Hallo,
ich muss für ein Projekt eine Highside-Transistorendstufe bauen die über
Pulsweitenmodulation von einem ATMEL ATMega88 angesteuert wird.
Das modulierte Rechtecksignal soll im Frequenzbereich von 400-600Hz
liegen.
Stellbereich der PWM beträgt 50% und 100%.
Die Endstufe steuert ein Magnetventil an, das anziehen soll und dann den
Kontakt hält.
Ich muss also mit der selben Endstufe 2 verschiedene Ströme schalten
können: Einmal den Anzugsstrom (2A) und zweitens den Haltestrom (1A).
Beides bei einer Spannung von 14V.
Meine Frage ist nun, wie eine Schaltung dafür aussehen könnte, vor
allem, wie ich es hinkriege, dass ich die Endstufe so schalte, dass die
Leistung am Verbraucher genau halbiert wird (da Haltestrom halb so gross
wie Anzugsstrom sein muss)?
Ich habe im Datenblatt vom ATMega88 gelesen, dass der eine
Betriebsspannung von 2,7-5V hat. Gehe ich richtig in der Annahme, dass
bei 50% PWM dann 2,5V und bei 100% PWM 5V an meiner Endstufe anliegen?
Wäre toll wenn mir jemand weiterhelfen könnte!
mit freundlichen Grüßen
@ Volker Racho (Gast)
>Die Endstufe steuert ein Magnetventil an, das anziehen soll und dann den>Kontakt hält.
Und das mag PWM? Hmmmm?
>Ich muss also mit der selben Endstufe 2 verschiedene Ströme schalten>können: Einmal den Anzugsstrom (2A) und zweitens den Haltestrom (1A).>Beides bei einer Spannung von 14V.
???
>Meine Frage ist nun, wie eine Schaltung dafür aussehen könnte, vor>allem, wie ich es hinkriege, dass ich die Endstufe so schalte, dass die>Leistung am Verbraucher genau halbiert wird (da Haltestrom halb so gross>wie Anzugsstrom sein muss)?
Ahhh, wir kommen dem Problem schon näher. Du willst das Relais erstmal
anziehen lassen und dann (um nergie/Wärme zu sparen) den Strom auf 1A
senken. Wirklich? Oder reicht es einfach, immer 2A durch das Relais
zujagen, sollte ja nicht schaden, oder? Dann brauchst du keine PWM.
>Betriebsspannung von 2,7-5V hat. Gehe ich richtig in der Annahme, dass>bei 50% PWM dann 2,5V und bei 100% PWM 5V an meiner Endstufe anliegen?
Bei 5V Versorgungsspannung.
>Wäre toll wenn mir jemand weiterhelfen könnte!
Was du aber brauchst ist eher eine Konstantstromquelle, nicht
Spannungsquelle. Die kann man aber auch über PWM einstellen, bzw
auch ganz abschalten.
MFG
Falk
Hi!
Kann sein, dass ich mich vorhin etwas missverständlich ausgedrückt habe.
Ich versuchs noch mal:
Also, ich habe ein Magnetventil. Die Aufgabenstellung lautet, dieses
Magnetventil über eine Highside-Endstufe anzusteuern. Die Endstufe
selbst, wird über einen PWM-Port des Mikrocontrollers ATMega88
angesteuert.
Das Ansteuerungssignal der Endstufen ist ein PWM- moduliertes
Rechtecksignal in einem Frequenzbereich von 400-600 Hz. Der PWM
Stellbereich umfasst 100% und 50%.
Die Ansteuerfolge nach dem Einschalten ist wie folgt:
100% PWM für 50ms (in der Zeit soll der Strom am Magnetventil 2A
betragen
und der Magnet soll anziehen)
---> Anzugsstrom
Anschließend 50% PWM. (jetzt wird weniger Strom benötigt, ab dieser
Zeit soll der Strom für unbestimmte Dauer 1A
betragen damit der Magnet den Kontakt halten
kann)
Das Prinzip hast Du also richtig verstanden. Leider ist die Vorgabe so,
dass der Strom nicht 2A bleiben darf. Die Spannungs- bzw. Stromquelle
(deren Spannung durchgeschaltet werden soll) ist eine normale
Autobatterie.
Ich hoffe das war jetzt etwas verständlicher :-)
MFG
Hast du das Magnetventil in Realität? Das Funktionsprinzip dürfte
ähnlich wie bei einem Relais sein. Dieses braucht zum schalten auch mehr
Energie als zum Halten.
Ich gehe davon aus, dass die 1A, 2A Maximalwerte in den jeweiligen
ZUständen sind und sich die Spule den Strom holt, den sie braucht - bei
14V!
Ja ich hab das Ventil in Realität. Du hast recht, das Verhalten ist wie
bei einem relais. Mit dem Strom liegst Du ebenfalls richtig, die Angaben
sind angenäherte Werte.
