Spulenstrom erst absenken und beim Abschalten schnell loswerden

H-Brücke.

Lothar M. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> H-Brücke.

> Eine halbe reicht hier schon aus, weil der Strom nicht umgepolt werden
> muss. Beim PWM-Betrieb überbrückt der der "obere" FET die
> Z-Diodenschaltung für den Freilauf, beim Abschalten bleibt der
> ausgeschaltet und die Spulenenergie geht in die Z-Diode.

Wenn ihm das mit Z-Diode reicht, dann ist das natürlich einfacher.

Ist meine dritte Schaltung nicht die halbe H-Brücke?

Falls nicht, was muss anders?

Marcel schrieb:
> Ist meine dritte Schaltung nicht die halbe H-Brücke?
>
> Falls nicht, was muss anders?

M1

Also in der Theorie würde M1 von extern geschaltet werden, ich würde ihn 
aber gerne über die Versorgungsspannung V10 in dem Fall schalten, weil 
ich nichts anderes habe.

Das Problem ist dann doch, dass die Z-Diode erst ab einer bestimmten 
Spannung leitet und bevor die erreicht ist, schaltet M1 schon wieder 
durch, weil das Gate ja an der gleichen Spannung hängt.

Ich sehe noch nicht, wie ich das verhindern kann.

Marcel schrieb:
> Also in der Theorie würde M1 von extern geschaltet werden, ich würde ihn
> aber gerne über die Versorgungsspannung V10 in dem Fall schalten, weil
> ich nichts anderes habe.

Wie soll dann zwischen PWM und abschalten unterschieden werden?

H. H. schrieb:
> Wie soll dann zwischen PWM und abschalten unterschieden werden?

Mit anderen Worten:
Absenkung und Schaltsignal müssen 2 verschiedene Signale und 2 Schalter 
sein.

Wobei die Absenkung auch intern erzeugt werden kann, so dass nur das 
Schaltsignal nach außen geht.

Wenn es Dir nicht ums Stromsparen geht, kann man statt Diode einen 
Kondensator nach GND nehmen. Dafür müsstest Du aber sagen, warum Du 
absenken willst.

H. H. schrieb:
> Wie soll dann zwischen PWM und abschalten unterschieden werden?

Die PWM-Schaltung passiert über einen Stromregler-IC, da habe ich keinen 
Einfluss drauf. Dieser wird aber auch über die Hauptversorgungsspannung 
versorgt. Und wie mir gerade auffällt würde das bedeuten, dass der 
untere FET auch wieder anfangen würde durchzuschalten, wenn die Spannung 
durch den Freilaufpfad steigt.

A. S. schrieb:
> Mit anderen Worten:
> Absenkung und Schaltsignal müssen 2 verschiedene Signale und 2 Schalter
> sein.
>
> Wobei die Absenkung auch intern erzeugt werden kann, so dass nur das
> Schaltsignal nach außen geht.
>
> Wenn es Dir nicht ums Stromsparen geht, kann man statt Diode einen
> Kondensator nach GND nehmen. Dafür müsstest Du aber sagen, warum Du
> absenken willst.

Die Absenkung ist genau fürs Stromsparen da. Beim Lüften der Bremse ist 
mehr Energie notwendig als beim gelüftet halten.

Schade, ich hatte gehofft, dass man das auch mit nur einer 
Spannungsversorgung hinbekommt.

Marcel schrieb:
> dass man das auch mit nur einer Spannungsversorgung hinbekommt

Was meinst Du damit? Meinst Du nur ein schaltelement? Oder wird die 
Versorgung insgesamt geschaltet? Wer schaltet bei Dir den Transistor? 
Widerstand anders, zeichne eine Linie wo versorgung und Spule bei dir 
getrennt  werden.

Wieviel Strom musst Du sparen? Bei z.b 1/2 pwm spart man 75% mit Diode 
aber nur 50% mit Kondensator oder Widerstand

Widerstand  anders --> oder anders

Marcel schrieb:
> Schade, ich hatte gehofft, dass man das auch mit nur einer
> Spannungsversorgung hinbekommt.

So als Denkanstoß:
Wenn du eine halbe H-Brücke nimmst, müsstest du den Oberen Schalter so 
bauen, dass er in beide Richtungen sperren kann:
Das ist nötig, damit man beim Entmagnetisieren den Strom durch die 
Z-Diode zwingen kann, bei der PWM aber durch RDSon fließen lassen kann.

