PWM Signal mit Schwellwert in On/Off umwandeln?

[Reiner B. (reibuehl)]

Der Arduino-basierte Controller meiner CNC Fräse gibt ein PWM Signal 
zwischen 0 und 100% für die vorgegebene Fräser-Geschwindigkeit aus. Da 
bei meiner Fräse diese nicht extern eingestellt werden kann, würde ich 
dieses Signal zumindest als On/Off Signal verwenden. Ich würde gerne bei 
Werten oberhalb von ca. 5-10% Duty Cycle ein Solid State Relay 
ansteuern.
Ich hab die angehängte Schaltung mal auf einem Breadboard aufgebaut aber 
irgendwie funktioniert das so noch nicht. Das Solid State Relay schaltet 
immer, auch schon bei 0%. Hab ich mich da mit den Widerstandswerten 
vertan?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Reiner B. schrieb:
> Ich hab die angehängte Schaltung mal auf einem Breadboard aufgebaut aber
> irgendwie funktioniert das so noch nicht.
Das Hauptproblem an dieser Schaltung: so ein Mosfet hat keine definierte 
Schaltschwelle.

> gibt ein PWM Signal zwischen 0 und 100% für die vorgegebene Fräser-
> Geschwindigkeit aus.
Welche Spannung? Welche Frequenz?

> Das Solid State Relay schaltet immer, auch schon bei 0%.
> Hab ich mich da mit den Widerstandswerten vertan?
An dieser Stelle empfiehlt sich "Messen". Denn wenn der Mosfet korrekt 
eingebaut ist (und nicht etwa D und S vertauscht sind), dann braucht er 
eine Ugs von etwa 0,8V..3V, dass er mal anfängt zu leiten.
Hast du auch ohne Signal am Eingang diese Ugs?
Welche Spannung Uds hast du im Fehlerfall?

> Ich hab die angehängte Schaltung mal auf einem Breadboard aufgebaut aber
> irgendwie funktioniert das so noch nicht. Das Solid State Relay schaltet
> immer, auch schon bei 0%.
Wie stellst du das fest? Denn in der Schaltung, die du da gezeichnet 
hast, ist gar nichts am SSR angeschlossen...

[Reiner B. (reibuehl)]

Lothar M. schrieb:
>> gibt ein PWM Signal zwischen 0 und 100% für die vorgegebene Fräser-
>> Geschwindigkeit aus.
> Welche Spannung? Welche Frequenz?

Spannung ist 5V - genau 5,36V - und Frequenz soweit ich das aus dem GRBL 
Source erkennen kann 1kHz.

>> Das Solid State Relay schaltet immer, auch schon bei 0%.
>> Hab ich mich da mit den Widerstandswerten vertan?
> An dieser Stelle empfiehlt sich "Messen". Denn wenn der Mosfet korrekt
> eingebaut ist (und nicht etwa D und S vertauscht sind), dann braucht er
> eine Ugs von etwa 0,8V..3V, dass er mal anfängt zu leiten.
> Hast du auch ohne Signal am Eingang diese Ugs?

Ohne Signal messe ich eine Ugs von ca. 60mV, mit angelegtem Signal sind 
es ca. 120mV

> Welche Spannung Uds hast du im Fehlerfall?

Uds ist 5,36V.

>> Ich hab die angehängte Schaltung mal auf einem Breadboard aufgebaut aber
>> irgendwie funktioniert das so noch nicht. Das Solid State Relay schaltet
>> immer, auch schon bei 0%.
> Wie stellst du das fest? Denn in der Schaltung, die du da gezeichnet
> hast, ist gar nichts am SSR angeschlossen...
Das SSR hat eine LED, die Rot leuchtet, wenn es anzieht.

[m.n. (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Das Hauptproblem an dieser Schaltung: so ein Mosfet hat keine definierte
> Schaltschwelle.

Das Hauptproblem ist der Spitzenwertdetektor, der mit der Diode gebildet 
wird. Die Diode muß entfallen, damit sich der Mittelwert an C1 
einstellt. Danach muß ein Komparator mit Hysterese die Schaltschwelle 
auswerten.
Anstatt 5-10% als Einschaltschwelle vorzugeben, ließe sich >= 20 % 
besser auswerten. Ein Schmitttrigger mit 2 x Transistoren reicht.

[Jester (Gast)]

Foto vom aufbau schicken!
Bist sicher, dass der BS170 nicht verpolt ist?

[Reiner B. (reibuehl)]

Jester schrieb:
> Foto vom aufbau schicken!

Anbei ein Foto. Orange ist der PWM Eingang, Weiß der Ausgang zum 
Minus-Pol des SSR.

> Bist sicher, dass der BS170 nicht verpolt ist?

Jetzt nicht mehr... ich hatte im Datenblatt 
(https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=7&LA=3&OPEN=0&INDEX=0&FILENAME=A100%2FBS170-VIS.PDF) 
nachgeschaut und dort für die TO-92 Bauform SGD gefunden. Jetzt hab ich 
aber nochmal nachgeschaut und sehe, dass es da wohl zwei verschiedene 
TO-92 Bauformen gibt und die richtige wohl DGS ist... sagt zumindest der 
Bauteiletester.

Hab ihn jetzt mal gedreht, jetzt sperrt das SSR die ganze Zeit, 
unabhängig vom PWM Input.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Um die Hysterese zu verkleinern, kann R8 noch vergrößert werden. Am 
Ausgang kann über ein Basiswiderstand ein NPN Transistor angesteuert 
werden, der dann ein Relais schaltet.

