Hallo Kann ich auf eine Freilaufdioden an einem kleinen Reedrelais verzichten, wenn es von einem ATMEGA über FETs (BSS138 oder BSN20) angesteuert wird. N-Kanal MOSFET (NFET) (VCC) 5V | (Last) reedrelais | | (Drain ) (Port µC) -----(Gate ) BSS138 oder BSN20 (Source) | | (GND) Wenn ich das Datenblatt richtig verstehe habe sie sowas ähnliches wie eine Freilaufdiode? Mache ich da einen Gedankenfehler, reicht die Diode? Warum habe ich diese FETS gewählt? Weil sie billig und beim großen "R" verfügbar sind. Vielleicht gibt es auch eine bessere Wahl. moin
Die Diode im FET hilft dir nicht weiter, sie ersetzt nicht die Freilaufdiode. Es gibt allerdings Reed-Relais mit integrierter Freilaufdiode.
Es gab hier schon eine Reihe Threads zum Thema Freilaufdioden bei Ansteuerung von Relais über µC. Reed-Relais ziehen i.d.R. so wenig Strom, dass man sie auch direkt an den Pins des AVR betreiben kann (also ohne MOSFET o.ä.), vorausgesetzt, an dem µC hängen nicht schon zu viele andere Verbraucher (maximale Strombelastung der VCC- bzw. GND-Anschlüsse beachten). Abgesehen davon, dass viele Reed-Relais mit integrierter Freilaufdiode erhältlich sind (aber Achtung: bei den Dingern aufpassen, dass man die Spule richtig rum anschließt!), besitzen die AVRs Clamp-Dioden an den Portpins, die (im Falle der direkten Ansteuerung ohne zusätzlichen Treiber-Transistor) die Funktion einer Freilaufdiode übernehmen können. Ich selber spendiere aber grundsätzlich bei induktiven Lasten eine Freilaufdiode nah an der Last (sofern die Last sie nicht bereits enthält), v.a. da ich es lieber vermeide, irgendwelche Abschaltstromspitzen durch meinen µC zu jagen (EMV). Wenn Du es unbedingt mit einem zusätzlichen MOSFET o.ä. machen musst bzw. willst (zu viel Strom für AVR-Port, EMV-Probleme o.ä.) und Dein Reed-Relais keine integrierte Diode besitzt, dann musst Du eine Freilaufdiode antiparallel zur Relais-Spule schalten (also mit Kathode an +), sonst kann evtl. der MOSFET schaden nehmen.
Die Dioden in den FETs (Bulk-Dioden) haben zunächst gar keine "Aufgabe". Die sind herstellungsbedingt da drin und nicht vermeidbar. Manche Hersteller haben aus dem Unvermeidlichen eine Tugend gemacht und diese Dioden soweit optimiert, dass man bei entsprechendem Anschluss der Last (z.B. in Brückenschaltungen) keine zusätzlichen Freilaufdioden mehr braucht. Aber bei einer Last, die so angeschlossen ist wie in Deinem Fall ist die intrinsische Diode einfach wirkungslos. Eine Freilaufdiode muss parallel zur Last liegen.
Und wenn die Last ein Gleichstrommotor in einer MOSFET-H-Brücke ist, wie schließe ich dann die Freilaufdioden an? Von jedem Motorpol eine Richtung GND und Vcc jeweils in Sperrrichtung? Danke!
@Christian:
> Von jedem Motorpol eine Richtung GND und Vcc jeweils in Sperrrichtung?
Im Prinzip ja, aber wie schon oben gesagt: Bei einer MOSFET-H-Brücke
brauchste Dir (zumindest im Bereich geringer Leistungen, bei fertigen
ICs bzw. Modulen aber eigentlich immer) darüber eigentlich keine
Gedanken zu machen, weil die Dioden schon mit drin sind. Wenn
Unsicherheit bestehen sollte, einfach dran denken: Alle Dioden müssen in
Sperrichtung eingebaut sein. Da gibts dann nicht mehr viele
Schaltungsmöglichkeiten...
@johnny.m die MOSFET H-Brücke ist diskret aufgebaut. und leistungsmäßig naja, 12V und mehrere Ampere (PWM-Steuerung des Antriebsmotors eines schiffsmodells)... ich hatte zuerst keine Freilaufdioden vorgesehen, bin aber mittlerweile zu dem schluß gekommen, daß das dann vielleicht doch sinnvoll wäre. nur wie ich die dann wirklich dimensioniere... ich hab dann einfach 1A Dioden eingeplant...
