Spule mittels MOSFet oder Transistor schalten (H-Brücke)

[Thomas Wittmann (Gast)]

hallo liebe community,

ich hab mir gerade mittels 2 relais und einer spule und meinem 
microcontroller eine analog h brücke gebaut. der microcontroller 
schaltet für 100ms das realis 1 +/-, danach schaltet er das relais 1 
aus, und schaltete mit einer verzögerung von 50 ms das relais 2 ein. die 
beiden relais sind schließer. das relais 1 schaltet +/-, und das relais 
2 schaltet -/+.

mit den relais und meinem osziloskop sehe ich die back emf 
leistungsspitzen der spule perfekt.

sobald ich jedoch eine h brücke mittels transistoren aufbaue, 
verschlingen mir die transistoren die kompletten back emfs.

gibt es hier eine möglichkeit dies ander zu lösen? ich möchte den back 
emf wie vom betrieb mittels relais auf der spulenseite in beide 
richtungen sehen.

habt ihr eine idee wieso das so ist? solid state relais funktionieren 
auch, aber eben nur in eine richtung.

welche möglichkeiten gibt es hier die klassichen relais durch halbleiter 
technik zu ersetzten?

vielen dank schonmal vorweg.

lg

[drm (Gast)]

Schaltplan mal aufgemalt ? Papier und Bleistift sind OK !

[Achim S. (Gast)]

Thomas Wittmann schrieb:
> sobald ich jedoch eine h brücke mittels transistoren aufbaue,
> verschlingen mir die transistoren die kompletten back emfs.

Wenn ich deinen Schaltplan richtig errate, dann wirken die Body-Dioden 
der gesperrten MOSFETs in deiner H-Brücke als Freilaufdiode für die 
Relaisspule, daher tritt keine Spannungsüberhöhung auf (bzw. nur um ca. 
0,7V).

Thomas Wittmann schrieb:
> ich möchte den back
> emf wie vom betrieb mittels relais auf der spulenseite in beide
> richtungen sehen.

Dazu müssten die FETs auch in "umgedrehter" Richtung hochohmig werden, 
was mit einem einzelnen Leistungs-FET nicht geht (weil die immer ihre 
Body-Diode haben). Du könntest anstelle der vier einzelnen FETs in 
deiner Brücke immer jeweils zwei FETs verwenden. Die Drain-Source 
Strecke müsste antiseriell verschaltet werden, die Gate-Source Strecke 
jeweils parallel. (so wie es in Solid-State-Relais gemacht wird).

Dann würdest du sehen, dass die Induktionsspannung der Spule bis zur 
Durchbruchspannung der FETs ansteigt. Was natürlich auch dazu führen 
kann, dass die FETs schon beim ersten Ausschalten zerstört werden (je 
nachdem, wie viel Energie du in der Spule gespeichert hast.

[Achim S. (Gast)]

Achim S. schrieb:
> in deiner H-Brücke als Freilaufdiode für die
> Relaisspule

sorry: als Freilaufdiode für deine geschaltete Spule (nicht für die 
Relaisspule, da in der FET-H-Brücke ja wohl keine Relais vorhanden 
sind).

[Thomas Wittmann (Gast)]

Hallo drm,

ja sicher, so sieht der Schaltplan aus. Ansteuerung erfolgt wie gesagt 
über den Arduino.

Anbei auch das Foto vom Oszi.

[Thomas Wittmann (Gast)]

Wenn ich dies nun mit dem Solid State Relay in einer Richtung anschaue, 
hab ich die Leistungsspitzen. Und das Relais lässt auch nichts durch und 
der Back EMF macht es auch nicht kaputt.

Kann ich nicht irgendwie die Solid State Relais so schalten das ich dies 
mit 2 SSR steuern könnte?

[Thomas Wittmann (Gast)]

IM Einsatz habe ich aktuell für die Brück 2 x tip3055 und 2 x tip2955

[Thomas Wittmann (Gast)]

Und als Solid SSR folgendes:
http://www.kyotto.com/eng_KG20.htm
KG2075D

[Achim S. (Gast)]

Thomas Wittmann schrieb:
> Anbei auch das Foto vom Oszi.

Zeige Oszi-Messungen doch bitte als Screenshot vom Oszi, nicht mit dem 
Foto abgeknippst. Dann kann man mehr erkennen (z.B. die Skalierung der 
Achsen, die du in deinem ersten Foto abgeschnitten hast). Auch dort 
sieht man Spannungsspitzen, aber eben begrenzt auf den Wert, bei dem 
deiner Transistoren nachgeben und den Strom weiter fließen lassen.

Thomas Wittmann schrieb:
> Wenn ich dies nun mit dem Solid State Relay in einer Richtung anschaue,
> hab ich die Leistungsspitzen. Und das Relais lässt auch nichts durch und
> der Back EMF macht es auch nicht kaputt.

Doch: ab 300V lässt das SSR den Strom durch - deshalb ist die 
Spannungsspitze auf diesen Wert begrenzt. Und "gesund" ist das für dein 
SSR nicht. Kann sein, dass es nicht direkt kaputt geht, aber trotzdem 
nur eine kurze Lebensdauer hat.

Thomas Wittmann schrieb:
> Kann ich nicht irgendwie die Solid State Relais so schalten

du kannst im Prinzip anstelle der 4 Bipolartransistoren in deiner Brücke 
4 Photo-MOS Relais verwenden. Ob das von dir benutzte KG2075D dafür 
funktionieren würde, kann ich nicht sagen (die Herstellerseite verrät 
nicht wirklich viel über dessen Innenleben). Hier ein paar Photo-MOS 
Relais zur Auswahl:
https://www.digikey.de/products/de/relays/solid-state-relays/183?k=photomos

Ach hier gilt wie zuvor:
- die Höhe der Spannungsspitze wird durch die Spannungsfestigkeit des 
Photo-MOS Relais festgelegt
- die Energie der Spule wird im Photo-MOS Relais verbraten und kann zu 
dessen Zerstörung führen.