Dann kannst du eine Z-Diode zum Entmagnetisieren verwenden und trotzdem 
eine PWM benutzen.

Dazu gibt es ein paar Möglichkeiten:
- Solid-State-Relais, die aber langsam sind.
- Eine Back2Back-Konfiguration aus 2 MOSFET.

Zweiteres erscheint vielversprechender. Eventuell kann man da was mit 
PMOS machen. Einfach wird es nicht, aber machbar ist das mit einer 
Stromversorgung schon.

Eine modifizierte Vollbrücke geht auch. Einen MOSFET kann man durch eine 
Diode ersetzen.
Wenn man die Spule dann zum entmagnetisieren umpolt, kann sie zwar 
schnell entmagnetisieren, aber wegen der Diode nicht einschalten.

Wie schon gesagt, sind nur Denkanstöße, und eventuell sind die 
zugrundeliegenden Gedanken fehlerhaft.

A. S. schrieb:
> Was meinst Du damit? Meinst Du nur ein schaltelement? Oder wird die
> Versorgung insgesamt geschaltet? Wer schaltet bei Dir den Transistor?
> Widerstand anders, zeichne eine Linie wo versorgung und Spule bei dir
> getrennt  werden.

Hab nochmal den Aufbau wie er jetzt ist angehängt. Oben links an der 
Klemme werden 24V angelegt und auch wieder weggeschaltet. Entweder durch 
ein Relais oder einen digitalen Ausgang.

Dadurch habe ich nur die eine Spannungsversorgung über die alles laufen 
soll. Der FET ist integriert im Stromregler-IC LM3414.

Hoffe das ist jetzt klarer.

Schreib mal auch was zur Dimensionierung.

H. H. schrieb:
> Schreib mal auch was zur Dimensionierung.

Das ganze kann aktuell mit 12-60V betrieben werden, die Spule braucht 
einen Strom von ~1A beim Lüften, 2,2µF Kondensator für den Stromregler 
und der Widerstand ist zum Entladen des Kondensators aber noch nicht 
dimensioniert. Irgendwas zwischen 10k und 100k.

Marcel schrieb:
> ich habe die Spule einer Bremse und möchte den Strom nach dem Anziehen
> absenken und beim Abschalten so schnell wie möglich auf 0 kriegen.
>
> Abgesenkt wird der Strom in meinem Entwurf über ein PWM-gesteuertes
> Mosfet. Beim Abschalten, also trennen von der Spannungsversorgung fließt
> der Induktionsstrom durch die Freilaufdiode weiter und ebbt ab.
>
> Diese Abschaltung dauert recht lange und ist für einen schnellen Einfall
> der Bremse nicht wünschenswert. (Bild SAS_Freilaufdiode)

"So schnell wie möglich" wird aufwändig und teuer.
Deine Sprachwahl lässt ausgesprochen viel Interpretationsspielraum. 
Hinter einer Bremse befindet sich meist ein mechanisches Bauteil. Ich 
halte es für ausgesprochen unwahrscheinlich, dass es beim 
Abschaltvorgang auf ein paar Mikrosekunden ankommt.

Gänseblümchen schrieb:
> So als Denkanstoß:
> Wenn du eine halbe H-Brücke nimmst, müsstest du den Oberen Schalter so
> bauen, dass er in beide Richtungen sperren kann:
> Das ist nötig, damit man beim Entmagnetisieren den Strom durch die
> Z-Diode zwingen kann, bei der PWM aber durch RDSon fließen lassen kann.
>
> Dann kannst du eine Z-Diode zum Entmagnetisieren verwenden und trotzdem
> eine PWM benutzen.
>
> Dazu gibt es ein paar Möglichkeiten:
> - Solid-State-Relais, die aber langsam sind.
> - Eine Back2Back-Konfiguration aus 2 MOSFET.
>
> Zweiteres erscheint vielversprechender. Eventuell kann man da was mit
> PMOS machen. Einfach wird es nicht, aber machbar ist das mit einer
> Stromversorgung schon.

Dann probiere ich das mal aufzubauen und zu simulieren. Was verhindert 
dort denn das Wiedereinschalten der FETs? bevor die Z-Diode leitet?

Gänseblümchen schrieb:
> Eine modifizierte Vollbrücke geht auch. Einen MOSFET kann man durch eine
> Diode ersetzen.
> Wenn man die Spule dann zum entmagnetisieren umpolt, kann sie zwar
> schnell entmagnetisieren, aber wegen der Diode nicht einschalten.
>
> Wie schon gesagt, sind nur Denkanstöße, und eventuell sind die
> zugrundeliegenden Gedanken fehlerhaft.

