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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsreduzierung mit Dioden


Autor: Andre Wippich (Gast)
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Hallo.

Ich möchte zwei Gleichtstrommotoren (beide 9V / zusammen max. 800mA)
mit einem L298 antreiben. Dummerweise ist mir eben das Steckernetzteil
beim Rumprobieren flöten gegangen :-) Der L298 ist natürlich noch nicht
dran, habe nur mal so zum Spaß direkt Spannung an die Moteren angelegt.

Jedenfalls habe ich mir nun überlegt, bevor ich mir noch'n Netzteil
kaufe (und wieder zerschrote g) nehm ich einfach eins von den alten
ATX-Computer-Netzteilen, die ich hier noch rumliegen habe. Das
Problemes liefert nur 5 oder 12V (Motoren: 9V).

Ich wollte jetzt fragen ob es irgendwelche Bedenken gibt, wenn ich
einfach 4 oder 5 Standarddioden (1N4001) in Durchlassrichtung in Reihe
schalte, um durch die Diodenspannung von jeweils 0,7V die 12V auf ca.
9V zu reduzieren.

Dürfte eigentlich klar sein was ich meine, aber hier nochmal als
Ascii-Schaltbild:

+12V ---|>|----|>|----|>|----|>|----|>|-----(M)-----| GND

       0,7V   0,7V   0,7V   0,7V   0,7V     8,5V

In der Endschaltung würde ich anstelle von (M) den Vs Eingang des L298
nehmen, damit dieser dann die 9V entsprechend gepolt den Motoren
übergeben kann.

Wäre sehr nett, wenn jemand was dazu schreibt.

Gruß, André

____________________
http://www.dark-sun.de

Autor: Steffen (Gast)
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Du musst den Laststrom beachten! Die 1N4001 kann glaube ich einen If von
1A. Ich würde wenn überhaupt 4 Dioden nehmen, da 9.2 V absolut okay
sind. Motoren sind nicht so empfindlich. Es gibt sicherlich bessere
Methoden die Spannung zu reduzieren aber um es mal zu probieren ist das
okay.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Und du musst darauf achten, dass die Dioden einen Mindeststrom bekommen.
Wenn der Strom auf 100µA (so um den Dreh) abfällt, dann wird der Drop
der Diode auch nur noch 50mV (so um den Dreh ;)) sein !

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Auf den Laststrom habe ich bereits geachtet (Diode: 1A, Motoren: max
800mA).

Ich glaube das mit dem Mindeststrom ist nicht so kritisch. Der L298
kann über 40V ab (Wenn alle Treiber sperren -> Kein Strom -> 12V am
L298). Sobald die Motoren angesteuert werden fließt ein Strom und die
12V werden auf ca 9V runtergebrochen. Das sollten die Motoren schon
abkönnen, sie laufen ja nicht die ganze Zeit mit 12V sondern nur kurz
im Einschaltmoment.

Ich wollte das aber schon als Endlösung verwenden... Die Motoren selbst
müssen sich nur nach rechts und links drehen und dabei ein möglichst
hohes Drehmoment aufbringen. Die Drehzahl ist wurscht, weil sich die
Motorwellen in meiner Anwendung eh nur um 90° bewegen können (wird eine
Art Verschlussmechanismus -> Kann man sich wie ne Bahnschranke
vorstellen).

Was gäbe es denn noch für bessere Möglichkeiten die Spannung
runterzubrechen?

Mir fällt nur das ein:
- Spannungsteiler aus Widerständen
--> Dann habe ich aber ne ziemliche Verlustleistung in den
Widerständen. Außerdem muss ich den Spannungsteiler so dimensionieren,
dass die Widerstände kleiner sind als der kleinste Motorwiderstand,
welcher im Anlaufmoment sehr klein sein dürfte (Nur der ohmsche
Widerstand der Motorwicklung). D.h. ich bräuchte kleine Widerstände,
die viel Leistung abkönnen um den Spanungsteiler überhaupt stabil
hinzubekommen.
Also: Teuer, muss Bauteile bestellen und habe Verlustleistung.

- 9V Spannungsregler
--> Müsste ich erst noch bestellen, d.h. Bauteilkosten, Versandkosten,
Lieferzeit... Ich denke mal dass es dann ein einstellbarer
Spannungsregler sein dürfte, also hätte ich auch noch erhöhten
Schaltungsaufwand.

- Diodenlösung wie oben beschrieben
--> Hab noch'n Haufen 1N4008er hier rumliegen :-)

Gruß, André

____________________
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Autor: Dennis Strehl (Gast)
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Als 9V-Spannungsregler könntest du den 7809 o.ä. nehmen, halt den, der
den Strom schafft.

