Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM-Endstufe gesucht


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von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

ich habe folgende Problemstellung:

Eine Gleichstrommaschine (12A @ 13,8V) soll mittels PWM angesteuert 
werden.

Das PWM-Signal existiert bereits und hat folgende Eigenschaften:

- Low-Pegel = 0V; High-Pegel = 13,8V
- Frequenz kann fest im Bereich zwischen 11,1Hz & 250Hz festgelegt 
werden
- maximaler Ausgangsstrom PWM-Signal: 0,2A
- maximales Tastverhältnis 100%

Für diese Anwendung möchte ich nun eine PWM-Endstufe entwerfen. Im 
Grunde gehört ja nicht viel dazu, jedoch ist die Last induktiv und das 
maximale Tastverhältnis von 100% ist zu beachten, weshalb ein geringer 
Rdson gefordert ist.

Ich habe überlegt, einen eigensicheren MOSFET wie z.B. einen Omnifet zu 
nutzen, auf die Schnelle fällt mir hier der VNP20N07 ein. Mit der Wahl 
dieses MOSFETs würde ich mir ja sämtliche externen Schutzmaßnahmen, wie 
etwa Freilauf-Dioden, oder? Ebenfalls spricht für den VNP, dass er eine 
maximale Gatespannung von 18V verträgt.

Gibt es eventuell andere MOSFETs, die besser für meinen Zweck geeignet 
sind?

Beste Grüße

von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> Eine Gleichstrommaschine (12A @ 13,8V) soll mittels PWM angesteuert
> werden.

Nur vorwärts, oder auch rückwärts?

von Alexander (alecxs)


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: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Ths S. schrieb:

> Für diese Anwendung möchte ich nun eine PWM-Endstufe entwerfen.

M.E. brauchst Du da nur einen entsprechend leistungsfähigen Fet und
eine Freilaufdiode.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

Marcel V. schrieb:
> Nur vorwärts, oder auch rückwärts?

nur als Einquadrantensteller.

L298N fällt aus, der kann nur 2A pro Kanal.

Um Missverständnisse zu vermeiden:
Der PWM-Ausgangsstrom von 0,2A bezieht sich auf die Stromlieferfähigkeit 
des PWM-Signals, nicht die Anforderung an den Motorstrom, der liegt bei 
12A.

von Alexander (alecxs)


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Ja oberflächlich gelesen. Gibt's auch größer, dauert halt. Pegel sollte 
sich mit Spannungsteiler anpassen lassen.

https://www.ebay.de/itm/200950936475

: Bearbeitet durch User
von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> Das PWM-Signal existiert bereits

Bei einer Belastbarkeit von 200mA und einer PWM-Frequenz von nur max. 
250Hz könnte man sogar auf sämtliche Widerstände verzichten und den 
N-Mosfet einfach mit einem zwischengeschalteten Push-Pull-Treiber 
ansteuern.

von Michael B. (laberkopp)


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Ths S. schrieb:
> Ich habe überlegt, einen eigensicheren MOSFET wie z.B. einen Omnifet zu
> nutzen

Das ist im Prinzip eine gute Idee, denn ein 12A Motor nimmt im 
Anlaufmoment gerne 120A auf, und davor schützt sich ein solcher Omnifet.

Ohne Uberstromerkennung und -schutz sollte man also einen 120A Treiber 
nutzen.

Dagegen ist der Omnifet dann wieder billig.

Deine PWM wiederum ist so niederfrequent, dass auch Omnifets mitkommen.

Spricht also auch nicht dagegen.

Eine Freilaufdiode ist trotzdem sinnvoll, die Leistung schafft der 
Omnifet nicht.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Ths S. schrieb:
> Mit der Wahl dieses MOSFETs würde ich mir ja sämtliche externen
> Schutzmaßnahmen, wie etwa Freilauf-Dioden, oder?
Wenn du eine induktive Last mit PWM takten willst, dann brauchst du eine 
Freilaufdiode, denn sonst wird bei jedem Abschlaten die in der 
Induktivität gespeicherte Energie einfach in Wärme umgewandelt.

> Gleichstrommaschine
Naben der bereits gestellten Frage nach der Richtungsumschaltung stellt 
sich da noch eine weitere Frage: was treibt dieser Motor an? Kann es 
sein, dass der Motor auch mal generatorisch wirkt (= von aussen 
angetrieben wird)?

von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

Lothar M. schrieb:
> was treibt dieser Motor an?

der Motor treibt eine Kreiselwasserpumpe an.
Generatorischer Betrieb kann ausgeschlossen werden.

