Leistungstreiber

[vladoo]

Hallo, ich möchte ein Magnet ansteuern und zwar mit nem AVR ATMega32 Mikroprozessor. Der hat ein PWM-Ausgang und müsste dann auf einen Leistungstreiber. Kann mir jemand helfen und mir nen Tip geben, welchen Leistungstreiber man nehmen könnte? Ich brauche nen Strom von ca. 3 A.

[BASTIUniversal]

Wenn du nur gegen Masse schalten musst, dann nimm doch einfach einen Logik-Level FET (IRLZ34 bei Reichelt).
Mit welcher Frequenz willst du denn den Magnet ansteuern?

Basti

[vladoo]

Das ist nicht so leicht zu sagen mit welcher Frequenz.
Der Magnet soll geregelt eine Position anfahren.
Die Treiberstufe dient dabei als Stellglied des Regelkreises.
Ich weis nicht genau mit welcher Frequenz der Transistor schalten muss, wenn der Magnet sich auf die Sollposition einschwingt.

[Besserwessi]

Um mit einem Magenten ein Abstandsreglung hinzukriegen muß die Frequenz mit der das Magnetfeld verändert weren kann eher hocht sein. Hängt aber natüchlich von der Mechanik ab, insbesondere wie träge der Teil ist der Angezogen werden soll. Von der Tendenz her wird man ein Ziehmlich hohe PWM Frequenz brauchen. Das ist dann schon an der Grenze um den FET direkt vom Port zu Treiben. Eventuell wäre da ein kleinerer Fet besser. Bei induktiven lasten die Freilaufdiode nicht vergessen. Wobei man eventuell aufpassen muß: Wenn die Regelung sehr schnell sein muß, kann der Strom mit der normalen Freilaufdiode zu langsam abfallen und es wird schwer bis unmöglich die Reglung hinzukriegen.

[vladoo]

Ich möchte den Magnet über die Spannung regeln. Der Magnet hat einen Bestimmten Widerstand. Über die Spannungsregelung kann ich mehr oder weniger Strom durchjagen. Will ich dass er anzieht, geb ich mehr spannung oder andersherum.

Frage 1: Welchen Leistungstreiber kann ich nehmen wenn mir mein Regler ein Stellsignal (Spannung von z.B. 0-10 V) rausgibt und ich dieses Stellsignal praktisch auf meinen Magnet geben will?

Ich kenne z.B. eine Lösung mit einem Spannungsfolger mit Verstärkung = 1. Alles analog. Jedoch möchte ich einen µC (ATMega8) nutzen um den Regler zu programmieren. Diese haben jedoch nur PWM ausgänge. Habe gehört, dass man mit einem Filter ein PWM Signal in ein analoges Signal bis 5V erzeugen kann. Stimtm das?

Frage 2: Habe Leistungstreiber gefunden, die genügend Strom (bis 5 A) liefern um den Magnet zu betreiben. Diese haben jedoch TTL Eingänge und sie sind eigentlich für Motorsteuerungen gedacht. Die TTL Eingänge registrieren ja praktisch nur die Befehle wann sie einschalten und abschalten sollen oder? D.h mein µC müsste ein TTL Signal liefern wann der Magnet bestromt werden soll und wann er abschalten soll oder?

Frage 3: Kann mir jemand einen Tip geben, welche Treiberstufe ich nehmen kann (1-5 A) um das PWM Signal des µCs als analoges Stellsignal auszunutzen? Wie macht man das?

Gruß vladoo

[Besserwessi]

Wozu soll der Controller gut sein, wenn ein 0-10V Signal in PWM und dann wieder in 0-10 V umgewandelt werden soll. Da kann man eine Drahtbrücke nehmen, die ist zuverlässiger.