Das kann ich mir noch nicht ganz vorstellen, welchen FET ersetze ich 
durch eine Diode? Aber auch da fehlt mir noch die Idee, wie ich die FETs 
schalten soll, sodass sie nicht wieder eingeschaltet werden.

Wolfgang schrieb:
> "So schnell wie möglich" wird aufwändig und teuer.
> Deine Sprachwahl lässt ausgesprochen viel Interpretationsspielraum.
> Hinter einer Bremse befindet sich meist ein mechanisches Bauteil. Ich
> halte es für ausgesprochen unwahrscheinlich, dass es beim
> Abschaltvorgang auf ein paar Mikrosekunden ankommt.

Da die Bremse auch eine Nothaltefunktion hat, ist jede Millisekunde 
hilfreich. Mit Freilaufdiode braucht die Bremse 350ms zum Einfallen, 
komplett ohne Freilaufpfad 60ms. Mit Z-Diode komme ich wahrscheinlich 
auch noch unter 100ms, allerdings nur ohne PWM. Die 100ms wären so ein 
angepeiltes Ziel mit PWM.

Marcel schrieb:
> Dann probiere ich das mal aufzubauen und zu simulieren. Was verhindert
> dort denn das Wiedereinschalten der FETs? bevor die Z-Diode leitet?

Du musst die FET eben richtig steuern.
Wenn aber ein fertiger Regler verwendet wird, wird es weniger 
praktikabel sein.

Marcel schrieb:
> Das kann ich mir noch nicht ganz vorstellen, welchen FET ersetze ich
> durch eine Diode? Aber auch da fehlt mir noch die Idee, wie ich die FETs
> schalten soll, sodass sie nicht wieder eingeschaltet werden.

Nimm eine beliebige H-Brücke:
https://de.wikipedia.org/wiki/Vierquadrantensteller
In der Zeichnung ersetzt man jetzt z.B: T4 durch eine Diode (das ist 
nicht zwingend, kann man aber machen).

Bremse ein:
T3 ein, T1, T2 machen PWM.

Entmagnetisieren:
T1 ein, alle anderen aus. Der Strom sollte über T4 (bwz. die Diode) von 
GND nach VCC weiterfließen. Weil die Spule gegen VCC arbeiten muss, wird 
sie schnell entmagnetisiert.

Wie gesagt: Ich hab mir das jetzt so gedacht, aber ob es funktioniert, 
müsste man simulieren.

Gänseblümchen schrieb:
> T1 ein, alle anderen aus. Der Strom sollte über T4 (bwz. die Diode) von
> GND nach VCC weiterfließen. Weil die Spule gegen VCC arbeiten muss, wird
> sie schnell entmagnetisiert.

Vergessen: Die Diode verhindert, dass nach dem entmagnetisieren Strom in 
die Spule fließt.

T4 kann ein FET sein, brauchts aber nicht. Diode reicht.

Marcel schrieb:
> Das ganze kann aktuell mit 12-60V betrieben werden,

Und das ist auch unbedingt nötig so?

Gänseblümchen schrieb:
> Du musst die FET eben richtig steuern.
> Wenn aber ein fertiger Regler verwendet wird, wird es weniger
> praktikabel sein.

Am liebsten wäre mir natürlich ein fertiger Regler.

H. H. schrieb:
> Und das ist auch unbedingt nötig so?

Wenn es ne Lösung nur für 24V gibt, wäre das vermutlich auch ok.

Marcel schrieb:
> Am liebsten wäre mir natürlich ein fertiger Regler.

Das oben beschriebene Konzept mit der Vollbrücke ist schon auch mit 
Reglern umsetzbar.

Du hast ein Enable-Signal für den Regler, und ein synchroner Buck hat 
schon mal eine komplette Halbbrücke drin.
Aus dem Enable-Signal kann man vermutlich eine Ansteuerung für den 
dritten nötigen FET basteln. Der muss immer ein sein, wenn das regelt, 
sonst ist der aus.

Sollte schon irgendwo möglich sein.
Eine fertige Lösung wird dir aber niemand basteln wollen.

