Guten Tag, bei der Arbeit möchte ich ein Magnetventil schnell ansteuern: Der Hersteller liefert eine 60V Spannungsversorgung, eine Treiberkarte mit einem Mosfet und allerhand Zeugs drauf (ich bin Maschinenbauer) und eben das Magnetventil. Leider ist die Treiberkarte bzgl. der Stromverläufe nicht frei programmierbar, zudem ist das Entladen der Magnetspule (für meine Begriffe) noch zu langsam bzw. man könnte möglcherweise noch was rausholen wenn man das Magnetventil beim Schließen (stromlos schalten, mechanische Feder schließt es dann) aktiv umpolt. Wenn meine Annahme falsch ist, hat sich dieser Post erledigt. Zu den Daten des Ventils: Ohmscher Widerstand 5 Ohm Induktivität der Spule: unbekannt - kann ich aber evtl. ermitteln Stromverlauf beim Öffnen: ca. 1ms 60V anliegend, in dieser Zeit steigt der Strom von 0 auf 2,5A ca. 0,5ms Strom halten danach Absenken des Stroms auf 0,8A durch PWM-Modulation der Spannung Stromverlauf beim Schließen: Abschalten der Spannungsversorgung Vollständiges Enladen = 0A (keine klassische Entladekurve) in 0,5ms Nun zu meinen Fragen: - würde sich durch umpolen die Entladezeit weiter verringern - gibt es "auf kurzem Dienstweg" eine Endstufe, die z.B. durch den Analogausgang eines µc gestuert werden kann und aktiv umpolt - wenn nicht: wie aufwändig ist es, sich bei "erweiteten Lötkenntnissen", Grundkenntnissen in Messtechnik, E-Technik und µc-Programmierung, eine solche Endstufe selbst zusammenzubauen (nur zu Versuchszwecken, keine EMV-Anforderungen, CE usw.) - ich habe bisher auf H-Brigdge-Endstufen bei ebay und amazon geschielt, deren maximale Spannung liegt aber immer sicher unter 60V (hat bestimmt auch seinen Grund...) - recherchiert und gelesen habe ich zu Mosfet-Brücken ziemlich viel, selbst bauen ohne Anleitung: nein. Danke für Eure Zeit, die Ihr hier invenstiert und sorry für den Nicht-Schaltplan - es gibt noch keinen... Gruß Ralf
Ralf schrieb: > sorry für den > Nicht-Schaltplan - es gibt noch keinen... Der wäre aber nützlich. Vielleicht ließe sich durch eine kleine Ergänzung noch "etwas herausholen".
Ralf schrieb: > nduktivität der Spule: unbekannt - kann ich aber evtl. ermitteln > > Stromverlauf beim Öffnen: > ca. 1ms 60V anliegend, in dieser Zeit steigt der Strom von 0 auf 2,5A Wenn der gemessene Stromanstieg stimmt, dann kennst du - zumindest als groben Wert - schon die Induktivität: L = U / (di/dt) = 60V/(2,5A/ms) = 24mH Ralf schrieb: > danach Absenken des Stroms auf 0,8A durch PWM-Modulation der Spannung Planst du für die PWM-Modulation eine Freilaufdiode zu nutzen? Oder einen "aktiven Freilauf" durch eine Ansteuerschaltung? Ralf schrieb: > würde sich durch umpolen die Entladezeit weiter verringern Durch das Umpolen sieht dein Verbraucher eine Gegenspannung von 60V. Damit sinkt der Strom in erster Näherung mit di/dt = U/L = 2,5A/ms (so schnell, wie beim Einschalten der Stromanstieg war). Für dein Ziel (0,8A/0,5ms) also schnell genug. Anstelle des Umpolens würde es - je nach Schaltung - ggf. auch reichen, den Stromfluss durch die Spule unterbrechen. Dann steigt durch die Spannung durch die Induktion so weit an, bis der Strom wieder einen Weg zum Weiterfließen findet. Je nach Auslegung der Schaltung kann es gut sein, dass sich dabei grade die 60V einstellen. Mit einer Freilaufdiode klappt es auf dem Weg aber natürlich nicht - an der steigt die Spannung nicht auf 60V sondern eher nur auf ~1V. Aber bist du sicher, dass deine Beschleunigungsversuche wirklich an der richtigen Stelle ansetzen? Es geht ja um die mechanische Bewegung eines Ventils. Macht es für die wirklich einen Unterschied, ob du den Strom in 500µs oder in 2ms auf Null bringst?
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Hallo, es gibt da eine Möglichkeit mit der du das ggf. minimalinvasiv lösen kannst. Wenn du wie im Anhang anstatt einer Freilaufdiode eine Serienschaltung mit einer Zenerdiode verwendest kommt das aufs gleiche Raus und die Spule baut den Strom viel schneller ab! Ich nutze das so für Hochfrequenzventile.
