Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mosfet am Arduino mit PWM


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von Mario G. (rodenberger)


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Hallo.

Ich möchte einen IRF 630A mit einem Arduino ansteuern.
Wenn ich es richtig verstanden habe, macht es Sinn das Gate nicht mit 5V 
sondern mit 12V zu betreiben.
Ich habe die Schaltung im Moment so ähnlich wie in dem Schaltbild, 
allerdins den Optokoppler da wo ich den 680 Ohm Widerstand eingezeichnet 
habe.
So kann ich das aber nicht lassen, da bei fehlendem PWM der Mosfet 
"durchgesteuert" ist.
Die Verlustleistung am Mosfet ist gering und ich komme mit kleinem 
Kühlkörper hin.
Meine eigentliche Frage sind aber die Widerstände, So lassen ???
Ich brauche ja, steile Flanken.
Sonst was nicht so optimal ?
Einen Optokoppler möchte ich unbedingt verwenden.

DANKE für die Hilfe!!!
Gruß Mario

: Verschoben durch Moderator
von Jörg R. (solar77)


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Mario G. schrieb:
> Ich habe die Schaltung im Moment so ähnlich wie in dem Schaltbild,

Dann poste doch erstmal die korrekte Schaltung.


Mario G. schrieb:
> Einen Optokoppler möchte ich unbedingt verwenden.

Weshalb?

von MARIO (Gast)


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Hallo.
Der Optokoppler ist wie schon geschrieben bei den 680 Ohm. Und der 1k 
direkt am Gate. Da der Arduino aber nicht immer in Betrieb sein muss, 
hab ich dann über den 1k die 12V am Gate anliegen, was genau falsch ist. 
Also wollte ich es so umbauen wie gezeichnet. Mit den Widerständen bin 
ich unsicher, weil mir absolut der fließende Strom unklar ist und nur 
von der Kapazität vom Gate abhängig ist!?
Außerdem soll ja die Gefahr von Schwinungen bestehen? Ich hoffe ich hab 
mir den 120 Hz Pwm einen guten Kompromiss gefunden. Die Regelung 
funktioniert so weit.
Ein Optokoppler wollte ich aus Sicherheitsgründen einbauen, da ich bei 
einem defekten Mosfet die 100V nicht im Arduino haben möchte.
Die 100V kommen im übrigen von einer Solarzelle ohne Last.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Mario G. schrieb:
> Ich möchte einen IRF 630A mit einem Arduino ansteuern.
> Wenn ich es richtig verstanden habe, macht es Sinn das Gate nicht mit 5V
> sondern mit 12V zu betreiben.
Zumindest dieser FET benötigt etwas höhere Gatespannung um 4A sicher 
durchzuschalten.

> Ich habe die Schaltung im Moment so ähnlich wie in dem Schaltbild,
> allerdins den Optokoppler da wo ich den 680 Ohm Widerstand eingezeichnet
> habe. So kann ich das aber nicht lassen, da bei fehlendem PWM der Mosfet
> "durchgesteuert" ist.
Ja.
> Die Verlustleistung am Mosfet ist gering und ich komme mit kleinem
> Kühlkörper hin.
Get zwar mit den FET, aber bei R_DS-on von ca. 0,4 Ohm bekommst du bei 
4A schon ca. 7W Verlustleistung. Mit einem FET, der etwas kleineres 
R_DS-on hat, kann man da auch noch eutlich senken.
https://www.vishay.com/docs/91031/sihf630p.pdf

> Meine eigentliche Frage sind aber die Widerstände, So lassen ???
Bei 120 Hz muß man nicht so niederrohmig arbeiten.
Bei der Beschaltung muß der uC fast 30mA bringen, was dann schon 
grenzwertig für viele uC-Ports ist.

> Ich brauche ja, steile Flanken.
Zu steil aber auch wieder nicht. Das erzeugt nur mehr Störstahlung als 
nötig.

