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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hubmagnet ansteuern?


Autor: Florian Rist (Firma: TU Wien) (frist)
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Hallo,
ich möchte einen Hubmagneten ansteuern und zwar so, dass kurzzeitig ein 
hoher Strom fließt, bis der Magnet Angezogen hat, dann soll der Strom 
auf einen kleineren Wert, der zum Halten ausreicht, reduziert werden.

Der Aufwand ist leider nötig, da der Magnet sich zu stark erwärmt, wenn 
man ihn dauernd mit dem zum Anzug nötigen Strom betreibt.

Ich suche nun eine einfache Möglichkeit (spezial IC), das zu 
realisieren, am besten sollten die beiden Ströme leicht einstellbar 
sein. Der Magnet muss kurzzeitig ca. 2 A bekommen, zum Halten reichen 
dann 300 mA, versorgt werden soll er mit 24 V Gleichspannung.

Ich dachte schon daran, dass mit einem Schrittmotortreiber zu machen, da 
gibt es welche, die nach einer bestimmten Zeit der Inaktivität den Strom 
verringern, aber so ganz das wahre scheint mir diese Zweckentfremdung 
nicht. Wie geht’s richtig?

Grüße
Flo

Autor: pcbfreak (Gast)
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wäre ein Leistungstransistor nicht geeignet? Evtl.als Darlingten 
geschaltet.
als Basisbeschaltung ein Widerstand der entsprechend der 
Stromverstärkung
auf UCE= 0,5Amax.steuert und ein Kondensator parallel zum 
Basiswiderstand
mit entsprechendem Wert der den Transistor kurzfristig stärker 
durchsteuert
Kannste ja mal mit einem Simulator simulieren oder als Schaltung 
Labormäßig aufbauen und austesten.

Vielleicht gehts ja.

martin

Autor: derwarze (Gast)
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Am einfachsten per PWM (vom Controller) mit logic level MOSFET (Nicht zu 
knapp dimensionieren - Usd und Strombelastbarkeit) eine Schottkydiode 
(mit mindestens 40V und 3A die hat je nach Spule einiges zu leisten)  an 
die Spule und ordentlich mit Kondensator und Elko abblocken.

Ohne Controller gets auch, mit nem 555 und einen 74HC00 Gatter(und 
natürlich dem MOSFET).

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
nicht sehr elegant, aber so richtig einfach wird's, wenn eine glühlampe 
in serie geschaltet wird, die hat einen recht geringen kaltwiderstand, 
wenn das teil glüht, geht der strom richtig zurück.
grüssens, harry

Autor: pcbfreak (Gast)
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>hi,
>nicht sehr elegant, aber so richtig einfach wird's, wenn eine glühlampe
>in serie geschaltet wird, die hat einen recht geringen kaltwiderstand,
>wenn das teil glüht, geht der strom richtig zurück.
>grüssens, harry

Problem wie beim Toaster.Die Glühlampe muß dann erstmal wieder abkühlen
weil der Effekt sonst durch die heiße Glühbirne nicht mehr so wirkt
wie beim ersten mal.

Martin

Autor: Harald (Gast)
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Ich hatte mal ein ähnliches Problem, dabei kam es auf die Reduzierung 
der An- und Abfallzeiten des Hubmagneten an. Dabei haben wir eine 6V 
Spule an 24V verwendet (so geht das bei hochwertigen 
Steppermotor-Treibern auch). Man kann dabei den steileren Stromanstieg 
nach e-Funktion bei 24V nutzen um dann bei Nennstrom aufzuhören. So 
bleibt man in der Spezifikation der 6V Spule, es kommt ja letztendlich 
nur auf den Nennstrom an solange man nicht an Grenzen der 
Isolationsspannung stösst. Ich kann leider keinen Schaltplan hier 
einstellen, aber das Prinzip kann ich hier mal beschreiben:
Man nehme im Hauptzweig zwichen +UB und Masse einen P-Kanal MOSFET, die 
Spule (Hubmagnet) und unten einen niederohmigen Shunt (z.B. 
10...100mOhm) zum Messen der Stromaufnahme. Parallel zur Reihe von Spule 
und Shunt schaltet man die "Freilaufdiode" in Sperrrichtung. Nun nehme 
man über dem Shunt die Stromaufnahme auf (sehr schön geeignet z.B. 
fertige Messverstärker wie INA271 von TI (mit Filter) --> siehe Google). 
Mit dem verstärkten Signal der Stromaufnahme gehe ich auf einen 
Comparator und steuere mit diesem den P-Kanal MOSFET. Durch die 
Hysterese des Comparators kommt man auf einen freischwingenden 
Oszillator, die Frequenz ist abhängig von Betriebspunkt, Hysterese und 
verwendeter Spule.
Betriebsweise: Der Comparator schaltet bei einem Strom kleiner dem 
eingestelltem Schaltpunkt den P-Kanel MOSFET durch. Der Strom steigt nun 
nach e-Funktion an. Ist der eingestellte Schaltpunkt erreicht schaltet 
der Comparator den P-Kanal MOSFET ab. Der Strom fliesst über die 
Freilaufdiode weiter (gespeicherte Energie in der Spule), dabei auch 
über den Shunt. Der Strom klingt nach e-Funktion ab bis der untere 
Hysteresenpunkt des Comparators erreicht ist. Jetzt schaltet der MOSFET 
wieder ein und das Spiel beginnt von vorne.
Jetzt der Clou: Die Vergleichsspannung am positiven Eingang des 
Comparators kann nun schön von aussen eingestellt werden. Dabei kann man 
z.B. eine stabile Spannung heranziehen und mit verschiedenen 
Widerstandteilern zeitgesteuert aufschalten. Für den Comparator gibt es 
übrigens sehr schöne kleine Bausteine mit integrierter Referenz 
(Band-Gap Diode). Einfach mal bei Google nach "Comparator integrated 
reference" suchen (Resultat z.B. 
http://www.maxim-ic.com/products/amp_comp/comparat...)

