N5408 hat so eine schlechte Reverse Recovery Time von 1.5us, dass 
dieser Wert in vielen Datenblättern auch Scham nicht angegeben wird.

Angenommen Du schaltest den unteren FET ein, dann leitet die Diode also 
noch weitere 1.5us, obwohl die Spannung schon wieder entgegen der 
Flussrichtung anliegt.

1.5us lang also ein "Brückenkurzschluss".
Aus Sicht einer 20kHz PWM mit 50us Periodenzeit ist das eine Ewigkeit. 
Das verursacht Verlustleistung und EMV.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Jan N. schrieb:
> Muss die Freilaufdiode parallel zum Motor(Mosfet PWM) umbedingt eine
> schnell Diode sein?

Nein, die muss zur PWM passen.

Wenn man den Motor nur ein oder aus schaltet oder eine 100Hz PWM 
benutzt, reicht eine der üblichen langsamen 50Hz Dioden wie 1N5401.

Hat man eine schnelle PWM, so 1kHz oder 25kHz, dann muss es auch eine 
ausreichend schnelle Diode sein, fast recovery wie RGP/MUR.

Eine 1MHz PWM wird man nicht benutzen, ultrafast müssen die Dioden also 
nicht sein.

Da aber die Verlustleistung eine Rolle spielt, sind Dioden mit niedrigem 
Spannungsabfall gut, Schottky-Dioden, vor allem auch weil bei einem 
Motorstrom im Amperebnereich die paar Milliampere Rückstrom durch die 
Diode (Schottky sperrt nicht so gut, vor allem dicke Schottky), nicht 
relevant. Daß sie ausserdem superschnell ist und dasselbe Gehäuse mehr 
Strom erlaubt als bei normalen Dioden, ist nur ein Vorteil.

Nimm eine SB550 bzw. ein SMD Äquvalent.

Autor: Jan N. (jan_n497)
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Michael B. schrieb:
> Nein, die muss zur PWM passen.

Hallo und danke erst mal für eure Antworten.

Wenn ich das noch richtig weiß müsste das die Formel für die Frequenz 
Berechnung sein: FOut = (QuarzFrequenz / Prescaler) / (Timer Auflösung * 
2).

Mein System läuft auf 16 MHz. Das PWM Signal wird vom Timer2 mit 8 Bit 
geändert mit einen Prescaler von 64.

Also wäre die Frequenz (16000000 / 64) / (256 * 2) = 488,28125 gerundet 
488 Hz?

Wenn ich denn Prescaler von 64 auf 256 ändere. Dann bekomme ich ca. 122 
Hz. Dann könnte ich dieses Diode vorübergehend nutzen. Denn ich würde 
gerne meine Schaltung ausprobieren und nicht noch ein paar Tage warten 
bis die die passende Schottky Diode habe.

lg jan.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Ach, ich habe ganz übersehen, dass es um PWM geht. Da würde ich dann von 
den üblichen Gleichrichterdioden ebenfalls abraten.

Autor: Lurchi (Gast)
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Die UF4007 können kurzzeitig auch mehr als 1 A vertragen. Das 1 A Limit 
ist thermischer Natur, gilt also eher für den Mittelwert. Auch bei 
Gleichrichter sind es oft eher 3 A für 1/3 der Zeit als konstant 1 A. 
Grob geschätzt dürfte der Strom durch die Freilaufdioden eher weniger 
als 50% der Zeit über die Freilaufdiode fließen. Gerade bei so einem 
gepulsten Strom könnte man auch 2 der UF4007 parallel schalten. Das 
würde ich gegenüber der langsamen 1N540x vorziehen.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Michael B. schrieb:
> Wenn man den Motor nur ein oder aus schaltet oder eine 100Hz PWM
> benutzt, reicht eine der üblichen langsamen 50Hz Dioden wie 1N5401.
Aber nur, wenn auch die Schaltflanken hübsch flach sind. Denn wenn da 
ein Mosfet in 100ns durchschaltet, dann gibt 100 mal pro Sekunde für 
1400ns (1,5us -100ns) einen hübschen Kurzschluss von Vcc nach GND. 
Mitsamt den passenden hochfrequenten Störungen...

Autor: MaWin (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> Aber nur, wenn auch die Schaltflanken hübsch flach sind. Denn wenn da
> ein Mosfet in 100ns durchschaltet, dann gibt 100 mal pro Sekunde für
> 1400ns (1,5us -100ns) einen hübschen Kurzschluss von Vcc nach GND.
> Mitsamt den passenden hochfrequenten Störungen...

Das macht nix, weil eine 1000 mal schnellere PWM mit einer 1000 mal 
schnelleren Diode dieselben Kurzschlüsse 1000 mal öfter mit derselben 
Gesamtverlustleistung produzieren würde, die langsame Diode ist beim 
langsamen PWM also nicht SCHLECHTER.

Aber schön, dass der staatliche Bedernkenträger in Dleutschland nicht 
ausstirbt.

Autor: Lurchi (Gast)
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Beim langsamen PWM hilft es, dass der Motorstrom im Abschaltmoment ggf. 
schon etwas abgeklungen ist. Störend ist eine langsame Diode auch nur 
wenn beim wieder einschalten des Stromes noch deutlich Strom über die 
Diode fließt. Der Reverserecovery Strom fließt auch nicht fest für 1,5 
µs. Die bessere Beschreibung ist eine in der langsamen Diode 
gespeicherte Ladung die sich als 1,5 µs mal Durchlasssstrom ergibt. Je 
höher der Strom im Störpuls, desto kürzer wird der. Das können dann auch 
schon 100 ns werden, wenn der Strom halt 15 mal höher ist.