> Sonst was nicht so optimal ?
> Einen Optokoppler möchte ich unbedingt verwenden.
Das ist vernünftig, um die Steuerelektronik von der berührgefährlichen 
Spannung zu entkoppeln. Allerdings weiß ich nicht, ob das nötig ist.
Auch ist unklar, was das für ein Koppler ist und ob er auch die 
Randbedingungen dafür erfüllt.
Gruß Öletronika

von MARIO (Gast)


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Warum 30 mA am uC-Port?
Ich komm auf 23 ohne die Flußspannung der "led" abzuziehen. Hatte erst 
1K das war zu viel und die Flanke definitiv alles andere als steil.

Den Link schau ich mir mal an. Danke.

von Jörg R. (solar77)


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Mario G. schrieb:
> Hallo...

MARIO schrieb:
> Hallo..

Ein Thread, ein Nutzername!

#####

Mario G. schrieb:
> Wenn ich es richtig verstanden habe, macht es Sinn das Gate nicht mit 5V
> sondern mit 12V zu betreiben.

Die Widerstände 1K und 680R bilden einen Spannungteiler wenn der OK 
leitet. 12 Volt bekommst du so nicht an das Gate des Mosfet.

U. M. schrieb:
> Get zwar mit den FET, aber bei R_DS-on von ca. 0,4 Ohm bekommst du bei
> 4A schon ca. 7W Verlustleistung.

Mit der oben angegebenen Schaltung kommt das Gate auf nicht mal 5 Volt 
wenn der OK schaltet. Dabei ist der Spannungsabfall an ihm nicht mal 
berücksichtigt.

Der IRF630A hat ein Rdson von 0R4 bei 10 Volt am Gate, also weit weg von 
dem was aktuell anliegt.

Der OK invertiert das Signal vom Arduino.

######

MARIO schrieb:
> Die 100V kommen im übrigen von einer Solarzelle ohne Last.

Ohne Puffer, ohne Regelung? Die Spannung und die verfügbare Leistung ist 
dann total instabil.

: Bearbeitet durch User
von MARIO (Gast)


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Hallo Jörg.
Schreibe jetzt am Handy. Bin nicht eingeloggt.
Du hast Recht. Mit dem Spannungsteiler wird das nix mit 12V. Der 1K muss 
viel kleiner werden.

Das PWM Signal invertiere ich dann im Arduino.
Das hab ich mir schon notiert. Trotzdem Danke. Könnte man vergessen.

An der Solarzelle hängt ein Wechselrichter.
Der mag aber die 90V im Leerlauf nicht.
Deshalb soll die Schaltung die Zelle belasten, damit ich unter 75V 
komme. Einfach eine Last zu 100% zu oder abschalten geht aber nicht, 
weil der Wechselrichter so schnell nicht reagiert.
Die Schaltung läuft auch nur kurzzeitig. Bei plötzlich viel  oder wenn 
Batterie voll.

Der Test heute hat gut funktioniert. Nur wenn der Arduino aus ist hab 
ich halt 100% Last.

Was sollte ich für den 1K nehmen. Reichen 100 Ohm?
Unten vllt den 1k hin?

von Jörg R. (solar77)


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Hallo Mario,

ich halte den Ansatz für falsch den (vermutlich teuren) Wechselrichter 
so schützen zu wollen. Was wenn der Arduino ein Problem hat?

Wie bekommt der Arduino das Signal (Spannung der Solarzelle) das er 
loslegen soll? Das muss ja auch galvanisch getrennt sein, auch GND, wie 
übgrigens auch der ganze Teil „hinter“ dem OK.

Eine Lösung habe ich jetzt nicht parat. Ich würde das Problem aber ohne 
Arduino lösen, rein analog. Ein Mosfet in Kombination mit 
Leistungswiderständen, der im Linearbetrieb je nach Spannung der 
Solarzelle diese entsprechend belastet.