Wenn jetzt die abfallende Flanke auch noch "beschleunigt" werden muss 
gibt es zusätzlich auch noch schöne Tricks, aber das ist ja nicht 
gefordert - oder?

Ansonsten weitere Infos auch hier:
http://www.stepperworld.com/Tutorials/pgCurrentControl.htm

Autor: Harald (Gast)
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Ach so, ja, ich sehe gerade noch oben im Thread: "Einfach... 
Spezial-IC...". Man kann den speziellen Strom-Wandler INA271 auch durch 
einen einfachen OP-Verstärker ersetzen, dann kann man alles in einem IC 
erhalten: OP, Comparator und Referenz. Wenn man jetzt noch einen 
integrierten P-Kanal-MOSFET wie BTS436 oder VN820 nutzt (--> ideal für 
angestrebte Leistung) wird die Schaltung relativ einfach.

Autor: Christoph Budelmann (Firma: Budelmann Elektronik GmbH) (christophbudelmann) Benutzerseite
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Ich hatte vor einigen Wochen genau das gleiche Problem, ein Hubmagnet 
der beim Anziehen mehr Kraft brauchte. Ich habe mit einem Attiny13 einen 
kleinen Step-Up-Konverter aufgebaut, so dass der Hubmagnet zunächst mit 
60V gespeist wurde und nachdem der Elko des Konverters leer war, lagen 
dauerhaft 12V ein. Ein Attiny, zwei Mosfets, eine Diode, eine Spule und 
ein Elko reichen neben ein paar Widerständen aus. Der Vorteil ist, dass 
die Spannung im restlichen Netz nicht beeinflusst wird (Den vom 
Step-Up-Konverter gezogenen Strom kann man ja beeinflussen.) und dass 
der Attiny auch Statusmeldungen zurückgeben konnte - für unsere 
Robotik-Anwendung durchaus wichtig.

Autor: GAst (Gast)
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Einfach einen dicken Elko laden, den den Einschaltstrom liefert.

Autor: Stefan (Gast)
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Hallo !

In Serie zum Hubmagneten einen Widerstand der den Strom auf 300 mA 
begrenzt. Parallel zu diesen Widerstand einen dicken Elko schalten.
Dieser wirkt im Einschaltmoment wie ein Kurzschluß, überbrückt somit 
deinen Serienwiderstand, Magnet zieht mit hohem Strom an, Elko lädt sich 
auf, kein hoher Strom mehr, nur noch der Haltestrom über den Widerstand.

Einfach, günstig, allerdings auch Verluste im Serienwiderstand.

Grüße

Stefan

Autor: Florian Rist (Firma: TU Wien) (frist)
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Hallo,
danke erst mal für die Vorschläge.

Die Lösung mit dem Transistor hab ich schon überlegt, ich fürchte aber 
dass ich da zu viel Verlustleistung (Wärme) bekomme. Bei 24 V Versorgung 
und 300 mA Dauerstrom müssen am Transistor ca. 20 V abfallen, das sind 6 
W.

Hmm, da fällt mir grad ein, dass ich ja auch noch 5V al Versorgung 
habe... Ich könnte den Magneten kurz an 24 klemmen und dann an 5 V. 
Könnte das gehen? Wie macht man das mit der Umschaltung der Versorgung. 
Naja, ist auch nicht sauber.

Bleiben die PWM Lösungen. Haralds Vorschlag scheint mir die 
professionelle Variante zu sein. Genau so funktioniert doch ein 
Schrittmotortreiber/Controller wie der Allegro A3977. Das ist allerdings 
schon aufwändig, finde ich.

Könnte man nicht auf Strommessung und Komparator verzichten und nur 
einen Logic Level MOSFET nehmen experimentell zwei PWM Duty Cycle 
ermitteln, einen zum Anziehen, einen zum Halten, zum Anziehen könnte man 
den Magneten vielleicht auch einfach nur kurz an 24V hängen.