Spass bei Seite:
Das PWM Signal muß man in er Regel nicht extra glätten, das macht schon die Spule selber. Man nimmt ja gerade PWM um verlustarm den Strom einzustellen. Die Spannung ist da zwar stark am schwanken, aber der Strom nur relativ wenig. Nur wenn die Wechselspannung an der Spule stört muss man die Spannung durch einen LC Filter glätten.
Ob man nun eine Spule oder einen Motor treibt ist dem Treiber relativ egal. Wobei es bei der Spule vermutlich nicht nötig sein wird die Polatität umzuschalten. Das PWM Signal vom Controller ist TTL compatibel, kann also direkt an die Motortreiber angeschlossen werden.

zu Frage 3: Eigentlich sollte man besser das PWM Signal direkt auf die Spule geben. Wenn die Frequenz relativ niedrig sein kann, reicht als Treiberstufe ein Logiklevel MOSFET. Dazu kommt immer eine schnelle Freilaufdiode (z.B. Shottky). Wenn die PWM Frequenz über etwa 20 kHz liegt wird man einen extra Gate Treiber (z.B. ICL7667) brauchen, denn zum schnellen Schaten braucht man etwas Leistung. Alternativ zum Mosfet könnte man auch einen Darlington Transistor (z.B. TIP140) nehmen, der kann ohne Treiber am Controller betrieben werden, hat aber etwas mehr Verluste als ein passender MOSFET.

Wenn man wirklich aus dem PWM wieder eine analoge Spannung machen will, geht als Treiber z.B. ein Darlingtontronsistor oder ein MOSFET. Nur wenn man man wirklich einen exacte 1:1 Ausgabe braucht, braucht man einen Verstärker mit Rückkopplung oder einen Leistungs OP.

[vladoo]

Hi Besserwessi. Super Hilfe von Dir soweit, Danke.

Naja ich würde schon gerne einen MOSFET oder Darlington nehmen. Ich habe frage mich nur ob der Magnet nicht durchdreht wenn die Spannung mal an mal aus geht. Der Magnet hat ja durch seine Induktivität eine gewisse stromanstiegszeit. Ich weis nicht wie er auf das PWM Signal reagiert.

Meine Idee war es, das PWM Signal irgendwie durch die Duty Cycle und ein Filter als analoges Signal (von 0-5V wenns geht) auf ne Treiberstufe zu geben, die dann den Magnet entsprechend mit mehr oder weniger Spannung versorgt. Damit dachte ich irgendwie eine Versorgungs-Spannungsregelung aufzubauen.

Mein Magnet soll nämlich eine Position anfahren d.h. mehr Spannung dann fährt Magnet mehr raus, weniger spannung, dann wird der Anker von der Rückstellfeder zurückgezogen.

Oder ist es mit einem PWM Signal, welches die Betriebsspannung je nach Duty Cycle mit Hilfe eines Transistors durchschaltet, besser zu bewerkställigen. Würde meine Idee überhaupt funktionieren?

Gruß vladoo

[DiPe]

Hallo Vlado,
wenn die Spule Gleichspannung sieht ist sie schnell in der Sättigung. Dann begrenzt nur noch der ohmsche Widerstand den Strom. Also nur für kleinere Ströme zu gebrauchen. An der PWM führt also kein Weg vorbei.
Du hast aber noch ein weiteres Problem:
PWM an: Es liegt eine hohe Spannung über der Spule, d.h. der Stromanstieg erfolgt sehr schnell.
PWM aus: Jetzt bestimmt die Freilaufdiode die Spannung über der Spule.
Damit sinkt der Strom recht langsam.
Für eine schnelle Regelung müsstest Du in der Lage sein die Spannung über der Spule zu invertieren, dann fällt der Strom genauso schnell wie er auch ansteigt. Allerdings rennst Du dann in das Problem dass der Strom in der Spule sich auch herumdrehen kann.
Dann gibt es noch den Punkt dass die Spule mit einem kontinuierlichen Strom oder mit einem lückenden Strom betrieben werden kann, der Übergangspunkt kann deinen Regler leicht verwirren:-)
Also am besten: Vollbrücke wie L298 und Microcontroller der sich um die PWM kümmert. Überstromabschaltung etc. sollte die Hardware erledigen!
Gruß
Dieter

[vladoo]

Danke für die Tips Dieter.