Michael B. schrieb:
> Eine Freilaufdiode ist trotzdem sinnvoll

Stimmt schon, die könnte man ja auch direkt am Motor anbringen.

Marcel V. schrieb:
> einfach mit einem zwischengeschalteten Push-Pull-Treiber
> ansteuern.

Zur Ansteuerung gibt es noch eine Besonderheit:
Das Signal wird generiert über einen Open-Collector-Ausgang --> mein 
Ansatz wäre gewesen, einfach einen 1k Pull-Up ranzuhängen, das bewirkt 
aber eine Invertierung des PWM-Signals und dann könnte man auch keine 
0,2A mehr zur Verfügung stellen. Falls da jemand eine bessere Lösung 
hat, bin ich absolut offen dafür. Problem ist, dass der 
Open-Collector-Ausgang quasi eine Blackbox ist - ich habe weder Zugriff 
auf das Gate des Lowside-Switches, noch auf den Typ oder andere Daten.

Beste Grüße

von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> mein Ansatz wäre gewesen, einfach einen 1k Pull-Up ranzuhängen, das
> bewirkt aber eine Invertierung des PWM-Signals

T1 ist dein Open Collector Ausgang, T2 ist ein zusätzlicher 
PNP-Transistor für die Invertierung.

T3 und T4 ist bereits deine Push-Pull-Treiberstufe.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo Marcel,

danke für den Stromlaufplan. Dazu habe ich ein paar Fragen:
1. der PNP übernimmt quasi die "Rückinvertierung" des invertierten 
PWM-Signales. Worin liegt der Vorteil des PNPs gegenüber einer weiteren 
NPN-Lowside?
2. Brauchen wir bei 250Hz wirklich schon eine Push-Pull-Treiberstufe für 
den Omnifet?

Vielen Dank und beste Grüße!

von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> Worin liegt der Vorteil des PNPs gegenüber einer weiteren NPN-Lowside?

Mit einem weiteren NPN-Transistor fließt sonst bei Nichtansteuerung 
immer ein hoher Querstrom durch R3 und R5.

Ths S. schrieb:
> Brauchen wir bei 250Hz wirklich schon eine Push-Pull-Treiberstufe für
> den Omnifet?

Theoretisch genügt auch eine einzige niederohmige kräftige 
NPN-Transistorstufe mit relativ hohem Querstrom im ausgeschalteten 
Zustand.

: Bearbeitet durch User
von Ths S. (motorburner)


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Hallo Marcel,

ich habe das Ganze mal dimensioniert und mit einer Strommessung 
versehen, die ein 0-5V Analogsignal ausgibt. Bauteile sind allesamt SMD. 
Kannst Du mir Feedback geben?

Beste Grüße

von Marcel V. (mavin)


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R1=2k2, R3=100R, C1=10uF, bei Q1 sind E und C vertauscht, D2 belastet 
ohne 1k Vorwiderstand evtl. den LM358.

Geringe Ströme können evtl. nicht exakt mit dem LM358 als 0-5V Signal 
wiedergegeben werden, weil der LM358 erst ab 0,3V am Eingang anfängt zu 
"zählen".

Bei den ersten 6 Ampere können also Ungenauigkeiten auftreten.

von Ths S. (motorburner)


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Kannst Du mir eventuell erklären, wie Du auf die vorgeschlagenen Werte 
kommst bzw. was allgemein zu beachten ist?

Tendenziell könnte ich auch einen größeren Messwiderstand nehmen, bis 1V 
Spannungsabfall wäre theoretisch ohne Probleme machbar - da ist die 
Leistung über den Widerstand aber nicht mehr händelbar - das ist selbst 
mit den 0,47V Spannungsabfall schon mehr als kritisch.
Kannst Du mir stattdessen einen OPV empfehlen, der bereits ab 1A (also 
0,047V) ein Signal liefern kann?

Beste Grüße

Edit - könnte man nicht auch einfach den Rds(on) als "Messwiderstand" 
nutzen, also quasi zwischen Drain & Source den OPV hängen?

: Bearbeitet durch User
von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

ich hätte noch ein anderes Anliegen - ich bräuchte eine Art 
Nachlauffunktion, falls das PWM-Signal nicht mehr verfügbar ist und eine 
gewisse Temperaturschwelle überschritten wurde. Wie löst man das am 
besten? Arduino Nano oder gibt es da eine Alternative?