Zur Diodenlösung: Achte auf die Verlustleistung an den Dingern,
(12V-9V)*800mA = 2,4 Watt (insgesamt) ist nicht wenig. Die
Flussspannungen liegen bei dem Strom übrigens nen Tacken höher, etwa
0,9 Volt würde ich schätzen.

Spannungsteiler kannste vergessen, wenn dann mach's mit nem
Vorwiderstand. Die Motoren bilden dann im Grunde den zweiten Widerstand
vom Spannungsteiler.

MfG

Autor: Dennis Strehl (Gast)
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Sorry, hab noch was vergessen: Der Spannungsregler müsste natürlich
gekühlt werden, die 2,4 Watt fallen auch an dem ab.

Ebenso bei der Lösung mit Vorwiderstand, das müsste dann schon nen
Leistungswiderstand sein.

MfG

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Stimmt ja, es gibt ja nen 7809... Den könnte sogar der Elektroladen in
der Stadt haben. In der Regel können die 78er ja alle grob 1A ab -
werde aber nochmal drauf achten.

Daran dass die Dioden ja auch heiß werden hab ich im Eifer des Gefechts
gar nicht bedacht :-) Nee, dann hol ich mir lieber den Spannungsregler -
der kriegt dann noch nen kleinen Kühler (und natürlich Kondensatoren
gegens Schwingen und zur Stabilisierung) und gut ist. Hat auch den
Vorteil, dass die Motoren stärker von der Schaltungsspannungsversorgung
getrennt sind.

Danke Euch allen für die Hilfe!

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Autor: Nobody (Gast)
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Wenn die Motoren wirklich nur kurz laufen, sehe ich überhaupt kein
Problem damit, sie mit 12V zu betreiben, das können die normalerweise
ab. Nur blockieren sollten sie nicht...
Andere Möglichkeit: Da Du sowieso einen L298 und bestimmt auch einen µC
dran hast, machs doch mit PWM. Dann ist auch die Verlustleistung nicht
so hoch.

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Häng' die Motoren direkt dran, der L298 hat schon integrierte
Vorwiderstände... (Ist eben alt ;))

Auszug aus dem Datenblatt:
VCEsat Total Drop
IL = 1A (5)  1.80 - 3.2V
IL = 2A (5)  - 4.9V

Autor: Profi (Gast)
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Bitte vergiss das mit den Dioden (zumindest in dieser Form) ganz schnell
wieder.
Was glaubst Du, wass passiert, wenn Du den Motor wieder ausschaltest?
Die in der Spule gespeicherte Energie will ja irgendwo hin und wird Dir
den L298 und die Dioden ziemlich schnell durch Überspannung in die
ewigen Silizium-(Silikon, jaja)-Gründe schicken.

Nobody hat Recht. PWM ist angesagt. Und nicht anderes.
Höchstens ein moderneres Treiber-IC mit FET-Ausgängen.

Wenn Du es unbedingt anders machen willst, ist die Lösung mit einem
Vorwiderstand noch die bessere, denn Du willst ja eher ein begrenztes
Drehmoment ("weil sich die Motorwellen in meiner Anwendung eh nur um
90° bewegen können"), und dieses ist proportional zum Strom. Also
willst Du den Strom begrenzen, das geht mit einem R deutlich besser als
mit Dn.
Auf jeden Fall direkt parallel zum Treiber-IC einen mind. 500µF-C, der
die beim Abschalten zurückkommende Energie aufnimmt.

Gutes Gelingen!

Autor: Marco S. (masterof)
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UB+
             |
        -|>|---|<|-
       |           |
       |           |
    -------- M -------
       |           |
       |           |
        -|<|---|>|-
             |
            GND

Das wäre eine Möglichkeit die Überspannung vom Motor weg zu bringen.
Hoffe ihr versteht die Schaltung.

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Hi.

@Nobody:
Leider werden sie kurzzeitig blockieren, wenn sie die Endpunkte
erreichen. Dort wird dann der Maximalstrom fließen und genau deshalb
will ich nur die zulässige Spannung anlegen. PWM wäre auch ne
Möglichkeit aber ich weiß nicht ob's den Motoren so gut bekommt, wenn
ich sie mit 12V und 66% PWM betreibe, weil sie dann zumindest
kurzzeitig immer die 12V abbekommen, auch wenn rechnerisch (!) die
umgesetzte Leistung natürlich einem Betrieb mit 9V entspricht.