Habe Leistungstreiber gefunden, die TTL Eingang haben und manche haben PWM Eingang. Kann ich auf ein TTL Eingang mein PWM Signal legen?

Die PWM des µCs sind doch TTL-Kompatibel oder?
Auf was muss ich auchten? Vielleicht max Ansteuerfrequenz des TTL Eingangs?

[Besserwessi]

Bevor man sich viele gedanken um den Treiber macht, sollte man sich überlegen ob man überhaubt eine Stabile Lage herstellen kann. So ein Hubmagnet kann nähmlich sehr schnell sein und auch noch hässliche Hyserese zeigen. Es kann da wirklich schwer werden eine mittlere Position anzufahren. Ein paar mehr Informationen zum Magneten und der last wären schon nötig um zu sehen wie schnell man den Magneten ansteuern muss und was für einen Treiber man dann braucht.

Die uC Ausgänge sind TTL Compatibel, man kann die also mit TTL Eingängen verbinden. Bei der Frequenz kommt es auf den Treiber an, wie schnell das PWM Signal sein darf.

[vladoo]

Danke Besserwessi. Du hast schon Recht mit der Hysterese.
Die Schaltzeit des Magneten ist 50 ms (Hubanfang - Hubsollposition).
Widestand 26 Ohm. Es ist schon schwer das hinzukriegen, mit der Regelung. Mal sehen obs was wird.

Ist es so korrekt? PWM 0-5V = TTL 0-5V.

Demnach ->

Treiber mit PWM-Eingang = Treiber mit TTL Eingang.

Im Grunde schalten doch Transistoren im Inneren des ICs die Lastspannung je nach Pulseinschaltzeit durch? Oder?

Oder verstehe ich was falsch? Könntest du das erläutern?

[Besserwessi]

Wenn die SPule wirklich 26 Ohm hat und man bis zu 3 A Strom braucht, wird man also mindestens 75 V an Spannung brauchen. Da wird es schon etwas schwieriger fertige Brückenschtungen zu bekommen. Es wäre also wirklich gut wenn man mit einer unipolaren Regelung auskommt.

Wenn die 50 ms die maximale Schatzeit der Spule sind (und nicht der geforderte Sollwert), ist das wenigstens nicht allzu schnell. Wichtiger als der Widerstand der Spule wäre die Induktivität, damit man weiss wie viel Spannung man braucht um den Strom zu ändern. Auch die bewegte Masse und der Weg wären interessant.

[vladoo]

Die Spule brauch ne Spannung von 24 V. Ich habe nur nach einem Leistungstreiber gesucht, der sicherheit mitbringt, deshalb auch die 3A. Eigentlich würden auch 1A genügen.
Die Sensorik für die Wegerfassung habe ich schon. Die Induktivität spiel wie du schon sagtest auch eine große Rolle.

Mir gehts es nur um darum, dass ich zwar schon Mikrokontroller Pogrammiert, habe jedoch noch nie einen Leistungstreiber gebrauch. Deshalb auch die ganzen Fragen. Ich bin dabei mich in die Thematik einzuarbeiten und bin froh hier Hilfe gefunden zu haben :-)

Aber könntest du mir noch die Fragen meines Letzen Beitrags erläutern. Wegen TTL=PWM usw.

[Besserwessi]

Das PWM Signal vom Controller ist ein TTL Signal (jedenfalls damit kompatibel). Das Treiber IC wird dann Abwechselnd die Spannung anlegen (Transistor duchschalten) oder nicht. Ducht das Tastverhältniss wird damit der Strom bestimmt der dann durch die Spule fließt.
Je nach Treiber IC braucht man noch eine externe Freilaufdiode, die nicht zu langsam sein darf. Dass heißt die einfachen 1N400x oder 1N540x gehen hier nicht, geeignet sind Shotttky-dioden (z.B. SB340) oder "ultra fast" dioden (z.B. UF4003).

[vladoo]

OK vielen Dank für deine/eure Hilfe. Werde mich bestimmt bald wieder melden wenns um das Praktische geht. Werde alles mal bestellen.

Gruß vladoo