50% PWM würden für diesen Fall ausreichen, da dachte ich eventuell an 
die Verwendung eines NE555?

von Ths S. (motorburner)


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Kann mir keiner helfen?

von Alexander (alecxs)


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Du kannst natürlich einen µC zwischen schalten.
1
const int eingangsPin = 2;   // PWM-Eingangspin
2
const int ausgangsPin = 9;   // PWM-Ausgangspin
3
const int nachlaufZeit = 10000;  // Nachlaufzeit in Millisekunden (10 Sekunden)
4
5
void setup() {
6
  pinMode(eingangsPin, INPUT);
7
  pinMode(ausgangsPin, OUTPUT);
8
}
9
10
void loop() {
11
  int eingangsWert = pulseIn(eingangsPin, HIGH);  // PulseIn-Funktion für Duty Cycle
12
13
  if (eingangsWert > 0) {
14
    int dutyCycle = map(eingangsWert, 1000, 2000, 0, 100);  // Mapping des Duty Cycles von 0-100
15
    analogWrite(ausgangsPin, map(dutyCycle, 0, 100, 0, 255));  // Ausgabe des PWM-Signals mit gleichem Duty Cycle
16
  } else {
17
    analogWrite(ausgangsPin, 128);  // PWM-Signal mit 50% Duty Cycle, wenn kein Eingangs-PWM vorhanden ist
18
    delay(nachlaufZeit);
19
    analogWrite(ausgangsPin, 0);  // Stoppen des Ausgangs-PWM nach der Nachlaufzeit
20
  }
21
}
Quelle: ChatGPT

Die beiden Fragen die ich gestellt habe:

> Zeige Code für Arduino Nano. Ein PWM Signal soll als Eingang dienen. Der Code 
soll Duty cycle ermitteln. Ein Ausgang soll ein PWM Signal mit gleichem Duty cycle 
ausgeben. Die Frequenzen können unterschiedlich sein.

> Füge einen Nachlauf hinzu. Im Falle eines fehlenden Eingangs-PWM soll das 
Ausgangs-PWM mit 50 % oder mit letztem gültigen ermittelten Duty cycle für 10 
Sekunden weiter laufen und dann stoppen.

Die Temperatur kannst Du selbst fragen :P

: Bearbeitet durch User
von Ths S. (motorburner)


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Danke Dir für den Code - ein Arduino würde schon auch durchaus Sinn 
machen.

Kann mir bitte noch einer von Euch Hilfe geben zu der PWM-Schaltung?

Ich habe folgende Unklarheiten:
1. warum die Spannungsteiler R1/R2 sowie R3/R4? Könnte man nicht einfach 
direkt am Transisor abgreifen?
2. Kann man (Abgleich vorausgesetzt) den Rds(on) als Messwiderstand 
nutzen oder wird das eher nichts? Der gemessene Wert muss eigentlich 
nicht wirklich genau sein, ich will eigentlich nur einen Pumpendefekt 
erkennen (wenn PWM >10% && Strom == 0A dann Fehler oder irgendwie sowas)
3. Welcher OPV außer de LM358 kann kleine Eingangsspannungen 
verarbeiten?

Beste Grüße!

von Alexander (alecxs)


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Ths S. schrieb:
> Danke Dir für den Code - ein Arduino würde schon auch durchaus Sinn
> machen.

Der Code ist leider totaler Blödsinn. Wenn man sich mal die pulseIn() 
Funktion anschaut wird das klar, da fehlt noch die off-time. Aber 
ChatGPT liefert zumindest irgendwie Vorschläge auf deren Basis man dann 
selbst was schreiben kann.

Mit einer Summe pulseIn(Pin, HIGH) + pulseIn(Pin, LOW) bekommst Du die 
Frequenz und damit kannst Du Duty cycle = pulseIn ÷ Summe berechnen.

ChatGPT macht denkfaul.

Zu der Elektronik kann ich nix sagen, den Schaltplan verstehe ich nicht. 
Ich kaufe gern so kleine fertige Arduino Platinchen..

: Bearbeitet durch User
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Ths S. schrieb:
> 2. Kann man (Abgleich vorausgesetzt) den Rds(on) als Messwiderstand
> nutzen oder wird das eher nichts?

Wie soll das gehen, ohne das der Messverstärker bei offenem MOSFet voll 
in die Sättigung geht?

Übrigens: Für einen 12A Motor ist eine 1N4007 als Freilaufdiode ein 
kleiner Haps zum Frühstück, die ist nach den ersten paar PWM Zyklen 
putt. Als Faustregel muss die Freilaufdiode den Motorstrom, also min. 
12A vertragen.