MFG
Probier doch mal aus, ob das Magnetventil durchbrennt, wenn du einfach
14V anlegst. Dann brauchst du auch keine PWM. Mal ganz davon abgesehen,
dass du dann keinen konstanten Strom hast und eine Induktionsspannung.
ich danke Dir für die Überlegung, die sache ist nur, dass es in der
Aufgabenstellung gefordert wird genannte Bauteile so anzusteuern.
Die Frage ist also nicht, OB ich es so machen kann, sondern WIE ...
und das WIE bezieht sich eben auf den Aufbau der Endstufe, da ich kaum
Erfahrung mit Verschaltung von MOS-FETs und ähnlichem hab...
Der Strom muss also auf jeden Fall auf 2A bzw 1A begrenzt sein und an
dem Magnetventil (ein einfacher Elektromagnet) müssen die ganze Zeit
über 14 +-0,5 Volt anliegen.
MFG
Volker Racho wrote:
> ich danke Dir für die Überlegung, die sache ist nur, dass es in der> Aufgabenstellung gefordert wird genannte Bauteile so anzusteuern.> Die Frage ist also nicht, OB ich es so machen kann, sondern WIE ...
Also kein Problem sondern eine Aufgabe, wie Realistisch auch immer,
nagut.
> und das WIE bezieht sich eben auf den Aufbau der Endstufe, da ich kaum> Erfahrung mit Verschaltung von MOS-FETs und ähnlichem hab...
Einen High-side MOS-FET kann man im einfachsten fall mit einem
(Bipolar)Transistor und einem Widerstand als Spannungsteiler treiben,
also wenn der Transistor offen ist (0) zieht der Widerstand das Gate auf
Vcc (14V) und der FET öffnet, wenn der Transistor schaltet (1) zieht er
das Gate auf Masse und der FET leitet. Es gibt natürlich auch wesentlich
elaboriertere Lösungen mit Treiber ICs Ladungspumpen, Hilfsspannungen
....
>> Der Strom muss also auf jeden Fall auf 2A bzw 1A begrenzt sein und an> dem Magnetventil (ein einfacher Elektromagnet) müssen die ganze Zeit> über 14 +-0,5 Volt anliegen.
Ja, das geht aber ja nun mal gar nicht, wenn an der Spule IMMER 14V
anliegt wird da auch immer der Strom fliessen den die Spule eben grade
zieht. Wenn du den Strom regeln willst wird das in jedem Fall
Auswirkungen auf, die Spannung haben, die an der Spule abfällt. Wenn
nicht
Wenn du eine richtige Stromquelle aufbaust, kannst du aber natürlich mit
FETS die Stromvorgabe regeln, wie ja Falk bereits angedeutet hat. Aber
so richtig klar ist das alles noch nicht.
Auf der anderen Seite solltest du das Forum auch nicht für
unrealistische Schulaufgaben heranziehen, die meisten Leute hier sind
sehr problemorientiert und haben nur bedingt Lust mit einem "Die Frage
ist also nicht, OB ich es so machen kann, sondern WIE ..." zu leben, wo
es doch offensichtlich keinen Sinn macht.
-wiebel
@ Volker Racho (Gast)
>Kann sein, dass ich mich vorhin etwas missverständlich ausgedrückt habe.
Nöö, mir ist schon klar was du willst.
>Das Prinzip hast Du also richtig verstanden. Leider ist die Vorgabe so,>dass der Strom nicht 2A bleiben darf. Die Spannungs- bzw. Stromquelle>(deren Spannung durchgeschaltet werden soll) ist eine normale>Autobatterie.
Naja, im Prinzip kein Thema. Die Strombegrenzung im Relais macht immer
der ohmsche Widerstnad der Wicklung, wenn es bei 14V 2A zieht sind das 7
Ohm. Um den Strom auf 1A zu bregrenzen muss man einfach nochmal 7 Ohm in
Reihe schalten. Das Ganze über zwei HIGH-Side Schalter, eine UDN2981
sollte es tun. Siehe Anhang. Dann braucht man nur zwei IO-Pin und keine
PWM etc. Mit PWM und Konstantstromquelle ist die Edel-Deluxe-Variante.
MFG
Falk
Hallo,
der Ursprungsposter hat doch seine Ansprüche klar geschrieben:
Kurz 100% zum Einschalten und dann 50% zum Halten.
Wo ist da das Problem?
Er braucht eine H-Side Stufe, entweder mit einem teuren
Automotive-Treiber
(z.B. von Infineon BTS...) oder die Minimalvariante aus npn-Transistor
am
µC und pnp-Schalter (oder FET) zum Schalten der 2A.
Die Senkung auf 1A ergibt sich aus der Einschaltdauer von 50%. Der
Schalter
schaltet immer 2A!
Alles andere mit Vorwiderstand oder Spannung (analog) regeln bringt
unnötig hohe Verlustleistungen.
Es ist natürlich sicherzustellen, daß das Ventil mit PWM-Ansteuerung
klarkommt und nicht zu heiß wird.
Ahoi, Martin
@ Martin Schneider (Gast)
>Wo ist da das Problem?>Es ist natürlich sicherzustellen, daß das Ventil mit PWM-Ansteuerung>klarkommt und nicht zu heiß wird.