Eine PWM Frequenz im 100 kHz Bereich will man eigentlich sowieso nicht - 
die 100 mal höhere PWM Frequenz ist also auch so keine gute Lösung.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
> Das macht nix, weil eine 1000 mal schnellere PWM mit einer 1000 mal
> schnelleren Diode dieselben Kurzschlüsse 1000 mal öfter mit derselben
> Gesamtverlustleistung produzieren würde, die langsame Diode ist beim
> langsamen PWM also nicht SCHLECHTER.
Dann kann ich die Flanke aber 1000 mal steiler machen und die 1000 mal 
schnellere Diode hat trotzdem genug Zeit zum Sperren.

> die langsame Diode ist beim langsamen PWM also nicht SCHLECHTER.
Es geht ja nicht darum, ob etwas "schlechter" ist, sondern darum, ob man 
eine schnelle Diode braucht. Und die Antwort darauf ist: Ja.
Oder bist du da grundsätzlich anderer Meinung?

BTW:
Diesen unnötigen Nachsatz schreibe ich einfach dem Umstand zu, dass du 
so bist, wie du eben bist.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: MaWin (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> ob man eine schnelle Diode braucht. Und die Antwort darauf ist: Ja.

Bei langsamer PWM oder gar einfachem ein und ausschalten lautet die 
Antwort klar: Nein.
Zumal die Sperrzeit irrelevant ist wenn der Spulenstrom durch die 
Freilaufdiode zum Einschaltmoment schon abgeklungen ist 
(diskontinuierlicher Mode).

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
> Zumal die Sperrzeit irrelevant ist wenn der Spulenstrom durch die
> Freilaufdiode zum Einschaltmoment schon abgeklungen ist
Wer also ziemlich sicher sagen kann, daß das in seiner Anwendung der 
Fall ist, der kann auch eine langsame Gleichrichterdiode für den 
Freilauf nehmen.

Jan N. schrieb:
> Denn ich würde gerne meine Schaltung ausprobieren und nicht noch ein
> paar Tage warten bis die die passende Schottky Diode habe.
Dann miss nach, ob bei dir der Strom mit den 122Hz tatsächlich schon 0 
ist, wenn du den FET wieder einschalten willst.

Autor: batman (Gast)
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Heißt das, daß man Tastraten über 90% mit langsamen Dioden lieber 
meidet?
Irgendwo kommt man ja immer in den Bereich, wo der Strom nur kurz 
getrennt wird, sonst wärs ja blöd.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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batman schrieb:
> Irgendwo kommt man ja immer in den Bereich, wo der Strom nur kurz
> getrennt wird, sonst wärs ja blöd.
Man muss nicht unbedingt in den lückenden Bereich kommen (bei StepDown 
Wandlern wird das mit Last normalerweise nie passieren). Sobald man im 
kontinuierlichen Bereich ist (und somit die Diode beim Einschalten des 
FET noch leitet) ist eine schnelle Diode angesagt.

Zum Schalten von Relais im Sekundenbereich und darüber tut es jede 
Diode. Nur auf den Strom könnte man noch einen kurzen Blick werfen...

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Jan N. (jan_n497)
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Michael B. schrieb:
> Nimm eine SB550 bzw. ein SMD Äquvalent.

Hallo Leute nochmal,

Danke euch für eure Antworten. Ich habe mir nun bei reichelt 5x SB550 
bestellt. Sind nun angekommen. Ganz schön fette Dinger :). Passen nicht 
mal direkt in meine Lochrasterplatine rein.

Ich habe mal vor ca. einen halben Jahr ein altes ATX Netzteil erlegt und 
habe alles aufbewahrt was ich eventuell später nützlich finde.

Dort war auch ein TO220 Gehäuse mit zwei Beinen dran. Früher wusste ich 
nicht genau was das wahr. Jetzt weis ich aber das es eine Diode ist.

Es ist dieses: ST MOROCCO STTA8 06D. Im Datenblatt von ST habe ich 
gefunden das es eine TURBOSWITCH ULTRA-FAST HIGH VOLTAGE DIODE. Mit 8A.

Ist natürlich in meinen Fall totaler Overkill da mein System nur bis 
maximal 5A gibt.

Im Datenblatt unter trr(Reverse recovery time) steht typ 25 ns; max 50 
ns.

Wäre dieses Diode theoretisch auch möglich zu nutzen?

Lg Jan

Autor: Nils S. (kruemeltee) Benutzerseite
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Jan N. schrieb:
> Es ist dieses: ST MOROCCO STTA8 06D. Im Datenblatt von ST habe ich
> gefunden das es eine TURBOSWITCH ULTRA-FAST HIGH VOLTAGE DIODE. Mit 8A.
>
> Ist natürlich in meinen Fall totaler Overkill da mein System nur bis
> maximal 5A gibt.
>
> Im Datenblatt unter trr(Reverse recovery time) steht typ 25 ns; max 50
> ns.
>
> Wäre dieses Diode theoretisch auch möglich zu nutzen?

Du sagst es, oversized, aber wird dadurch auch funktionieren.

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