Newbie schrieb: > es gibt da eine Möglichkeit mit der du das ggf. minimalinvasiv lösen > kannst. Wenn du wie im Anhang anstatt einer Freilaufdiode eine > Serienschaltung mit einer Zenerdiode verwendest kommt das aufs gleiche > Raus und die Spule baut den Strom viel schneller ab! Für das schnelle Abschalten des Stroms funktioniert das einwandfrei. Aber ich hatte den TO so verstanden, dass er ggf. auch eine (längere) Phase hat, in der er den Strom durch PWM auf 0,8A halten will. Während dieser PWM-Phase würde diese einfache Lösung mit Zenerdiode massiv Leistung verbraten.
Achim S. schrieb: > Aber ich hatte den TO so verstanden, dass er ggf. auch eine (längere) > Phase hat, in der er den Strom durch PWM auf 0,8A halten will. Während > dieser PWM-Phase würde diese einfache Lösung mit Zenerdiode massiv > Leistung verbraten. Dazu überbrückt man die Z-Diode, z.B. mit einem p-MOSFET.
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So geht es auch ohne Z-Diode und viel Leistung. Braucht nur eine Halbbrücke.
Hallo Zusammen, danke für Eure Vielzahl an Antworten, bin zur Zeit bei der Arbeit und kann daher nicht unmittelbar auf jede Frage antworten, ich versuche es jetzt mal gebündelt um alle aufkommenden Fragen zu beantworten: "Vielleicht ließe sich durch eine kleine Ergänzung noch "etwas herausholen"." Ich zeichne heute abend, das Leistungsteil, das ich jetzt über einen µc steuere und ich versuchsweise benutze, habe ich gerade nicht zur Hand. "Planst du für die PWM-Modulation eine Freilaufdiode zu nutzen? Oder einen "aktiven Freilauf" durch eine Ansteuerschaltung?" Eine Freilaufdiode liegt vor, nur ist das Entladen dann sehr langsam, daher kommt grundsätzlich eher ein aktiver Freilauf infrage oder eine Ansteuerschaltung. Als unbedarfter Benutzer sah ich jedoch eine Gegenpolung als das Nonplusultra an, habe aber im Grunde genommen zu wenig Erfahrung mit Magnetspulen um das sicher sagen zu können. "Aber bist du sicher, dass deine Beschleunigungsversuche wirklich an der richtigen Stelle ansetzen? Es geht ja um die mechanische Bewegung eines Ventils. Macht es für die wirklich einen Unterschied, ob du den Strom in 500µs oder in 2ms auf Null bringst?" Definitiv ja! Ausschaltpulse von minimal 600µs haben noch einen deutlichen sichtbaren Effekt auf die Mechanik, sprich das Ventil schließt kurzzeitig. Aber diese Ergebnisse wurde mit dem System des Lieferanten erzielt, ohne Gegenpolung und ohne Verminderung des Haltestroms da der Treiber (für mich) nicht programmierbar ist. Das reicht mir aber leider nicht. Ziel sind 200µs. Die Bewegung kann natürlich zeitverzögert erfolgen, jedoch sollte das Ventil in dieser Zeit möglichst "gut" schließen und wieder öffnen... "es gibt da eine Möglichkeit mit der du das ggf. minimalinvasiv lösen kannst. Wenn du wie im Anhang anstatt einer Freilaufdiode eine Serienschaltung mit einer Zenerdiode verwendest kommt das aufs gleiche Raus und die Spule baut den Strom viel schneller ab!" Ich hatte schon von dieser Lösung gelesen, Zener-Dioden sind auf dem Weg. Vielleicht reicht das auch. "Für das schnelle Abschalten des Stroms funktioniert das einwandfrei. Aber ich hatte den TO so verstanden, dass er ggf. auch eine (längere) Phase hat, in der er den Strom durch PWM auf 0,8A halten will. Während dieser PWM-Phase würde diese einfache Lösung mit Zenerdiode massiv Leistung verbraten." In der Haltestromphase wird mit der Lösung Energie verbraten? Warum? Die Zenerdiode sperrt doch zu diesem Zeitpunkt wieder - oder ist sie beim einmaligen Überschreiten der Maximalspannung dann auch bei geringeren Spannungen leitend?! Hier hören meine E-Technik-Kenntnisse leider auf. Gruß Ralf
Ralf schrieb: > In der Haltestromphase wird mit der Lösung Energie verbraten? Warum? Während der Haltstromphase mit PWM-Ansteuerung fließt der Strom abwechselnd - mal durch den n-FET (bei deinen Spannungen nur für rund 10% Prozent der PWM-Periode) - und mal durch die Freilaufdiode (für restlichen 90% der PWM-Periode). Das läuft so, wenn du nur die Freilaufdiode drin hast - weil der Strom über diese frei weiterlaufen kann - an der Diode fällt nur knapp 1V ab. Wenn du aber zusätzlich die Zenderdiode in Serie hast, fällt an dieser eine sehr viel höhere Spannung ab. Der Spulenstrom mal der Zenerspannung heizen die Zenerdiode. Der Spulenstrom sinkt dann sehr schnell auf Null und du muss den FET wieder einschalten, damit du im Mittel 0,8A hast. Beim Ausschalten ist das schnelle Absinken des Strom erwünscht, aber während der PWM soll der Strom frei weiter fließen können (dehalb die Freilaufdiode).