Dein Lösungsansatz wird auch funktionieren, mir wäre das zu unsicher.
Zumindest würde ich eine Überwachungsschaltung einbauen - die im Notfall 
das Modul per Relais vom Wechselrichter trennt.


PC874 - stimmt die Bezeichnung für den OK?

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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MARIO schrieb:
> Mit dem Spannungsteiler wird das nix mit 12V. Der 1K muss
> viel kleiner werden.

Oder der 680 Ohm erheblich größer.

Die Frage bleibt aber, weshalb Du unbedingt diesen FET verwenden musst.

von Jörg R. (solar77)


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MARIO schrieb:
> Nur wenn der Arduino aus ist hab ich halt 100% Last.

Was heißt aus? Wenn vom Arduino kein Signal kommt sperrt der OK, und 
danit auch der Mosfet. Das wiederum bedeutet keine Last.


MARIO schrieb:
> Was sollte ich für den 1K nehmen. Reichen 100 Ohm?
> Unten vllt den 1k hin?

Manfred schrieb:
> Oder der 680 Ohm erheblich größer.
>
> Die Frage bleibt aber, weshalb Du unbedingt diesen FET verwenden musst.

Da können auch mehrere Kohm hin. Der jetzige 1K (OK Collektor gegen 
12Volt) kann eugentlich ersatzlos entfallen, bzw. recht niederohmig 
ausgelegt werden.


Manfred schrieb:
> Die Frage bleibt aber, weshalb Du unbedingt diesen FET verwenden musst.

Aus neiner Sicht bleibt die Frage ob der Ansatz der richtige ist. Wie 
ich schon geschrieben habe würde ich es so nicht umsetzen.

: Bearbeitet durch User
von Mario G. (rodenberger)


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Hallo.
Nochmals Danke für die Antworten.

Jörg R. schrieb:
> in Mosfet in Kombination mit
> Leistungswiderständen, der im Linearbetrieb

Das ist bei der Leistung aus meiner Sicht keine gute Idee.
Ohne PWM wird das nichts werden.

Jörg R. schrieb:
> PC874 - stimmt die Bezeichnung für den OK?

Nö, wo hab ich das denn her. Oje.
Muss ich mal schauen was ich jetzt drinne hab. Könnte auch einen EL816 
nehmen. Weil vorhanden ;o)

Jörg R. schrieb:
> Was heißt aus? Wenn vom Arduino kein Signal kommt sperrt der OK, und
> danit auch der Mosfet. Das wiederum bedeutet keine Last.

Wenn ich es so mache wie gezeichnet, dann ist das richtig.
Nur so ist es ja gerade nicht.

Jörg R. schrieb:
> Da können auch mehrere Kohm hin. Der jetzige 1K (OK Collektor gegen
> 12Volt) kann eugentlich ersatzlos entfallen, bzw. recht niederohmig
> ausgelegt werden.

So werde ich es mal versuchen. Und mal schauen was der Oszi sagt.
Ich muss halt aus Sonne warten.

Jörg R. schrieb:
> Dein Lösungsansatz wird auch funktionieren, mir wäre das zu unsicher.
> Zumindest würde ich eine Überwachungsschaltung einbauen - die im Notfall
> das Modul per Relais vom Wechselrichter trennt.

Da hast Du nicht so unrecht.
Allerdings schaltet der Wechselrichter über 75 V die Solarseite schon 
ab.
Und da ist ja mein Problem, das er nicht wieder zuschaltet, bis die 
Spannung runter geht.
Ich habe insgesammt 3 Zellen am Dach mit je 200W.
Die ganze Zeil hatte ich nur 2 Zellen angeschlossen.
Wären es 4 könnte ich 2 parallel schalten. für eine 4. ist der Platz 
nicht da. Kann auch die Zellen in der Anschlußdose nicht umklemmen. Geht 
alles nicht.

Jörg R. schrieb:
> Aus neiner Sicht bleibt die Frage ob der Ansatz der richtige ist. Wie
> ich schon geschrieben habe würde ich es so nicht umsetzen.