@Philipp Burch:
Das sind doch keine Vorwiderstände sondern die Sättigungsspannungen der
integrierten Transistoren. Die Sättigungsspannung hast Du für 1A und für
2A angegeben und man sieht dass sie mit steigendem Laststrom ansteigt.
D.h. sie sind einerseits nicht konstant und andererseits bei kleinen
Lastströmen gering. Einer meiner Motoren zieht maximal 200 mA, da
beträgt die Sättigungsspannung nur ca. 1V -> 11V am Motor -> Motor geht
kaputt.

@Profi:
Die Dioden als Spannungsbegrenzer sind ja schon kein Thema mehr - ich
nehme stattdessen einen 7809 (9V/1A Spannungsregler). Denke das wird
die stabilste Lösung sein, weil der mir durch die konstanten 9V immer
die maximale Motorleistung bringt.

Das mit den Vorwiderständen am Motor ist schlecht, weil ich das
Drehmoment nicht begrenzen, sondern maximal haben will (siehe obige
Beschreibung). Als Ergänzung: Der Motor dreht einen Riegel der
einrasten muss -> Es muss eine bestimmte Kraft aufgebracht werden, um
die Raste zu überwinden.

@Marcor Schwan & Profi:
Selbstverständlich statte ich den Motor mit Freilaufdioden (Marcors's
Schaltung) aus - das versteht sich ja von selbst bei der Arbeit mit
induktiven Lasten. Der L298 ist also abgesichert.

@All ( g ):
Gegen den Einsatz eines 7809 dürfte doch nichts sprechen, oder?

____________________
http://www.dark-sun.de

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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@Andre:
Ich weiss natürlich schon, dass da keine Vorwiderstände drin sind. Aber
wie du scheinbar selbst gesehen hast, hat der L298 einen recht grossen
Drop, halt eben je nach Last. Von daher ist das sicher kein Problem mit
dem Motor, wenn der direkt an 12V läuft. Also wenn der im Anschlag knapp
ein Ampère ziehen kann, dann geht die Spannung gemäss Datenblatt ja
schon bis max. 8.8V runter.
Ist denn die Maschine am Ende im Dauerbetrieb? Denn ein 7809 hat's
auch nicht so gern, wenn du den längere Zeit an der Belastungsgrenze
laufen lässt. Ausserdem wurde ja bereits gesagt, dass 3W
Verlustleistung auch nicht ohne ist...
Aber sag doch mal was das für Motoren sind, die halten dann extrem
wenig aus, wenn da ein paar Volt Überspannung bereits tödlich sind...

Autor: Andre Wippich (Gast)
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Es handelt sich dabei um diese beiden Motoren, die ich mir bei
www.Pollin.de gekauft habe:

http://www.pollin.de/shop/detail.php?pg=NQ==&a=NzI...
(Art. Nr. 310 072 - falls der Link nicht funktioniert)

http://www.pollin.de/shop/detail.php?pg=NQ==&a=OTc...
(Art. Nr. 310 320 - falls der Link nicht funktioniert)

Ich glaube nicht, dass die Motoren so empfindlich sind, dass die sofort
kaputt gehen. Diese Spielzeugmotoren sind in der Regel ja recht robust.
Das Problem ist nach wie vor, dass der Motor an den Endpunkten der
Riegelbewegung (Riegel offen/geschlossen) blockieren wird, weils da
einfach nicht weitergeht -> Maximaler Motorstrom.

Ich überwache die Endlagen mit Gabellichtschranken, also wenn der
Riegel die richtige Position hat wird der Motor abgeschaltet. Aber es
wird evtl notwendig sein, dass der Motor den Riegel ne Weile in die
Endlage drückt, damit der Riegel nicht vom Endpunkt abprallt.

Es geht mir im Endeffekt ja darum, dass die Motoren dann auch in einem
Jahr noch funzen.

Im Datenblatt der 78er Familie steht soweit ich mich erinnern kann,
dass die mit Kühlkörper auch über 1A abkönnen (Ich erinnere: Imax bei
mir 800 mA). Außerdem sind die Spannungsregler doch mit allem Pipapo
ausgestattet: Überhitzungsschutz, Strombegrenzung, Verpolungsschutz...
Also würde der Spannungsregler doch eher den Motoren den Saft begrenzen
als sich selbst zu gefährden.

Ich hoffe darauf (wird sich erst später zeigen, wie sich die Mechanik
verhält), dass ich die Motoren nur so alle 20 Sekunden nacheinander
kurz ansteuern muss. Im schlimmsten Fall muss aber einer der Motoren
immer dauerhaft angesteuert werden, sofern sein Riegel die
Sperrposition verlässt. Das wird dann so ne Art Pseude-PWM:
Gabellichtschranke meldet Postionsverlassen -> Motor an bis
Gabelschranke korrekte Position meldet.

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