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Ralf schrieb: > In der Haltestromphase wird mit der Lösung Energie verbraten? Warum? > Die Zenerdiode sperrt doch zu diesem Zeitpunkt wieder - oder ist sie > beim einmaligen Überschreiten der Maximalspannung dann auch bei > geringeren Spannungen leitend?! > Hier hören meine E-Technik-Kenntnisse leider auf. Das liegt daran, dass der Fußpunkt der Zenderiode, oberhalb des Low-Side Mosfet Zyklisch auf Ground = Ein und auf High Impedance = Aus geschalten wird. Es macht keinen Unterschied ob du das Ventil ausschaltest oder per PWM den Strom Hochfrequent ein- und ausschaltest. Im Anhang siehst du was bei 50% Dutycycle passiert. Es fliesst für 50% der Zeit ein Strom durch die Zdiode. Über ihr fällt ihr Flussspannung ab. in meinem Fall 24V und 200mA -> das ist sau viel Verlustwärme. Wenn du PWM machen willst empfehle ich die Schaltung ganz rechts.
Hallo Zusammen, das ist ordentlich was zu knabbern für mich. Die Sache mit der Z-Diode habe ich verstanden, und ja, es soll PWM sein. So wie es aussieht, ist auch dieses LTSpice ganz nützlich, in meiner Studienzeit gab es ähnliche Anwendung in Matlab Simulink... Ich werde versuchen, die rechte Schaltung zu realisieren: 1) BSC031N06NS3 ist das falsche Gehäuse für meine Lötkenntnisse, wie ist es mit soetwas einfachem wie IRF520? FDR840P ebenso schnell unter meinem Daumennagel verschwunden Ich kann aber auch selber suchen... 2) Die Didoen und der Transistor haben keine Typbezeichung, warum das nicht - gibt´s doch auch 1000 Verschiedene, und mind. 50% davon passen. Besten Dank nochmals für die schnelle, ausführliche Hilfe - und dass Ihr die Geduld aufbringt, einem Nicht-Elektroniker diese Dinge zu erklären. Gruß Ralf
Ralf schrieb: > So wie es aussieht, ist auch dieses LTSpice ganz nützlich Ja, ist es ganz eindeutig. Und kostet deutlich weniger als Matlab Simulink ;-) Ralf schrieb: > 1) BSC031N06NS3 ist das falsche Gehäuse für meine Lötkenntnisse, > wie ist es mit soetwas einfachem wie IRF520? Dein Treiber muss den FET sauber aufsteuern können. Der IRF520 braucht dafür eine Gate-Source-Spannung von ca. 10V. Die Antwort auf deiner Frage kommt darauf an, ob dein Treiber das liefern kann. Ralf schrieb: > Ich werde versuchen, die rechte Schaltung zu realisieren: Dann aufpassen: Die "Schaltung rechts" ist aktuell für eine Versorgung von 24V dimensioniert (R4 und R5). Wenn du sie an 60V betreibst, zerhaut es dir sofort den pFET (weil die Gate-Source-Spannung zu groß wird). Das Konstrukt aus C1 und R5, das Newbie gewählt hat, bietet die gute Chance, dass der pFET auch schon bei kleineren Versorgungsspannugen durchhaut (weil beim ersten Einschalten die volle Versorgung an Gate-Source des pFET anliegt). Außerdem heizen R4 und R5 in der On-Phase mit einigen W. Ralf schrieb: > Besten Dank nochmals für die schnelle, ausführliche Hilfe - und dass Ihr > die Geduld aufbringt, einem Nicht-Elektroniker diese Dinge zu erklären. Ein bisschen wirst du dich schon selbst in das Verständnis von PWM an induktiven Verbrauchern reinarbeiten müssen. Sonst gibt es böse Überraschungen, wenn der Aufbau raucht. Aber LTSpice ist auch ein gutes Hilfsmittel, um dein Verständnis der Schaltung zu überprüfen und weiter zu entwickeln.