Danke für den Hinweis auf die beiden Logic Level MOSFETs, leider sind 
wohl beide nicht für 3.3V Logic ausgelegt. Was käme da für ein 
intelligenter MOSFET in Frage. Ich hab keinen gängigen Typen gefunden, 
dem leicht (am besten bei RS) bekommen könnte.

Grüße
Flo

Autor: Sven (Gast)
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> Könnte man nicht auf Strommessung und Komparator verzichten und nur
> einen Logic Level MOSFET nehmen experimentell zwei PWM Duty Cycle
> ermitteln, einen zum Anziehen, einen zum Halten, zum Anziehen könnte man
> den Magneten vielleicht auch einfach nur kurz an 24V hängen

Hmm, Dir ist das Prinzip PWM schon klar, oder ?

Du betreibst den Magneten die ganze Zeit an der 24 V 
Versorgungsspannung.
Der Mosfet regelt über das Verhältnis Einschaltzeit/Ausschaltzeit den
Stromfluss durch den Magneten.

Lösung: Zum Anziehen werden 100% PWM gefahren (dh. Magnet wird mit 
voller Leistung angesteuert.)

Zum Halten reichen vielleicht 30% PWM. (dh. 30% AN der 24V, 70% AUS)
Durch dieses Prinzip hast Du zwar 24V am Magneten, aber da über die
Zeit gesehen nicht 100% EIN gefahren werden, wird auch der Magnet
nicht mehr heiss.

Gruß Sven

Autor: Florian Rist (Firma: TU Wien) (frist)
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Hallo

> Hmm, Dir ist das Prinzip PWM schon klar, oder ?

Ja, ja schon, nur es hat eben auch Nachteile. Aber am einfachsten ist 
aber wohl schon ein Logic Level FET und PWM mit festen Duty Cycle.

Hat jemand noch einen Tipp für den FET? Ich find' irgend keinen, mit dem 
ich die 24V mit nur 3.3V Logic schalten kann.

Grüße
Flo

Autor: Sven (Gast)
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Autor: Florian Rist (Firma: TU Wien) (frist)
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Hallo!

Danke für den Typ. Die Links hatte ich schon durchgeschaut. Ich glaub 
ich war nur zu kritisch, der IRLZ34N ist auch bei 3.3V noch nicht voll 
durchgeschaltet aber das macht nichts, oder? Du würdest ihn für geeignet 
halten, richtig?

Grüße
Flo

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Doch ist er.

EDIT: Ok, eventuell etwas ausfühlicher.

Aus dem DB von International Rectifier:

VGS(th) Gate Threshold Voltage: Min 1V Max 2V.
Aus Typical Transfer Characteristics, Vgs gegen Id: Bei 3,3V (ungefähr 
abgelesen) kannst du etwa 15A Id schalten.

Autor: Florian Rist (Firma: TU Wien) (frist)
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Hallo Tim


>> der IRLZ34N ist auch bei 3.3V noch nicht voll durchgeschaltet
>
>Doch ist er.

Ja? Ich hab Fig 3. auf Seite 3 des Datenblattes so interpretiert, als 
müsse die Gatespnnung auf 10V steigen, bis er voll durchgeschaltet (min. 
On Widerstand) hat.

Aber das wird schon passen. Der IRLZ34N ist nicht teuerund leicht 
beschaff aber, ich werd's einfach probieren.

Grüße
Flo

Autor: Florian Rist (Firma: TU Wien) (frist)
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Hallo,
so jetzt haben wir beide gleichzeitig noch mal ins Datenblatt geschaut.

Ich glaub wir haben auch dasselbe gelesen, und die gleichen Schlüsse 
gezogen. Ich hab’s also hinbekommen ein FET Datenblatt richtig zu lesen, 
phu Glück gehabt. :-) Dann wird das schon werden mit der 
Magnetsteuerung.

Grüße
Flo

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Jop, die Dinger werden eigentlich nie "voll durchgeschaltet" im Sinne 
von Id=Id max, es reicht wenn er den benötigten Strom für seine Aufgabe 
liefert.
Als nicht voll durchgeschaltet hatte ich vorher Spannungen unter VGS(th) 
interpretiert.

EDIT: Was ich noch vergessen habe, die Angaben zu Id bezogen sich 
natürlich wie im Datenblatt angegeben auf gepulste Ströme, der Mosfet 
kann die 100A bei 10V GS ja auch nicht konstant halten sondern nur 30A 
bei 10V GS.
Schau einfach das du bei konstanten Strömen den Faktor 3 unter dem 
abgelesenen Wert für Pulsströme bleibst.

Autor: Florian Rist (Firma: TU Wien) (frist)
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Hallo

> Angaben zu Id bezogen sich natürlich wie im Datenblatt
> angegeben auf gepulste Ströme

Klar. Ich brauch ja auch eh nur 3A, der wird sich etwas langweilen.

Grüße
Flo

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