Das Lenzsche Gesetz lässt sich nicht austricksen.
Das zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt nun mal eine Gegenspannung. Die 
Höhe dieser Spannung kann ich nur begrenzen, wenn ich die Dauer des 
zusammmen brechenden Feldes verlängere. Ein einfaches Mittel ist die 
Freilaufdiode. Wenn ich ein Kondensator verwende wird auch der Aufbau 
des magnetischen Feldes verzögert, da der Kondensator beim einschalten 
erst aufgeladen wird.
Für Deine Anwendung muss ein Kompromiss gefunden werden zwischen der 
beim Abschalten an der Spule auftretenden Spannung und der Abschaltzeit.
Das ganze kann man Mathematisch berechnen, wenn die Daten der Spule 
bekannt sind (Ausmessen).
Die Spannung beim Ausschalten muss so gewählt werden, dass die 
Transistordaten (Durchbruchsspannung) nicht überschritten werden.

Es soll MOSFET geben, die haben die Diode bereits eingebaut.

Marcel schrieb:
> Wenn es ne Lösung nur für 24V gibt, wäre das vermutlich auch ok.

Ein kleines 24V Relais, das die Z-Diode überbrückt? Damit das schnell 
abfällt wird es über eine Diode versorgt und bekommt Diode+Z-Diode 
parallel.

Mit einem Reedrelais liegst du unter 1ms Verzögerung.

H. H. schrieb:
> Marcel schrieb:
>> Wenn es ne Lösung nur für 24V gibt, wäre das vermutlich auch ok.
>
> Ein kleines 24V Relais, das die Z-Diode überbrückt? Damit das schnell
> abfällt wird es über eine Diode versorgt und bekommt Diode+Z-Diode
> parallel.
>
> Mit einem Reedrelais liegst du unter 1ms Verzögerung.

Ja mit Strömen kleiner 1 pA.

Nautilus schrieb:
> Das zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt nun mal eine Gegenspannung. Die
> Höhe dieser Spannung kann ich nur begrenzen, wenn ich die Dauer des
> zusammmen brechenden Feldes verlängere. Ein einfaches Mittel ist die
> Freilaufdiode. Wenn ich ein Kondensator verwende wird auch der Aufbau
> des magnetischen Feldes verzögert, da der Kondensator beim einschalten
> erst aufgeladen wird.

Also das wissen wir hier alle, inbesonders der TE. Die Frage war ja 
genau, wie  die Spule so schnell wie möglihc stromlos gemacht werden 
kann.

Eine Spule speichert Spannungs-Zeit-Fläche.
Umso höher die Spannung die man beim Abschalten zulässt, umso schneller 
ist die Spule stromlos.

Mit einer Freilaufdiode hat man 600mV. Wenn man gegen VCC entlädt eben 
24V. Mit eineir Z-Diode noch mehr. Entsprechend schneller bricht der 
Strom in der Spule zusammen.

Das ist kein "Austricksen" sondern simple Elektrotechnik ;-)

H. H. schrieb:
> Ein kleines 24V Relais, das die Z-Diode überbrückt? Damit das schnell
> abfällt wird es über eine Diode versorgt und bekommt Diode+Z-Diode
> parallel.
>
> Mit einem Reedrelais liegst du unter 1ms Verzögerung.

Wusste gar nicht, dass die so schnell schalten. Das wäre vielleicht ne 
einfache Möglichkeit.

OHWEH das wird schwer schrieb:
> Ja mit Strömen kleiner 1 pA.

Und mit größeren Strömen? Im Datenblatt eines HE721A2400 zum Beispiel 
steht maximal 1ms, da sehe ich keine Einschränkung bezüglich des Stroms.

Marcel schrieb:
> OHWEH das wird schwer schrieb:
>> Ja mit Strömen kleiner 1 pA.
>
> Und mit größeren Strömen? Im Datenblatt eines HE721A2400 zum Beispiel
> steht maximal 1ms, da sehe ich keine Einschränkung bezüglich des Stroms.

Lass dich vom üblichen Psychopath nicht verwirren.

Marcel schrieb:
> Hab nochmal den Aufbau wie er jetzt ist angehängt. Oben links an der
> Klemme werden 24V angelegt und auch wieder weggeschaltet. Entweder durch
> ein Relais oder einen digitalen Ausgang.


Dann kannst Du abschalten doch eindeutig erkenne (Versorgung sinkt) und 
den Freilauf abschalten. Z.B. einen FET in die - Leitung der Spule, der 
von 24V angesteuert ist. Wenn 24V wegfällt (floatet), geht der FET aus.

VerHUNZter schrieb im Beitrag #7000845:
> der Dir den Haufen Stuss nachweist

Hinz soll Stuß reden? (rofllll)

Fehler macht der m.W. mal alle Schaltjahre - mich persönlich
packt manchmal der blanke Neid auf so viel Können und diesen
riesigen Wissensfundus.

