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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM mit komplementärem Emitterfolge seltsamer Spannungssprung


Autor: Andreas F. (andgset)
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Hallo liebes Forum,

ich bastle gerade einer PWM Endstufe für ein Peltierelement. Folgende 
Schaltung funktioniert für kleine t_on in der Größenordnung von einigen 
ns recht gut, Probleme macht sie bei Tastgrad 0.5 bei einer Frequenz von 
100kHz, d.h. Tp=10us.
Schmerzen bereitet mir der seltsame Spannungssprung bei etwa der Hälfte 
des Off-Intervalls.

Ich vermute dass er durch parasitäre Kapazitäten in den BJTs verursacht 
wird, aber erklären kann ichs mir nicht wirklich. Daher die Fragen:

1) Wo kommt her?
2) Wie geht weg?

Grüße, Andreas

Edit: Entschuldigung, habe das Bild vergessen....

: Bearbeitet durch User
Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Ist R42 richtig abgeglichen?

SCNR,
WK

Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
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Pelztier? BJT? PWM im ns-Bereich? HÄÄ WTF?!

Sorry aber so wird das nix, ohne Schaltplan schon gar nicht.

Zuert mal mag ein Peltier keine PWM, der sowieso schon schlechte 
Wirkungsgrad fällt ins Bodenlose weil die bereits transportierte Wärme 
in den Strompausen zur kalten Seite zurückfließt. Du mußt das Ding mit 
einem geregelten Strom oder an einer geregelten und geglätteten Spannung 
betreiben, alles andere wird Murks. Dazu reicht ein einstellbares 
"echtes" Gleichspannungsnetzteil, das kann von mir aus mit intern PWM 
arbeiten, muß aber eine saubere Gleichspannung liefern.

Autor: Andreas F. (andgset)
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Ben B. schrieb:
> das kann von mir aus mit intern PWM
> arbeiten, muß aber eine saubere Gleichspannung liefern.

Das ist der Plan.

Dergute W. schrieb:
> Ist R42 richtig abgeglichen?

Ich habs ja selber gemerkt mein guter :-)

Autor: Achim S. (Gast)
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Andreas F. schrieb:
> Ich vermute dass er durch parasitäre Kapazitäten in den BJTs verursacht
> wird, aber erklären kann ichs mir nicht wirklich. Daher die Fragen:
>
> 1) Wo kommt her?

Schau dir in deiner Simu an, wann der Strom zur Last (durch L2) von Q1 
kommt, wann durch D1 und wann er Null wird. Jedesmal wenn der Strompfad 
wechselt (oder wenn der Strom Null wird) macht die Spannung an pwmo 
einen Sprung.

Schau dir auch gleich an, wann der Strom durch Q3 fließt. Dann wirst du 
sehen, dass Q3 in deiner Schaltung keine Funktion hat. Ein FET an der 
selben Stelle könnte die Diode entlasten (und damit etwas die Effizienz 
verbessern). Aber der Q3 nützt dir nichts (falsche Stromrichtung).

Generell zur Schaltung: du hast nur eine Versorgung von 3,3V für die 
Last, und der npn als Emitterfolger schluckt dir davon bereits mehr als 
0,7V. (Deine Spannung an pwmo wird nie größer als 2,4V.) Willst du das 
wirklich?

Andreas F. schrieb:
> Folgende
> Schaltung funktioniert für kleine t_on in der Größenordnung von einigen
> ns recht gut,

Meinst du wirklich bei kleineren t_on? Oder meinst du bei kleineren 
PWM-Perioden?

Bei kleineren PWM-Perioden hast du einen "nicht-lückenden Betrieb" (der 
Strom durch L2 fließt immer in der selben Richtung, nur die Stromstärke 
variiert). Bei der hier gezeigten PWM-Periode von 10µs hast du einen 
lückenden Betrieb (d.h. der Strom durch L2 geht in der off-Phase auf 
Null).

Autor: Arno H. (arno_h)
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Negative Spannung: Diode leitet;
positiver Spannungsabschnitt: der PNP leitet und entädt den 
Ausgangskondensator.
Schau dir mal die Ströme in Diode, Spule und den Transistoren an.

Arno

Autor: Andreas F. (andgset)
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Achim S. schrieb:
> Aber der Q3 nützt dir nichts (falsche Stromrichtung)

Auaaa. Ursprünglich war dort ein FET, aber ich "dachte" ein BJT wäre 
schonender für die Ansteuerlogik.. So ist das natürlich Unfug.