@Christian > ich hatte zuerst keine Freilaufdioden vorgesehen, bin aber mittlerweile > zu dem schluß gekommen, daß das dann vielleicht doch sinnvoll wäre. nur Ist nicht nur sinvoll sondern schlicht notwendig. > wie ich die dann wirklich dimensioniere... ich hab dann einfach 1A > Dioden eingeplant... Die Dioden sollten den gleichen Strom aushalten wie durch den Motor maximal fliessen können. MfG Falk
"ich hatte zuerst keine Freilaufdioden vorgesehen, bin aber mittlerweile zu dem schluß gekommen, daß das dann vielleicht doch sinnvoll wäre. nur wie ich die dann wirklich dimensioniere... ich hab dann einfach 1A Dioden eingeplant..." Vielleicht mal kurz ein Kommentar dazu: Die Freilaufdioden bei der PWM Ansteuerung eines Motors haben nicht nur die Aufgabe die Ansteuerschaltung zu schützen. Vor allem sogen sie dafür dass der Motor mit einem wesentlich besseren Wirkungrad läuft und sich besser regeln lässt. Denn die Dioden sorgen dafür, dass der Strom, der durch die Spulen des Motors fliesst, weiterfliessen kann. Beispiel: PWM 50% ohne Freilaufdiode Motorstrom bei eingeschalteten Treibern: 10A, ausgeschaltet 0A Macht im Schnitt 5A, die für das Drehmoment wirksam werden (das Drehmoment ist linear zum Strom). Mit Freilaufdioden (im Idealfall): Motorstrom bei eingeschalteten Treibern: 5A, bei ausgeschalteten Treibern: 5A (durch die Freilaufdioden) Im Schnitt ebenfalls 5A für das Drehmoment. Da die Verlustleistung im Quadrat zum Strom zunimmt, hat man im ersten Fall 10A*10A*50% also 50. (Einheiten lasse ich mal weg). Im zweiten Fall 5A*5A*100% =25. Der erste Motor ohne Freilaufdiode braucht also bei gleichem Drehmoment die doppelte Leistung, wird auch doppelt so warm. Und es ist offensichtlich, dass die Batterie ohne Freilaufdiode 10A bei 50% liefern muss, im Fall mit Freilaufdiode nur 5A bei 50% (die anderen 50% kommen durch die Motorspule und die Freilaufdiode). Bei gleichem Drehmoment. Allerdings muss dafür die PWM Frequenz entsprechend der Induktivität angepasst werden. Einerseits möglichst hoch, weil der Strom dann gleichmässig wird, andererseits nicht zu hoch, weil die Umschaltverluste grösser werden. Am Effizientesten ist das Ganze, wenn man den Strom möglichst glatt bekommt, also der Strom durch die Diode so gross ist wie der Motorstrom. Deswegen muss die Diode auch so dimensioniert werden. Gruss Axel PS: Ich weiss, dass das vereinfacht ist, aber das Prinzip stimmt.
danke.... nur eine Kleinigkeit fürchte ich hast du dabei übersehen: ich will den Motor regeln, sprich die Drehzahl von 0 bis max variieren können. d.h. ich habe automatisch unterschiedliche Tastverhältnisse im PWM Signal. Dann bin ich wieder bei der 100% Motorstrom Freilaufdiode. Frequenz hätte ich 1-2kHz genommen, die FETs sind schnell und haben einen geringen Rds(on) Widerstand. da sollten sich die Umschaltverluste in Grenzen halten...
Christian, die Freilaufdiode muss so gross wie der Motorstom sein, dass ist schon klar. Ich würde allerdings annehmen, dass eine Frequenz von 1-2 kHz viel zu wenig ist. Bei einem 24V Motor mit 300W hatte ich mal 15kHz als Optimum ausgemessen. Bin jetzt aber nicht wirklich sicher, wie ein kleinerer Motor sich da von der Induktivität verhält, dürfte wohl eher kleiner werden. An sich nimmt man möglichst Frequenzen oberhalb 12kHz, das pfeift dann nicht mehr hörbar. Der Rds(on) ist nicht das Problem, der Innenwiderstand des Motors ist das Problem. Evtl. mal mit einem Oszilloskop den Stromverlauf nachmessen. Wie bereits geschrieben: Optimal ist, wenn der Stromverlauf möglichst gleichmässig ist, ansonsten steigen die Verluste und der Motor wird heiss. Wobei man das bei einem Modellboot auch nicht bis zum Excess treiben muss. Mir ging es eigentlich nur darum, mal klarzumachen, dass die Freilaufdiode bei einer PWM nicht nur zum Schutz der Ansteuerung da ist, sondern eine echte Funktion hat. Wenn man die Freilaufdiode weglässt, kann man den Motor auch mit einem Vorwiderstand betreiben. Ist vom Wirkungsgrad her ungefähr das gleiche. Gruss Axel
@Axel > Wobei man das bei einem Modellboot auch nicht bis zum Excess treiben > muss. Mir ging es eigentlich nur darum, mal klarzumachen, dass die > Freilaufdiode bei einer PWM nicht nur zum Schutz der Ansteuerung da ist, > sondern eine echte Funktion hat. DOPPELFUNKTION!!! a) Stromleitung bei ausgeschaltetem Leistungstreiber bei PWM b) Überspannungsbegrenzung, bzw. Verhinderung von hohen Spannnungen durch Selbstinduktion Beides hängt direkt zusammen. > Wenn man die Freilaufdiode weglässt, kann man den Motor auch mit einem > Vorwiderstand betreiben. Ist vom Wirkungsgrad her ungefähr das gleiche. Nö, es killt über kurz oder lang auch die Leistungsstufe. Bau mal einen einfachen Step-Down Controller ohne Freilaufdiode. Mit dem Motor ist das das selbe. MfG Falk
"b) Überspannungsbegrenzung, bzw. Verhinderung von hohen Spannnungen durch Selbstinduktion" Das ist ja relativ bekannt und wurde hier ja auch schon ausgiebig augebreitet. Das andere war mir wichtig, weil das immer zu kurz kommt. "Nö, es killt über kurz oder lang auch die Leistungsstufe." Also das "Nö" ist hier falsch. Richtig wäre: "Ja, und es killt über kurz oder lang auch die Leistungsstufe." "Bau mal einen einfachen Step-Down Controller ohne Freilaufdiode. Mit dem Motor ist das das selbe." Schreib ich doch :-) Gruss Axel
>Bau mal einen einfachen Step-Down Controller ohne Freilaufdiode. Mit dem Motor
ist das das selbe.
Step-Down Controller? Gutes Stichwort.
12V rein 3.3Volt raus.
12V 1A ->3.3V ca.3-4A (kennt man ja).
Wieviel Strom fliesst nun durch die Freilaufdiode wenn der Motor langsam
(PWM 30%) drehen soll UND Drehmoment benötigt wird?
Hier sollten schon etwas größere Dioden rein...
Gruß
AxelR.
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