Ths S. schrieb:
> Tendenziell könnte ich auch einen größeren Messwiderstand nehmen
Eben nicht, weil

> da ist die
> Leistung über den Widerstand aber nicht mehr händelbar - das ist selbst
> mit den 0,47V Spannungsabfall schon mehr als kritisch.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo Matthias,

die 1N4007 ist nur ein Dummy. Ich würde wahrscheinlich eine SK82 nehmen, 
die kann zwar nur 8A dauerhaft, aber für SMB/SMC gibt es keine Diode mit 
mehr Strom. Der Spitzenstrom liegt mit 30A ja auch deutlich höher.

Die Idee mit dem Messverstärker werde ich wahrscheinlich ohnehin 
verwerfen, weil die Temperatur direkt überwacht wird. Falls die Pumpe 
ausfällt, bekommt man das (indirekt) über die Temperaturerhöhung mit.

Kannst Du eventuell etwas zu meiner obigen ersten Frage sagen? Warum die 
Spannungsteiler?

Beste Grüße

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Ths S. schrieb:
> die kann zwar nur 8A dauerhaft

Wird nicht lange halten.

> Warum die
> Spannungsteiler?

Welche? R1/R2 und R3/R4? Keine Ahnung, die hast du da eingezeichnet. 
R3/R4 ist jedenfalls Unsinn, denn du willst ja auch nach den 
Emitterfolgern noch Spannungshub haben. R3 sollte also eher eine 
Drahtbrücke sein, R4 kann so bleiben.
R1/R2 hängen davon ab, wie dein Steuersignal aussieht. Wenn das aus 
einem MC kommt dann fehlt da noch ein NPN zwischen R2 (Kollektor) und 
Masse (Emitter). An der Basis dann über 330 - 1k Widerstand einspeisen. 
R2 deutlich verringern auf z.B. 1k oder 2k2.
Denke dran, Q1 richtig herum zu polen - Emitter muss auf Plus.

: Bearbeitet durch User
von Ths S. (motorburner)


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Hallo Matthias,

Matthias S. schrieb:
> Keine Ahnung, die hast du da eingezeichnet.

tatsächlich habe ich den Stromlaufplan nur aus dem Beitrag von Marcel V. 
kopiert:

Marcel V. schrieb:
> T1 ist dein Open Collector Ausgang, T2 ist ein zusätzlicher
> PNP-Transistor für die Invertierung.

Hier ist auch erklärt, dass es sich nicht wie von Dir beschrieben:

Matthias S. schrieb:
> Wenn das aus
> einem MC kommt dann fehlt da noch ein NPN zwischen R2 (Kollektor) und
> Masse (Emitter)

um einen MC-Ausgang handelt, sondern um einen Open-Collector-Ausgang.

Leider meldet sich Marcel V. nicht, sonst hätte ich ihn direkt nach den 
Spannungsteilern gefragt. Irgend einen Sinn müssen die ja haben, aber 
das erschließt sich mir nicht ganz.

Beste Grüße

von Alexander (alecxs)


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Bei Marcel V. (mavin) sieht das aber anders aus.

Beitrag "Re: PWM-Endstufe gesucht"

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wenn es ok ist, das der MOSFet durchgeschaltet wird, wenn der OC Ausgang 
low wird, dann kannst du an R2 den OC Ausgang direkt anschliessen. Die 
Anmerkung gilt trotzdem. R2 deutlich verringern auf 2k2 und R3 auf null 
Ohm reduzieren.
Q1 umpolen nicht vergessen.

von Mi N. (msx)


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Matthias S. schrieb:
> Ths S. schrieb:
>> 2. Kann man (Abgleich vorausgesetzt) den Rds(on) als Messwiderstand
>> nutzen oder wird das eher nichts?
>
> Wie soll das gehen, ohne das der Messverstärker bei offenem MOSFet voll
> in die Sättigung geht?
>
> Übrigens: Für einen 12A Motor ist eine 1N4007 als Freilaufdiode ein
> kleiner Haps zum Frühstück, die ist nach den ersten paar PWM Zyklen
> putt. Als Faustregel muss die Freilaufdiode den Motorstrom, also min.
> 12A vertragen.

Mit einem µC (meinetwegen AVR) würde ich das entspannter sehen. Mit 
einem Überspannungsschutz am ADCx-Eingang und einem Abtastzeitpunkt 
während der Einschaltphase, kann man RDSon gut zur Überstromerkennung 
nutzen.

Bei VNPxyz ist keine Schutzdiode notwendig. Vclamp sorgt für den Schutz. 
Bei langen Zuleitungen sollte man aber aufpassen, keinen Störsender zu 
bauen.

