Hallo,
ich steuer mit einem ATMega32 per PWM (Frequenz ca. 10Hz) eine
Wasserpumpe an die max. 7A zieht. Als Leistungstransistor verwende ich
einen IRF540N der ja vom max. Strom her locker reichen sollte.
Derzeit habe ich noch einen recht kleinen Kühlkörper, später soll das
Alu Gehäuse als Kühlkörper dienen. Was mir aber schon jetzt auffällt
ist, das der Transistor (gerade bei höheren PWMs > 70%) extrem schnell
warm wird und dann auch irgendwann den Hitzetod stirbt.
Als Vergleichstest habe ich den µc mal auf 60sec. PWM programmiert so
das ich immer gleichlange Zeiträume habe. Bei einem Pumpenlauf von
60sec. wird der Transistor von ca. 24°C auf knappe 50-60°C erwärmt.
Lässt man ihn dann noch weiter laufen, erhöht sich die Temperatur auch
schnell auf 100°C und mehr...
Ist das bei diesen Strömen normal und einfach nur mein Kühlkörper zu
klein oder liegt vielleicht ein Schaltungsfehler / falsche PWM frequenz,
etc. vor?
Die Schaltung ist als simpler Low-Side Driver gegen Masse ausgelegt,
ohne großen Schnickschnack wie Freilaufdioden ... könnte das ggf. der
Grund sein?
Hat jemand vielleicht ein Schaltungsbeispiel wie so eine Schaltung
optimalerweise aussieht?
Gruß
Malte.
Wieviel Widerstand hat der FET ? Mit welcher Spannung steuerst Du das
Gate an ?
Bei einer Ansteuerung mit 10V sollte er so ca. 44mOhm haben. Bei 7A
Strom wären das dann ca. 2W Leistung. Die Erwärmung sollte man schon
spüren. Ohne Kühlkörper wäre es tötlich für den FET.
Aber miß selbst mal...
Läuft die Pumpe an Wechselspannung? Denn dann würde ich dir ganz
dringend nen TRIAC empfehlen, der dann in Vollwellensteuerung arbeitet.
Verlustleistung ist dabei theoretisch null, da im TRIAC selbst nix
verheizt wird, da er ja immer beim Nulldurchgang der Versorgungsspannung
schaltet (also entweder "ganz aus" oder "ganz an" ist).
Sollte es Gleichspannung sein, dann würde ich nochmal den Steuerteil der
Schaltung überarbeiten. Vorallem ein Augenmerk darauf legen, dass der
Transistor möglichst schnell voll durchsteuert, denn wirklich Leistung
verheizen tut der nur, wenn er irgendwo zwischen "ganz aus" und "ganz
an" gefahren wird (ähnlich wie Verstärkerbetrieb). Da du aber sowieso
PWM machen willst, reicht es ja, denn Transistor immer ganz
durchzusteuern (sättigen?).
Mit den max. 5V des AVRs kannst du einen IRF540 nicht sauber
durchschalten, er bleibt also hochohmig mit viel Verlustleistung. Du
brauchst einen Logic-Level-FET oder eine Treiberschaltung die ~10V am
Gate erzeugt. Wichtig bei einer Treiberschaltung: Gegentakt, damit die
Flanken scharf werden, sonst wird die fallende Flanke (des Stroms)
verschliffen und damit hast du wieder Verluste.
Gruß,
Christian
Stimmt, ihr habt recht... weis garnicht mehr wieso ich eigentlich nen
IRF540 genommen hab... naja egal...
hab mir gerade mal hier ne Übersicht verschafft:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Mosfet-%C3%9Cbersicht#N-Kanal
was haltet ihr vom IRF3205 oder gibts einen bestimmten Transistor den
ihr mir empfehlen könntet (möglichst <= 1€/Stk.) den ich direkt mit
einem 0-5v PWM TTL Signal ansteuern kann?
Gehäuse sollte wenn möglich ein TO-220 sein
Möchte möglichst keinen Treiber verwenden, da zusätzliches Bauteil und
Platinenlayout schon weitgehend fertig und sowieso wenig Platz im Case
;-)
Die Pumpe ist eine 12v Gleichstrompumpe, d.h. der Transistor muss ein
12v PWM für die Pumpe erzeugen.
Danke schonmal für die vielen schnellen Antworten.
Gruß
Malte.
3348 wrote:
> Ein Triac hat null Verlust ? So, so.> Ein Triac hat etwa 4 Sperrschichten, das sind mal etwa 2V die Weggehen.
Ich hab gesagt, der hat theoretisch null Verlust, damit meinte ich
mehr das beschriebene Steuerprinzip als das Bauteil.
> ohne großen Schnickschnack wie Freilaufdioden
Freilaufdioden sind bei der Ansteuerung induktiver Lasten in den
allerallermeisten Fällen kein Schnickschnack ;-)
Bau lieber eine ein.