[m.n. (Gast)]

Wenn man Kleinteile aus der Kiste verwurschteln will. Siehe Bild.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Reiner B. schrieb:
> aber nochmal nachgeschaut
Wo?

> Hab ihn jetzt mal gedreht
Du musst ihn einfach mal richtig einbauen.
Und was D ist und was S ist, das kann man anhand der Bodydiode mit einem 
simplen Multimeter ausmessen.

> jetzt sperrt das SSR die ganze Zeit, unabhängig vom PWM Input.
Messen, messen, messen.
Hatte ich den Elektrik-Trick namens "Messen mit dem Multimeter" schon 
erwähnt?

Welche Ugs hast du? Welche Uds hast du?

Was passiert, wenn du statt deiner PWM einfach mal direkt 5V (also 
Brücke nach 5V) und 0V (also Brücke nach GND) aufs Gate gibst?

Welche Spannung hast du am Kondensator bzw. R3, wenn du gar keinen 
Mosfet einsteckst und nur deine PWM bzw. "nichts" anlegst?


BTW: das, was
Reiner B. schrieb:
>> Welche Spannung Uds hast du im Fehlerfall?
> Uds ist 5,36V.
passt nicht zu dem , was
Reiner B. schrieb:
> Das Solid State Relay schaltet immer
Denn wenn die Uds 5V ist, dann bleiben von den 5V Versorgung nichts mehr 
für die Diode im SSR. Das kann also gar nicht einschalten. Insofern 
passt da was nicht zusammen....

[Reiner B. (reibuehl)]

Lothar M. schrieb:
> Reiner B. schrieb:
>> aber nochmal nachgeschaut
> Wo?

Im gleichen Datenblatt, dass ich verlinkt hatte und per Multimeter bzw. 
Bauteiletester.

>> Hab ihn jetzt mal gedreht
> Du musst ihn einfach mal richtig einbauen.
> Und was D ist und was S ist, das kann man anhand der Bodydiode mit einem
> simplen Multimeter ausmessen.

Ist er jetzt.

> Was passiert, wenn du statt deiner PWM einfach mal direkt 5V (also
> Brücke nach 5V) und 0V (also Brücke nach GND) aufs Gate gibst?

Brücke nach 5V --> SSR zieht an.
Brücke nach GND --> SSR zieht nicht an.

> Welche Spannung hast du am Kondensator bzw. R3, wenn du gar keinen
> Mosfet einsteckst und nur deine PWM bzw. "nichts" anlegst?

Wenn ich den Mosfet rausnehme, messe ich ca. 160mV bei 0%, 2,4V bei 5%, 
3,1V bei 10%, 3,6V bei 15%, 3,8V bei 20%, etc. bis hin zu 4,6V bei 100%

>> jetzt sperrt das SSR die ganze Zeit, unabhängig vom PWM Input.
> Messen, messen, messen. Hatte ich den Trick "Messem mit dem Multimeter"
> schon erwähnt?
>
> Welche Ugs hast du? Welche Uds hast du?

Ugs ist 0V und Uds ist 3,7V bei 0% und Ugs ist 2,1V und Uds ist 2,8V bei 
100%

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Reiner B. schrieb:
> Jetzt hab ich aber nochmal nachgeschaut und sehe,
> dass es da wohl zwei verschiedene TO-92 Bauformen gibt
Ja, und dabei stehen unterschiedliche Typen: 2N7000 oder BS170

>> Was passiert, wenn du statt deiner PWM einfach mal direkt 5V (also
>> Brücke nach 5V) und 0V (also Brücke nach GND) aufs Gate gibst?
> Brücke nach 5V --> SSR zieht an.
> Brücke nach GND --> SSR zieht nicht an.
Ein SSR hat nichts zum "ziehen". Es "schaltet ein" oder ist 
"ausgeschaltet"

>> Welche Spannung hast du am Kondensator bzw. R3, wenn du gar keinen
>> Mosfet einsteckst und nur deine PWM bzw. "nichts" anlegst?
> Wenn ich den Mosfet rausnehme, messe ich ca. 160mV bei 0%, 2,4V bei 5%,
> 3,1V bei 10%, 3,6V bei 15%, 3,8V bei 20%, etc. bis hin zu 4,6V bei 100%
Na denn, schließ das Gate einfach mal direkt an die Verbindung von C!, 
D1 und R2 an. Dort sind die Spannungen, die der Mosfet braucht.

> und Ugs ist 2,1V und Uds ist 2,8V bei 100%
Ja, dann ist die Ugs selbst bei 100% noch zu niedrig als dass der Fet 
brauchbar leiten könnte.

[Andrew T. (marsufant)]

Reiner B. schrieb:
> Da
> bei meiner Fräse diese nicht extern eingestellt werden kann, würde ich
> dieses Signal zumindest als On/Off Signal verwenden. Ich würde gerne bei
> Werten oberhalb von ca. 5-10% Duty Cycle ein Solid State Relay
> ansteuern.

Zwei erprobte Möglichkeiten:

1.) umwandlung PWM in Gleichspannungswert, Schwelle per Komparator 
auswerten. also das was oben bereits in diversen Posts erklärt wirde.

2. zwei hintereinander geschaltete Monoflops (z.B. CMOS), am Ausgang des 
zweiten steht dann ein "sauberes digitales on/off" wenn duty cycle >= 5% 
bzw. dem vom TE gewünschten Grenzwert.
Geht hier recht gut, da die Frequenz ziemlich konstant ist.