Stichwort LM358: der kann überhaupt nicht zählen. Sein 
Gleichtaktarbeitsbereich liegt dafür bei 0 - Vcc-1,5 V (siehe 
Datenblatt).
Stichwort NE555: den habe ich wiederholt als push-pull-Treiber für 
MOSFETs bei niedrigen PWM-Frequenzen verwendet.

Alexander schrieb:
> Ich kaufe gern so kleine fertige Arduino Platinchen..

Ein Sinn ergibt sich allerdings erst mit deren Programmierung ;-)
Wie sieht es damit aus?

: Bearbeitet durch User
von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> Leider meldet sich Marcel V. nicht, sonst hätte ich ihn direkt nach den
> Spannungsteilern gefragt. Irgend einen Sinn müssen die ja haben, aber
> das erschließt sich mir nicht ganz.

R3 mit 100 Ohm dient nur dazu, dass das Gate nicht mehr als 12V sieht. 
Da deine Versorgungsspannung 13,8V beträgt kann R3 zur Not auch 
weggelassen werden, dein Mosfet hält schließlich max. 18V (GS-Strecke) 
aus. Erst ab einer Versorgungsspannung von 18V wird R3 wieder wichtig.

R1 sorgt für ein zügiges Abschalten von Q1.

von Sebastian S. (dsebastian)


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Ths S. schrieb:
> 2024-02-12_14_03_16-Window.png
>
>             11 KB

Ths S. schrieb:
> - maximaler Ausgangsstrom PWM-Signal: 0,2A

Ich muss zugeben, dass mir der Bedarf der Push-Pull-Stufe nicht so recht 
klar ist; bzw. ich sie eher für schädlich halte.
Der MOSFET VNB14N04TR-E hat einen maximalen Eingangstrom von +-20mA 
(absolute Ratings!), die du mit der Stufe nicht sicher einhalten kannst. 
Aber gleichzeitig deine PWM locker kann. Wozu also?
Darüberhinaus hat der VNB14N04TR-E einen maximalen Drainstrom von 12A, 
was mit

Ths S. schrieb:
> Eine Gleichstrommaschine (12A @ 13,8V) soll mittels PWM angesteuert
> werden.

arg knapp bemessen ist. Suche dir einen anderen (/stärkeren) heraus.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

Matthias S. schrieb:
> R2 deutlich verringern auf 2k2 und R3 auf null
> Ohm reduzieren.

Derweile hat Marcel V. ja geantwortet - er hat andere Werte 
vorgeschlagen. Könnt ihr beide eventuell erklären, wie ihr auf die Werte 
gekommen seid? Du hast ja 2k2, er aber 4k7 vorgeschlagen. Ich will das 
nicht in Frage stellen, sondern gerne verstehen.

Matthias S. schrieb:
> Q1 umpolen nicht vergessen.

Ist notiert - war ein Zeichenfehler.

Mi N. schrieb:
> Bei VNPxyz ist keine Schutzdiode notwendig. Vclamp sorgt für den Schutz.

Der Meinung war ich eigentlich auch, weil ich die VNP/VND/VNB als 
Treiber für Magnetventile aus der Pneumatik kenne, die PWM angesteuert 
werden. Wenn die Diode weggelassen werden kann, passt mir das super.

Marcel V. schrieb:
> Da deine Versorgungsspannung 13,8V beträgt kann R3 zur Not auch
> weggelassen werden

Jetzt, wo ich die Funktion verstanden habe, werde ich R3 verbaut lassen.

Nur zum Verständnis - R1 lässt Q1 schneller abschalten, weil der 
effektive Widerstand zum Hochziehen der Basis geringer ist, richtig? Ab 
welcher Frequenz wird das relevant?

Mi N. schrieb:
> Stichwort LM358: der kann überhaupt nicht zählen. Sein
> Gleichtaktarbeitsbereich liegt dafür bei 0 - Vcc-1,5 V (siehe
> Datenblatt).

Wie geschrieben - eigentlich brauche ich keine wirkliche 
Stromüberwachung, sondern nur eine Überwachung, ob überhaupt irgend ein 
Strom fließt (also der Motor der Pumpe läuft). Falls das nicht mit 
einfachsten Mitteln umsetzbar ist, kann das entfallen.

Beste Grüße

Edit: neuer Beitrag.

Sebastian S. schrieb:
> Aber gleichzeitig deine PWM locker kann. Wozu also?