Du könntest das Gate mittels Pullup auf die 12V legen und das Gate dann
mit einem kleinen Transistor ala BC547 gegen Masse schalten. Evtl. noch
ne Z-Diode von Masse zum Gate legen falls die 12V nicht ganz sauber
sind.
Danke erstmal, der IRLZ44 sieht vielversprechend aus.
Hat noch jemand nen Hinweis zur Freilaufdiode? Gibts da was bei der
Dimensoinierung zu beachten?
Gruß
Malte.
Ich schließe mich dem Vorschlag von Bernd an. Da Schottky-Dioden
praktisch keine Rückwärtserholzeit haben, eignen sie sich gut als
Freilaufdioden in PWM-Anwendungen. Der mittlere Diodenstrom beträgt
maximal ein Viertel des bei 100% Tastverhältnis fließenden
Motorstroms. Wenn du tatsächlich nur mit 10Hz arbeitest (oder sollte
das vielleicht 10kHz heißen?), ist der mittlere Strom noch deutlich
niedriger, da er genug Zeit hat, bis zum jeweils nächsten
Einschaltvorgang abzuklingen. In diesem Fall reicht auch eine etwas
handlichere 1N5817, 1N5818 oder 1N5819 (was gerade am billigsten ist)
für 1A.
Hallo,
ich brauche nochmal eure Hilfe. Ich verwende jetzt einen IRLZ24N und
habe noch ein Problem.
1.) werde ich sicher noch eine der oben genannten Freilaufdioden
verbauen, da ich festgestellt habe das die Induktiven Spannungen beim
Abschalten ganz schön übel sind (hab gestern gut eine gewatscht bekommen
als ich testen wollte wie heiß das Gehäuse wird)
2.) Habe ich nun an die Pumpe die ich ansteuere eine Düse montiert. Die
Pumpe hat keinen internen Bypass und auch kein Druckschalter, nun hab
ich das Problem das mein Transistor mit montierter Düse (Restriktion)
wieder extrem heiß wird (binnen Sekunden >100°C). Ich nehme an das die
Pumpe einfach zu viel Strom zieht.
Hat noch jemand ne Idee wie man das ganze ohne Pumpenänderung oder
externen Bypass elektronich entschärfen kann?
oder könnten bereits besagte Induktionsspannungen für den höheren
Energieumsatz im Transistor verantwortlich sein?
Ich würde das Ding gerne so auslegen, das der Controller nicht abraucht,
auch wenn die Pumpe z.B. mal geblockt wird durch verschmutzung oder
sonstwas.
Wie könnte ich ohne riesen Messaufwand (Oszi ist schwer, hab leider
keins) an die Sache ran gehen?
Sorry für die vielleich blöden Fragen, aber mit höheren Strömen hab ich
sonst nicht viel am Hut :-)
Gruß
Malte.
Ohne Oszi ist sowas immer schwierig.
Hast Du auch auf niederohmige Verbindungen geachtet?
Du musst z.B. aufpassen, dass durch den Stromfluss nicht der
Source-Anschluss nach oben gehoben wird und dadurch die
Gate-Source-Spannung absinkt.
d.h. Laststrom direkt am Source-Pin einleiten.
Und eine Diode brauchst Du unbedingt, irgendwas schnelles oder Schottky,
wenn beim Belasten/Blockieren mehr Strom fließt, muss die Diode auch
stärker ausgelegt werden.
Die Diode am besten direkt neben dem Transistor platzieren, das hat den
Vorteil, dass durch die Motor-Leitung nur Gleichstrom fließt und weniger
Störstrahlung entsteht.
Parallel zu (Transistor und Diode) (=12V-Versorgung) einen guten C mit
low-ESR, der die Spannung glättet und die zurückkommende Energie (die in
der Spule gespeichert war) auffängt.
Du musst unterscheiden zwischen Erwärmung durch ohmschen Widerstand und
Erwärmung durch Schalten (Übergang leitend <--> nichtleitend).
Wenn die Erwärmung durch das Schalten kommt, hilft nur eine zackiger
Gate-Treiber.
Ich kann den IRFU 024 empfehlen. klein billig logic level
Und zu deinem Problem:
Wenn du krasse Überspannungen hast durch die Induktivität und PWM,
und zusätzlich der Mosfet ein avalanche Typ ist, dann wirkt der Mosfet
als zDiode über Nennspannung und vernichtet die Spannung/Strom in
Wärme...
es gibt auch Transitoren die ab einer bestimmten Thermischen Balstung
einfach abschalten (Thermal shut down).
Wenn du die Pumpe bremst zieht sie viel mehr Strom als ohne Belastung
messe mal wieviel Strom da fließt evtl. ist dein Transitor einfach zu
klein dimensioniert oder deine Wärmeabführ ist nicht optimal. Hier
könntest du mal nen CPU Kühlkörper testen falls du sowas noch rumliegen
hast.