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Achim S. schrieb: > Das Konstrukt aus C1 und R5, das Newbie gewählt hat, bietet die gute > Chance, dass der pFET auch schon bei kleineren Versorgungsspannugen > durchhaut (weil beim ersten Einschalten die volle Versorgung an > Gate-Source des pFET anliegt). Außerdem heizen R4 und R5 in der On-Phase > mit einigen W. Achim hat natürlich recht. Die Schaltung sollte nur das Prinzip geschwind illustrieren und ist ohne große Prüfung zusammengeklickt. Wenn du tatsächlich PWM machen willst würde ich dir eine Halbbrücke empfehlen. Ein Dual-NFET gitbs im SO8 Gehäuse und dazu ein integrierter Treiber. Über die beiden Dioden kommt die Umpolung dann von alleine. Wenn du es diskret machen willst kannst du dich von der Struktur an dem aus dem Anhang orientieren. Verstärkerstufe + Push-pull. Die Z-Diode begrenzt die GS-Spannung auf zulässige Werte. Grüße
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Guten Tag Allerseits, es hat ein wenig länger gedauert um mich in LTSPICE einzuarbeiten aber es geht. Ich habe den Vorschlag von Newbie aufgenommen, ihn in LTSPICE überführt, Transistoren und Mosfets ausgewählt und den Stromverlauf anzuschauen... Erkenntnis: OHNE Widerstand R2 (wie in der Vorlage von Newbie) entlädt sich die Spule genau so schnell wie sie geladen wurde, nämlich langsam - nix gewonnen. MIT Widerstand R2 (und je größer ich den Wert wähle), desto flotter ist die Spule leer - diese Lösung hatte ich mal in einem anderen Thread gelesen. Wo ist der Haken? Die Spannung über der Spule steigt zwar etwas - aber nicht ins Jenseits. Und es schwingt - aber da hören meine Kenntnisse in E-Technik auf. Frage 1: kann man die Schaltung so umsetzen? Frage 2: das ungewollte "Verbraten" von Energie in der LOW-Phase des PWM-Signals (siehe Text weiter oben) geschieht ja weiterhin. Da da PWM-Signal aus einem Microcontroller mit etlichen Ausgängen kommt, könnte ein zweites Signal den p-Mosfet separat schalten: in der Haltphase bleibt der p-Mosfet angeschaltet/leitend, beim Ausschalten wird auch der p-Mosfet abgeschaltet und die Energie der Spule über R2 abgeleitet. PS: ich weiß, das Signal meines µc ist 5V und hier sind es 10, dafür habe ich schon eine Lösung gefunden bei http://www.bristolwatch.com/k150/port5.htm Genau meine Niveau ;-) Außerdem (keine Schleichwerbung, nur als Tipp für andere Suchende) eine H-Brücke bis 200V https://www.ebay.de/itm/100A-50V-12V-24V-Reversible-DC-motor-Speed-Controller-PWM-H-bridge-RS232-Arduino/183699154332?hash=item2ac552a59c:m:m91qGQeZ4APOY_379s7pNAA Besten Dank für Eure Hilfe Gruß Ralf
Ralf S. schrieb: > es hat ein wenig länger gedauert um mich in LTSPICE einzuarbeiten aber > es geht. Gut. Als nächstes solltest du dir angewöhnen, den Netzen Namen zu geben (mit Labels). Denn dann wird dem Betracher klar, welche Kurven du aufträgst. Im Augenblick müssen wir noch "raten", wo die Spannungen V(n006) und V(n012) wohl gemessen wurden. Ralf S. schrieb: > Frage 1: kann man die Schaltung so umsetzen? NEIN! Ich hatte oben schon darauf hingewiesen: Achim S. schrieb: > Wenn du sie an 60V betreibst, zerhaut > es dir sofort den pFET (weil die Gate-Source-Spannung zu groß wird). Das gilt immer noch für diese Schaltungsvariante. Miss in der Simu nach, wie groß die Gate-Source-Spannung an deinem pFET wird. Und dann schau nach, wie viel tatsächlich erlaubt ist. Was du z.B. machen könntest: - wirf D1 aus der Schaltung - gib Q1 einen Emitterwiderstand. Wenn der genau so groß ist wie R1, dann wird in der On-Phase des pFET der Spannungsabfall am Emitterwiderstand und an R1 ebenfalls gleich groß sein. Bei 10V Steuerspannung würden also an R1 9,3V abfallen - das reicht, um den pFET vernünftig aufzusteuern. Wenn du für Q1 eine andere Steuerspannung verwendest (z.B. 5V), dann muss der Emitterwiderstand entsprechend anders dimensioniert werden (z.B. 470 Ohm). Ziel ist jeweils, das U_GS des pFET im vernünftigen Bereich bleibt. Ralf S. schrieb: > in der > Haltphase bleibt der p-Mosfet angeschaltet/leitend, beim Ausschalten > wird auch der p-Mosfet abgeschaltet und die Energie der Spule über R2 > abgeleitet. Ja: das wäre geschickter als die PWM auf nFET und pFET gleichzeitig zu geben.
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