Da habe ich mich anfänglich aufgrund falscher Informationen geirrt - da 
ist nur ein Open-Collector-Ausgang vorhanden, dessen Kollektor max. 10A 
kann - in dem Falle leider wenig relevant.

Sebastian S. schrieb:
> arg knapp bemessen

12A sind die lineare Stromlimitierung. Die Gleichstrommaschine nimmt die 
12A mit einer zulässigen Einschaltdauer von 5% auf - in meinem 
Anwendungsfall absolut irrelevant. 10A sind der Dauerstrom, der für die 
Auslegung relevant ist.

Noch eine Frage @Marcel V.: Warum ist die Widerstandsstrecke R1/R2 so 
viel hochohmiger als die Widerstandsstrecke R3/R4? Damit die 
Push-Pull-Treiberstufe mehr Strom bekommt?

: Bearbeitet durch User
von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> Du hast ja 2k2, er aber 4k7 vorgeschlagen.

Der Widerstand darf nicht zu groß sein, damit die Basis schnell 
eingeräumt werden kann (Steilflankigkeit), aber auch nicht zu klein 
(unnötig hoher Basisstrom).

Für das Ausräumen ist R1 zuständig.

Ths S. schrieb:
> Ab welcher Frequenz wird das relevant?

Schon ab 1 Hz. Der Mosfet will zügig seine Gatekapazität ge- und 
entladen bekommen.

Ths S. schrieb:
> Falls das nicht mit einfachsten Mitteln umsetzbar ist, kann das
> entfallen.

Probier mal den MC33202 der macht im Zweifel auch kein schädliches Phase 
Reversal, oder nimm einen anderen Rail to Railtyp. Ansonsten musst du 
dem LM358 eine negative Versorgungsspannung spendieren.

von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> Damit die Push-Pull-Treiberstufe mehr Strom bekommt?

Die Push-Pull-Treiberstufe benötigt kaum Strom, die will Spannung sehen. 
Es ist schließlich eine Kollektorschaltung.

Bei Q1 muss nur der Basisstrom mit R2 begrenzt werden (R1 darf dabei 
nicht zu klein werden)!

von Mi N. (msx)


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Marcel V. schrieb:
> Ths S. schrieb:
>> Ab welcher Frequenz wird das relevant?
>
> Schon ab 1 Hz. Der Mosfet will zügig seine Gatekapazität ge- und
> entladen bekommen.

So 'zügig' wie bei der DB? Oder meinst Du 'sofort' oder 'unmittelbar'?

Wenn Du mal eine Zeit in ns, µs oder ms angeben würdest, könnte der TO 
viel besser verstehen, ob die von Dir genannten Werte überhaupt relevant 
sind.
HF-Eigenschaften werden hier nicht gefordert sein.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

Marcel V. schrieb:
> Schon ab 1 Hz. Der Mosfet will zügig seine Gatekapazität ge- und
> entladen bekommen.

Du hattest vorher Q1 erwähnt, aber Q1 ist doch der PNP-Invertierer und 
nicht der MOSFET. Da gibt es doch keine Kapazität, oder?

Anbei das Platinenlayout:
- Die Strommessung ist ebenso wie die Freilaufdiode rausgeflogen.
- Top-Layer geteilt in Drain und GND
- Bottom-Layer nur GND
- MOSFET-Kühlfläche 4,2cm² -> 37,5k/W Wärmewiderstand bei D2PAK

Falls keine Einwände bestehen, gebe ich das so bei JLCPCB mit 70µ Kupfer 
in Auftrag.

Beste Grüße und danke euch!

von Alfred B. (alfred_b979)


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Ths S. schrieb:
> Beste Grüße und danke euch!

Also ich verstehe nicht, wie man bei der Informationslage was
raten sollte/könnte. Bzw. bezweifle ich prinzipiell den Erfolg.

1. Welche (Kreisel-)Pumpe genau? Datenblatt enthielte diverse
   (Maximal-)Werte, was erste Rückschlüsse erlaubte.

2. Genaue Beschreibung der Anwendung erlaubte restliche solche.
(Auch die geplante Versorgung, wg. der Potentialverhältnisse...
für vielleicht WIRKLICH das einfachstmögliche "Mosfet lowside".)

Nur so/erst dann kann man wissen, welche Schaltungsvarianten
(Signalseitig UND Endstufe) minimal nötig / vielleicht sinnvoll.


Du glaubst nicht, daß das alles sinnvoll wäre, zu nennen...? OK:

Die Alternativen der Schaltungs-Realisierung an sich (wobei
nichts davon ohne den PullUp-R ginge, für das "inactive high" -
und an den Ausgang halt erst mal ein Treiber/Puffer sollte):

- Man nutzt Push-Pull-Treiber, um I_quer zu verringern/-meiden

 - Einfachster nicht invertierender Treiber wäre NPN plus PNP.

