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
Ein Triac hat null Verlust ? So, so. Ein Triac hat etwa 4 Sperrschichten, das sind mal etwa 2V die Weggehen.
@Malte: Um die Sache zu vereinfachen solltest Du einen Schaltplan zeigen, dann weiss man auch genau wie Du den Mosfet jetzt ansteuerst. Gruß Sven
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.
Ohne Treiber haste nur 5V am Gate. Dh ein Nicht-Logic-Level-FET ist ein Widerstand und kein Schalten. Da muss ein Logic-Level-FET her.
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.
Na. Jeder Schalter hat so Null Verlust. Sei das ein Relais, ein Optorelais, ein Optokoppler, ein FET, ein Transistor. Das hilft eher wenig.
> 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.
Ja, es sollte eine schnelle Diode sein. Sie sollte in der Spitze die 7A aushalten und im Mittel so ca. 4A Dauerstrom. 1N5820 evtl.
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.
achja, und wenn Du Punkt 4 und 5 kombinierst, dann kommste (je nach Ausreizung der Eckwerte) schon auf über 8V Gatespannung.
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
Na gut - wenn er es mit 60secs macht, dann kann er natürlich Imax unter Last/Blockade einfach mit Multimeter messen ;-)
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