Achim S. schrieb:
> (Deine Spannung an pwmo wird nie größer als 2,4V.) Willst du das
> wirklich?

Jap, das Pelztier hat nach ersten Messungen einen Widerstand von 
<1.7Ohm, die Spezifikation sagt maximal 300mA sollen getrieben werden.

Achim S. schrieb:
> Meinst du wirklich bei kleineren t_on? Oder meinst du bei kleineren
> PWM-Perioden

Nein, für eine Periodendauer von 10us und eine On-Zeit von 5ns war an 
pwmo ein schöner Impuls zu sehen, was mir nun auch etwas fragwürdig 
erscheint.

Danke für den Input, beim Stichwort "lückender Betrieb" hats Klick 
gemacht.

Eine weitere Sache: Geh ich richtig in der Annahme, dass der 
Buckconverter nicht nur Strom sourcen sondern auch senken kann? Das 
Pelztier soll in beide Stromrichtungen betreibbar sein, ich überlege nun 
statt einer H-Brücke die rechte Klemme des Pelztiers auf 1.5V o.ä. zu 
fixieren. Angenommen DC=100% entspricht 3V, dann würde der Converter für 
DC<50% als geregelte Stromsenke fungieren, richtig?

Autor: Thomas E. (picalic)
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Andreas F. schrieb:
>> (Deine Spannung an pwmo wird nie größer als 2,4V.) Willst du das
>> wirklich?
>
> Jap, das Pelztier hat nach ersten Messungen einen Widerstand von
> <1.7Ohm, die Spezifikation sagt maximal 300mA sollen getrieben werden.

Das ergibt wenig Sinn! So hast Du über dem Transistor irre hohe 
Verluste. Du willst auf der linken Seite Deiner Induktivität die volle 
Spannung VPWM schalten und die Spannungsdifferenz zwischen VPWM und dem 
Peltier-Element nicht am Transistor verheizen, sondern über die 
Induktivität transformieren. Sonst könntest Du Dir den PWM-Aufwand auch 
sparen und einfach einen Linearregler benutzen.

Andreas F. schrieb:
> Eine weitere Sache: Geh ich richtig in der Annahme, dass der
> Buckconverter nicht nur Strom sourcen sondern auch senken kann?

Ja, aber vernünftig geht das dann nur mit FETs.

Andreas F. schrieb:
> dann würde der Converter für
> DC<50% als geregelte Stromsenke fungieren, richtig?

Der DC-Prozentsatz, bei dem sich die Stromrichtung umkehrt, hängt vom 
Verhältnis der Eingangs- zu Ausgangsspannung ab. Bei z.B. VPWM = 12V und 
einer "richtigen" Schaltung mit 1,5V am Ausgang, liegt der DC für eine 
Stromsenke bei 12,5%.

: Bearbeitet durch User
Autor: Achim S. (Gast)
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Andreas F. schrieb:
> Jap, das Pelztier hat nach ersten Messungen einen Widerstand von
> <1.7Ohm, die Spezifikation sagt maximal 300mA sollen getrieben werden.

Hast du deswegen auch den 5Ohm-Widerstand R4 in Serie eingebaut? Damit 
betreibst du eine ungewöhnliche Mixtur aus Buck-Regler (der mit geringen 
Verlusten auskommen sollte) und Linearregler (bei dem die überflüssige 
Spannung in R4 und Q1 verheizt wird). Der einzige Grund, den ich für 
diese Heransgehensweise erkennen könnte, ist, dass dein Peltier damit 
nie mehr als den erlaubten Maximalstrom sieht, selbst wenn du mal 
versehentlich zu hohe Tastgrade einstellst. Wenn du den Tastgrade von 
Softwareseite vernünftig begrenzt, spricht eigentlich nichts dafür, 
unnötig Leistung in der Treiberschaltung zu verheizen.

Andreas F. schrieb:
> Eine weitere Sache: Geh ich richtig in der Annahme, dass der
> Buckconverter nicht nur Strom sourcen sondern auch senken kann?

der "gewöhnliche Buckconverter" nicht.
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps_e/smps_e.html

Die Halbbrücke, die du eigentlich bauen wolltest, könnte schon Strom 
senken, wenn die Last gegen 1,5V verschaltet wäre. Wobei die Frage ist, 
wie du die 1,5V erzeugst, so dass sie ebenfalls Strom sourcen und senken 
können. Ebenfalls mit einer geregelten Halbbrücke? Dann betreibst du das 
Peltier letztlich doch in einer H-Brücke, die du damit ja eigentlich 
vermeiden wolltest.

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