Vermutlich packt dieser Dich nicht_nur_manchmal - und hat
Dich mittlerweile dauerhaft und extrem fest im Griff.


Du armer. :-(

H. H. schrieb:
> Ein kleines 24V Relais, das die Z-Diode überbrückt? Damit das schnell
> abfällt wird es über eine Diode versorgt und bekommt Diode+Z-Diode
> parallel.

Was genau meinst du mit "bekommt Diode+Z-Diode parallel"?

Marcel schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Ein kleines 24V Relais, das die Z-Diode überbrückt? Damit das schnell
>> abfällt wird es über eine Diode versorgt und bekommt Diode+Z-Diode
>> parallel.
>
> Was genau meinst du mit "bekommt Diode+Z-Diode parallel"?

Wenn man der Relaisspule nur eine einfache Freilaufdiode gönnt, dann 
fällt das Relais ja auch nicht besonders schnell ab. Deshalb nimmt man 
eine Reihenschaltung aus Diode und Z-Diode.

Marcel schrieb:
> Was genau meinst du mit "bekommt Diode+Z-Diode parallel"?

Was ist denn mit zweitem Schaltfet? Hast Du das soweit verstanden? Ich 
denke ein FET ist weniger Aufwand als eine Z-Diode + Relais.

(dass ich oben + und - vertauscht habe, wurde hoffentlich klar. Ich habe 
es falsch umgeschrieben, weil ich dachte, Du schaltest GND)

Also in Deinem ersten Bild einen FET über der Spule, der durchschaltet, 
wenn sein Gate an GND liegt.

Da der FET ja nicht 24V am Gata braucht, kann es auch ein entsprechender 
Spannungsteiler sein. Mit kleinem C am unteren Widerstand für die 
Umladekapzität beim Ein- und Ausschalten.

A. S. schrieb:
> Was ist denn mit zweitem Schaltfet?

Der hat immer noch eine Bodydiode.

Marcel schrieb:
> Da die Bremse auch eine Nothaltefunktion hat, ist jede Millisekunde
> hilfreich. Mit Freilaufdiode braucht die Bremse 350ms zum Einfallen,
> komplett ohne Freilaufpfad 60ms.

Ich fasse mal zusammen: Es muss gar nicht "so schnell wie möglich" sein, 
weil die Trägheit der Mechanik sowieso im 
mehrere-Zehnmillisekunden-Bereich liegt.

Was heißt "komplett ohne Freilaufpfad"?
Wie hoch sind die Induktionsspannungen und warum stirbt deine 
Treiberstufe dann keinen schnellen Tod?

Wenn es schnell gehen soll, wäre Fast-Decay, wie es bei 
Schrittmotortreibern üblich ist, eine Möglichkeit. Dabei wird die 
Energie durch Steuerung der Treiberstufe meist niederohmig in die 
Versorgung zurück gespeist.

H. H. schrieb:
> Wenn man der Relaisspule nur eine einfache Freilaufdiode gönnt, dann
> fällt das Relais ja auch nicht besonders schnell ab. Deshalb nimmt man
> eine Reihenschaltung aus Diode und Z-Diode.

Ok, danke das "parallel" hatte mich verwirrt. In Reihe ergibt es Sinn.

A. S. schrieb:
> Was ist denn mit zweitem Schaltfet? Hast Du das soweit verstanden? Ich
> denke ein FET ist weniger Aufwand als eine Z-Diode + Relais.

Das wäre es in jedem Fall und günstiger obendrein.

Ich glaube ich habe es noch nicht ganz verstanden, tut mir Leid. Was 
genau schaltet oder überbrückt der FET?

Wolfgang schrieb:
> Was heißt "komplett ohne Freilaufpfad"?
> Wie hoch sind die Induktionsspannungen und warum stirbt deine
> Treiberstufe dann keinen schnellen Tod?

Komplett ohne Freilauf heißt ohne Schutzbeschaltung. Da würde meine 
Treiberstufe sterben, gemessen habe ich es, indem ich die Bremsspule mit 
einem mechanischen Schalter abgeschaltet habe.
Bei Fast-Decay bräuchte ich ja auch eine Möglichkeit die FETs 
anzusteuern und das darf ja dann auch nicht von meiner 24V Versorgung 
kommen, sonst schaltet der FET sich ja selbst wieder ein, oder?