Eben DAS kann ein Problem sein. Relais direkt mit PWM ansteuern? Hmmm?
Zumindest scheint mir dabei ein PWM-Freqeunz von 500 Hz etwas niedrig.
MFG
Falk
Also, eine Stromregelung für das Ventil ist nicht erforderlich. Wie
Martin schon sagte sollen sich die Ströme durch die PWM ergeben.
Ich weiss nicht, ob man sagen kann, dass das Ventil direkt mit PWM
angesteuert wird... ich bekomme halt aus dem Mikrocontroller das
genannte PWM-Signal und das muss ich so verarbeiten, dass das Ventil
anzieht und dann angezogen bleibt.
Ich muss auch zugeben, dass ich das mit der PWM noch nicht so recht
verstanden hab... ich verändere dabei doch die Spannung durch zeitliche
verkürzung des Signales, richtig? Also hätte ich bei 5V
Versorgungsspannung am IC für 50% PWM 2,5V die zur Endstufe gehen.
Die techn. Daten des Ventiles sagen aus, dass der Anzugsstrom ca 2A
beträgt und der Haltestrom ca 1A. Also halbiert sich der Strom.
Wenn ich doch aber die Spannung durch PWM auch halbiere, dann müsste ich
ja einen Transistor haben, der ein lineares Verhalten aufweist oder bin
ich jetzt total verwirrt? Und den gibt es nicht oder?
Übrigens ist dies hier keine sinnlose Schulaufgabe, sondern Teil eines
Entwicklungsprojektes für ein KFZ-Steuergerät. Es sind nur die
einzuhaltenden Vorgaben sehr detailliert... Also, PWM muss sein.
MFG
@ Volker Racho (Gast)
>Ich weiss nicht, ob man sagen kann, dass das Ventil direkt mit PWM>angesteuert wird... ich bekomme halt aus dem Mikrocontroller das>genannte PWM-Signal und das muss ich so verarbeiten, dass das Ventil>anzieht und dann angezogen bleibt.>Ich muss auch zugeben, dass ich das mit der PWM noch nicht so recht>verstanden hab... ich verändere dabei doch die Spannung durch zeitliche>verkürzung des Signales, richtig?PWM>Die techn. Daten des Ventiles sagen aus, dass der Anzugsstrom ca 2A>beträgt und der Haltestrom ca 1A. Also halbiert sich der Strom.
Naja, es reicht 1A, um das Relais im Haltezustand zu halten ;-)
>Wenn ich doch aber die Spannung durch PWM auch halbiere, dann müsste ich>ja einen Transistor haben, der ein lineares Verhalten aufweist oder bin>ich jetzt total verwirrt?
Ja.
> Und den gibt es nicht oder?
Aber sicher, doch darum geht es nicht.
>einzuhaltenden Vorgaben sehr detailliert... Also, PWM muss sein.
Wahrscheinlich wegen der Verlustleistung. Naja, dann eben einfach einen
HIGH-Side Trieber. PWM dran und fertig. GGf. braucht es noch ne
Freilaufdiode, wenn die noch nicht im Relais drin ist.
MFG
Falk
Genau, der High-Side-Schalter verstärkt nur das PWM-Signal von 5V/2mA
des Controller auf 14V/2A für das Ventil. Die Einschaltzeiten bleiben
(etwa) gleich.
Das wird zum Beispiel zum Stromsparen auch in Batteriebetriebenen
Aktoren gemacht: die Relais werden nach dem Anziehen nur noch mit
schmalen Pulsen (PWM<30%) am Abfallen gehindert. Spart viel Strom. Ein
Standard-KfZ-Relais von Tyco braucht laut Datenblatt min. 7V zum
Anziehen und fällt erst unter 1.5V garantiert wieder ab - mit 20% PWM
hat schon gute Karten.
Ein anderer Aspekt ist aber auch wichtig: PWM ist für EMV ganz schlecht,
besonders bei höheren Strömen. Und: die Anforderungen an KfZ-Elektronik
sind gigantisch... Insbesondere Störsicherheit bei Spannungsspitzen sind
ein Thema.
Ahoi, Martin
Könnte mir vielleicht einer wenigstens mal schemenhaft aufzeichnen wie
das in etwa dann aussehen müßte? Dimensionieren wird ja schätz ich kein
Problem sein. Nur damit ich weiss, wie ich den Treiber usw. verschalten
muss. Wäre echt toll
MFG
@ Volker Racho (Gast)
>Könnte mir vielleicht einer wenigstens mal schemenhaft aufzeichnen wie>das in etwa dann aussehen müßte? Dimensionieren wird ja schätz ich kein>Problem sein.
Ach ja? Wenn dir schon mal die Grundschaltung vollkommen unklar ist?
Wie das in der PRaxis aussieht siehst du in meinem bereits geposteten
Bild, nur dass eben mur ein Kanal direkt verwendet wird. Oder schau in
Datenblatt vom IC.
MfG
Falk