 - "Von selbst invertierend" (um aus "Open Collector active low"
   ein "active high" Signal zu generieren) wäre ein FET-Pärchen.

 - Weiters könnte man einen 1Q Steller auch simpelst als lowside
   Mosfet plus highside Diode ausführen, z.B. wenn keine I-Messung,
   bzw. in Deinem Fall (wg. OC Ausgang) Treiber mit FET-Pärchen
   = P-ch + N-Ch, der einen N-FET lowside treibt.

- ... oder -empfehlenswert- man benutzte einen fertigen TREIBER
  ... die es sowohl nicht- als auch -invertierend gäbe
  ... und übrigens auch mitsamt Meßverstärker ... für den Strom
  [ob man den analog (= div. Werte) oder digital (= ob überhaupt
  vorhanden) auswerten wollte, wäre dabei ja völlig egal...]

- ODER die beste Lösung wäre sogar was ganz anderes:

Wir kennen wie gesagt keinerlei näheren Details Deines Vorhabens.
Vielleicht wärest Du mit einem Schaltregler-IC besser beraten...

Sowas brächte dann selbst PWM-Erzeugung, Strom-Messung und falls
am sinnvollsten auch -Steuerung (wegen Sanftanlauf / Kreiselpumpe)
mit. Über ein kleines RC-Glied parallel zum Shunt wäre aber auch
ein etwas erhöhter Anlaufstromwert einstellbar - könnte ja von
Vorteil oder gar notwendig sein...?



Gäbe 1000 Dinge zu beachten, kaum eines wurde hier diskutiert.
Da WIR hier bisher null wissen, bleibt nur... "VIEL GLÜCK!" ...?

LG, Fred

von Marcel V. (mavin)


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Ths S. schrieb:
> Du hattest vorher Q1 erwähnt, aber Q1 ist doch der PNP-Invertierer und
> nicht der MOSFET. Da gibt es doch keine Kapazität, oder?

Doch, jeder BJT hat mehr oder weniger eine Millerkapazität.

Mi N. schrieb:
> So 'zügig' wie bei der DB? Oder meinst Du 'sofort' oder 'unmittelbar'?

Wenn die ganze Mosfetansteuerungsmimik schon mal ein steilflankiges 
Rechtecksignal für den Mosfet zur Verfügung stellen kann, ist das kein 
Nachteil.

Künstlich verschleifen kann man das Rechteck ggf. mit einem 10-47 Ohm 
Gatewiderstand am Ende der Kette immer noch.

Ths S. schrieb:
> Falls keine Einwände bestehen, gebe ich das so bei JLCPCB mit 70µ Kupfer
> in Auftrag.

Ohne Testaufbau kann man sich damit ordentlich die Karten legen!

Die Leiterbahnen sind unnötig dünn. Vias und stromtragende Pads könnten 
größer sein. Topseite mit Automasse fluten (Umweltschutz).

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

Alfred B. schrieb:
> bezweifle ich prinzipiell den Erfolg.

das klingt ja düster.. Es geht doch nur um eine Lowside-PWM-Endstufe, 
die mittels PWM-Speisung aus einem Open-Collector-Ausgang mit 250Hz 
Frequenz und 0-100% Duty-Cycle gespeist werden soll und der Steuerung 
einer Gleichstrommaschine, die ausschließlich im Einquadrantenbetrieb 
laufen soll, dient.
Gibt es da irgendwelche größeren Kniffe oder Sackgassen? Ich hätte ohne 
eure Hilfe einfach einen zweiten NPN genommen und den Strom bei 
Nichtansteuerung einfach akzeptiert, aber Marcel hat eine deutlich 
bessere Lösung (Danke dafür!) vorgeschlagen. Falls es noch was Besseres 
gibt - immer her damit, ich bin für jede Hilfe dankbar.

Alfred B. schrieb:
> Genaue Beschreibung der Anwendung

Es handelt sich um eine Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug. Das habe 
ich bisher bewusst weg gelassen, da ich in der Vergangenheit Beiträge 
lesen musste, die wie folgt lauteten: "Oha ein "Autotuner" also. Das 
erklärt so einiges." (Zitat Cyblord hier im Forum). Das stimmt leider 
immer etwas mulmig, wenn man hier ein KFZ-bezogenes Thema eröffnen 
möchte, weshalb ich einige Detailinfos nicht erwähnt habe.