Diese Induktionsspannungen können übrgigens auch deinen Transistor
killen wenn die max. CE bzw. DS Spannung überschritten wird.
Hallo Malte,
1. Freilaufdiode einlöten
2. Egal wie der dicke Transistor heißt, wenn er nicht ganz durchsteuert,
wird er eine Menge Leistung verbraten.
Steure die Pumpe zu Test an und miß die Spannung über den Transitor wenn
die Pumpe läuft. Wenn z.B. 3V über den Transisor zu messen sind, dann
werden bei 7A schon 21 W verheizt! Anschließend kannst Du die Ursache in
der schwächelnden Ansteuerung suchen oder überlegen, ob ein anderer
Transisor (mit mehr Stromverstärkung) eine Lösung ist.
@ Oszi40 (Gast)
>Steure die Pumpe zu Test an und miß die Spannung über den Transitor wenn>die Pumpe läuft. Wenn z.B. 3V über den Transisor zu messen sind, dann>werden bei 7A schon 21 W verheizt! Anschließend kannst Du die Ursache in
Das ist Quatsch - wenn das PWM sein soll, dann wirste Mist messen . Oszi
ist da besser.
Vielleicht wäre auch ein PROFET das richtige Schaltglied? Guck mal hier:
http://www.sprut.de/electronic/switch/protfet/protfet.html da wird das
Prinzip erklärt. Das Ding hat ne Menge Intelligenz schon mit dabei und
schützt sich zudem auch noch selbst. Ich hab die Teile schon für diverse
Basteleien benutzt und war immer überrascht wie einfach es doch gehen
kann.
bye
Frank
Generell haste wohl folgende Möglichkeiten:
1. LogicLevel Typ mit wenig Rdson (viel Id) nehmen
2. wie schon Thomas O. (kosmos) am 01.05.2008 15:50 schrieb, kannste
mit 'nem einfachen Transistor einen Treiber bauen, der dann 12V
Gatespannung liefert, womit der Transistor mit Sicherheit durchschalten
sollte.
3. oder nehme einen der explizit dafür gemachten Gatedriver (gegentakt,
wegen gute Flanken -> geringe Verlustleistung)
4. was ich mal gemacht hatte: zw. 12V und Masse in Reihe geschaltet (von
12V Punkt abwärts gelistet):
- R mit 47k (oder auch mehr)
- rote bis orange LED in Durchlaßrichtung + C=100nF parallel
- R mit 10k (soll Pegel nahezu auf 0 halten, wenn µC noch nicht
initialisiert)
- µC Ausgang zw. LED und 10kk anklemmen
- Gate zw. LED und 47k
Dadurch haste einen Spannungshifter, der den Impulspegel um den Betrag
der LED Uf höherschiebt. Damit kannste auch übliche MOSFETs nehmen, die
ja ab 4-5V dann auch gleich ins Volle gehen (mit 'ner roten LED haste
dann 7V H-Pegel)
Ok, ich gebe zu, diese Variante wird gleich Anlaß zur Kritik geben, aber
egal. Funktioniert, und sichert auch die Impulsflanken, solange es der
µC Ausgang treiben kann.
5. oder einfach den µC mit 6V-7V betreiben (ich glaube, Atmel und PIC
halten wohl bis zu 7V offiziel aus). Mit 6V haben dann auch die meisten
MOSFETs einen recht niedrigen Rdson, was für viele Zwecke dann auch
schon ausreicht.
Wie man dem Datenblatt zum IRF3205 als Beispiel entnehmen kann, nimmt
der Spannungsabfall ab 7V ohnehin nicht mehr sehr relevant zu (bzw.
Rdson ab). Kommt natürlich auf deine Pumpe unter Last an, ob es auf
diese relativ geringe Verbesserung noch ankommt.
Stimmt Jens,mit Oszi gehts besser!
Da Malte scheinbar keinen hat, programmierte er Pulsweiten von 60
Sekunden zum Test (lies ganz oben). In dieser langen Zeit sollte er doch
was messen können ?
Trotzdem wette ich, daß schon Freilaufdioden über Induktivitäten Wunder
wirken.
2.Wenn das Wunder nicht eintritt, kann er ja mal 60 Sekunden lang
messen, wie hoch der Spannungsabfall über den Endtransitor ist.
3.Die 7 A Punpenstrom sind bestimmt noch optmistisch gemessen im
leichten Dauerbetrieb. Das heißt aber auch, daß der Anlaufstrom mit
Belastung wesentlich höher sein wird!! Andieser Stelle könnte Franks
PROFET interessant werden. Wie der ausreichend angesteuert wird, fehlt
mir leider noch Erfahrung.
Lutz