Eigentlich wollte ich den Arduino abschalten, wenn fast keine 
Solarspannung anliegt. Im Moment hab ich noch ein Display drann, wo ich 
sehe was sicht tut. Wenn ich das mit LEDs ersetzte, die je nach PWM 
leuchten, dann hab ich im Bereitschaftsmodus weniger als 1mA, die stören 
mich nicht.
Ich muss ja nicht unnötig Fehlerquellen einbaeuen.
Der Arduino soll sich selber überwachen. ---> Neustart im Fehlerfall.

von Jörg R. (solar77)


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Ich habe noch ein Verständnisproblem mit dem Aufbau. An dem 
Wechselrichter müssen doch auch Akkus angeschlossen sein. Und die müssen 
doch sachgerecht geladen werden. Das kann doch unmöglich über die 
geplante PWM-Schaltung funktionieren. Jedenfalls nicht ohne die Akkus 
auf Dauer zu schädigen.

Was sind das für Solarmodule? Nennspannung?

Weshalb diese recht hohe Spannung? 400 Watt hätte man doch gut mit 48 
Volt und auch noch mit 24 Volt Nennspannung bereitstellen können. Dafür 
gabe es dann auch vernünftige Regler.


Ok, nun hast Du die Komponenten schon, aber es bleibt (Sorry) eine 
Bastellösung. Ich würde nach wie vor analog arbeiten, auch wenn der 
Aufwand an Bauteilen größer ist. Wie du die überschüssige Energie 
verbrätst ist letztendlich egal. Schade das sie verpufft.


Mario G. schrieb:
> Ich habe insgesammt 3 Zellen am Dach mit je 200W.
> Die ganze Zeil hatte ich nur 2 Zellen angeschlossen.

Die dritte Zelle kannst du ja nur in Reihe dazuschalten, dann wird die 
Spannung noch höher. Das bedeutet zwar etwas mehr Ausbeute wenn es 
dunkler wird, richtig effektiv ist das nicht.

Wie gesagt gehört da eigentlich eine vernünftige Regelung rein - MPPT.

> Wären es 4 könnte ich 2 parallel schalten. für eine 4. ist der Platz
> nicht da. Kann auch die Zellen in der Anschlußdose nicht umklemmen. Geht
> alles nicht.

Und wenn mal ein Problem auftritt??

von MARIO (Gast)


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Hallo Jörg.
Die Batterien 24V hängen natürlich am Regler. Und es ist ein Mppt. Der 
Regler schafft 800W.
Er macht auch wirklich aus 60V 4A Solarleistung , 28V 8A Ladeleistung. 
Und nicht wie andere Billigregler, die sich Mppt nennen und der Strom an 
Solar und Batterie doch der gleiche ist

Eine Solarzelle bringt im Leerlauf etwa 30V. Reicht also nicht für den 
Regler. Mit zwei Stück läuft es gut und mit dreien natürlich besser. Die 
Mppt Spannung liegt dann etwa bei 60 bis 70V.

Wenn aber die Batterien leer sind, ich hab das auf etwa 50% eingestellt, 
dann schaltet der Wechselrichter das Netz durch, so das ich immer am 
Ausgang eine Spannung habe. Und dann schaltet er für einen Moment die 
Solarzellen ab. Und dann ist die Solarspannung zu hoch und der Regler 
schaltet nicht mehr zu.
Meine Schaltung verheizt also nicht stundenlang die Energy.
Optimal ist das natürlich nicht.
Den Lastwiederstand hab ich so gewählt, das bei 100% PWM und voller 
Sonne die Spannung auf etwa 60V einbricht. Muss nur schauen ob das im 
Hochsommer noch reicht.

Der Wechselrichter ist neu. Die Zellen hab ich gebraucht gekauft.
Zellen kann man schon parallel schalten. Müssen aber mit Dioden getrennt 
sein, damit kein Rückstrom bei Abschattung entsteht.

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