Alfred B. schrieb:
> geplante Versorgung

Gemeinsame Masse, Dauerhafte 13,8V  an der Pumpe sowie geschaltene 13,8V 
am PWM-Modul. Absicherung sowohl für Pumpe (15A) als auch für die 
Ansteuerung (5A gemeinsam mit dem Open-Collector-Ausgang).

Marcel V. schrieb:
> Die Leiterbahnen sind unnötig dünn.

Okay, hatte bisher für die kleinen SMD Sachen eigentlich immer 0,25mm 
Leiterbahndicke genommen und war der Meinung, dass im Kleinsignalbereich 
(also die Ansteuerung) sowas ausreichend ist, gerade auch weil 70µ 
Kupfer.
Sollte aber kein Ding sein, auf 0,4...0,5mm zu gehen, ist notiert.

Marcel V. schrieb:
> Vias und stromtragende Pads könnten
> größer sein

Die Vias zum Einlöten der Kabel sind für 0,75mm² (Kl.15 & PWM) sowie 
2,5mm² (Load & GND) ausgelegt und liegen ja in Mitten der ausgefüllten 
Flächen (die sind nur ausgeblendet). Meinst Du, ich sollte das 
Solder-Pad für die Source des FETs größer gestalten, um mehr Lötzinn 
aufzubringen?

Marcel V. schrieb:
> Topseite mit Automasse fluten

Was ist Automasse?

Beste Grüße

von Alexander (alecxs)


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Gut im KFZ Bereich wäre allerdings eine saubere 12 Volt Versorgung von 
Vorteil, oder zumindest sollte alles so ausgelegt sein das es 
Spannungsspitzen aushält (65 V ≤ 400 ms).

Automasse findest Du in der Zulassungsbescheinigung Teil I unter Punkt 
G, und die Auto-Masse unter Punkt 18, 19, 20 ;)

: Bearbeitet durch User
von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

ich habe versucht, die 12V-Versorgung so sauber wie möglich zu 
gestalten:
Kl. 30 hängt direkt an der Batterie mittels Littelfuse PDM, Kl. 15 über 
einen Relais ebenfalls direkt ab PDM - das ist komplett vom eigentlichen 
Fahrzeugkabelbaum getrennt und sollte daher (hoffentlich) von Störungen 
weitgehend verschont bleiben und die Spannungsquelle recht niederohmig 
sein.

Das Thema Spannungsspitzen hatte ich auch schon im Hinterkopf, das 
könnte das Gate vom Omnifet grillen - mit einer Gate-Z-Diode könnte man 
das sicher verhindern, das würde ohne vorgesetzten Widerstand aber die 
Push-Pull-Stufe belasten.. Falls ihr das aber für sinnvoll haltet, würde 
ich das noch einbauen.

Beste Grüße

von Alexander (alecxs)


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Wenn ich nicht irre treten doch gerade an der Batterie Spannungsspitzen 
auf, z.B. beim an-/abklemmen von Starthilfekabeln?

edit: Achso, PDM ist ein Stromverteilungsmodul, das sollte ja diese 
Aufgabe erledigen.

: Bearbeitet durch User
von Ths S. (motorburner)


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Genau, normalerweise sollte das Littelfuse "FLEC"-Verteilungsmodul 
eventuell auftretende Spitzen abfangen.

Dennoch wäre es wahrscheinlich sinnvoll, die Schaltung für die 
zukünftige Implementierung in andere Fahrzeuge ohne Verteilungsmodule 
sicher gegen Spannungsspitzen auszulegen. Ist aus dieser Sicht die 
Verwendung einer 16V-Z-Diode zusammen mit einem vorgeschaltetem 
1k-Widerstand von Gate nach Masse zielführend?

Beste Grüße

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Ths S. schrieb:
> Ist aus dieser Sicht die
> Verwendung einer 16V-Z-Diode zusammen mit einem vorgeschaltetem
> 1k-Widerstand von Gate nach Masse zielführend?

Eher solltest du in dem Fall mal anständig abblocken. Also Elko an die 
Versorgung, Drossel und TVS Diode gegen Masse in die Plusleitung. Als 
Beispiel für Dinge, die im Auto nicht gestört werden wollen, kannst du 
den Eingang von Autoradios als Beispiel nehmen.

von Ths S. (motorburner)


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Also quasi einen Tiefpass 2. Ordnung und dahinter eine 18V 
Supressordiode für Kl.15 und dafür das Gate ungeschützt lassen? Okay, 
das ist kein Thema.

Beste Grüße

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