Hubmagnet: Strom in Stufen steuern

[flyingcat]

Hallo,

ich möchte einen Magnet in zwei Stufen ansteuern: aus dem Leerlauf erstmal für etwa 50 ms mit 15V bei gut 16 A und dann zum Halten des Endzustandes bei 3 V und 3,3 A. Dafür würde ich zwei Ausgänge meines Controllers nutzen - Ausgang 1 schaltet "High Power", Ausgang 2 schaltet "Lo Power".

Nur: Wie baue ich mir den Leistungstreiber zwischen Ausgänge und Magnet? Kann mir bitte jemand mit einem Vorschlag helfen? Immerhin sind ja für "High Power" 250 W zu schalten, für "Low Power" noch 10 W, und das bei induktiver Last.

Danke & Gruß,
Christian

[Michael]

Hallo flyingcat,

ich würde es mit einem Schaltnetzteil machen und dann den Strom mit dem Controller umschalten.
Im Prinzip so wie hier:
http://www.elv-downloads.de/service/manuals/DHPL1/66403_DHPL1_km.pdf
und dann bei IC3 den Verstärkungsfaktor nach gewünschtem Strom umschalten.
Natürlich brauchst du bei 16A eine etwas fettere Endstufe.

Gruß, Michael

[Besserwessi]

Wenn man eine Freilaufdiode vorsieht, ist die Induktive Last eigentlich kein Problem mehr. Wie man das mit der Schaltung löst, hängt stark davon ab was man als Spannungsversorgung zur Verfügung hat. Die 250 W für den ersten kurzen Puls sind wohl gerade etwas viel um das in Kondensatoren zu speichern, aber man wird einen Trafo sicher nicht für 250 W Dauerlast auslegen müssen.

[flyingcat]

Herzlichen Dank schonmal für den Tipp mit der Dimmerschaltung - glänzende Idee, so werde ich das machen. Jetzt muss ich nur noch einen Step-Down-Wandler finden, der 16 A verträgt, oder eine Endstufe dahinter basteln.

Die Spannungsversorgung wird kein Problem - ein Labornetzteil, das 15 Volt bei bis zu 25 A liefert, wird das übernehmen.

Viele Grüße,
Christian

[Besserwessi]

Wenn der Strom durch die Spule nicht 100% constant sein muß und etwas schwanken darf, könnte man das ganze auch per PWM steuern. Der Magent selber ist dann quasi Teil des Schaltreglers.

[sebi87]

Das interessiert mich auch...
Wie würde man das denn dann mit PWM machen?


Grüßle Bastii

[Besserwessi]

Die Steurung per PWM ist eigentlich so wie bei einem Motor auch. Ein großer MOSFET gegen GND. Der MOSFET über ein Treiber IC (z.B. ICL7667) an den PWM Ausgang. Bei der PWM Steuerung ist die Freilaufdiode besonders wichtig, denn der Strom fleißt zeitweise über die Freilaufdiode. Das sollte hier dann eine Shottkydiode für etwa 15-20 A sein. Auch sollten an der Stromversorgung ein paar Kondensatoren (Elkos) liegen, damit das Netzteil nicht alle schnellen Stromschwiankungen mitmachen muß. Die Elkos solten hier schon low ESR typen sein, auch wenn der hohe Strom nur ganz kurz gefordert wird. Ob man noch einen extra Shunt für die Strommessung braucht hängt von den Anforderungen ab. Wenn es nur darum geht schnell etwas anzuziehen und dann zu halten, sollte es auch ohne gehen.
Der Strom kann dann in relativ feinen Stufen über den PWM wert eingestellt werden. Wobei für die 15 A wohl konstant an geeignet ist, für etwa 3 V dann eine Einschaltzeit von etwa 20 %. Den genauen Wert kann man dann aber immer noch durch die Software festlegen.

In der Einphase steigt der Strom relativ schnell an (wegen 15 V Spannung) und fällt dann in der Ausphase eher langsam (wegen etwa 3-6 V Spannung am Widerstand der Spule) wieder ab. Während der Ausphase fleißt der Strom dann nur über Spule und die Freilaufdiode im Kreis, gespeißt aus der gespeicherten magentischen Energie.

Wie hoch man die Frequenz wählen muß hängt von der Spule ab. Der Strom sollte halt in der Kurzen Einschaltphase nicht allzuhoch ansteigen um keine unnötigen Verluste zu haben. Normalerweise hat man das Ziel das der Strom auch nach der Ausphase noch etwa der halbe Sollstrom ist.

Beim niedrigen Strom

[sebi87]

@ Besserwessi: Kannst du da eventuell mal nen Beispielplan posten, wie das ganze aussehen könnte?

[Besserwessi]

Auch wenn die Schaltung relativ trivial ist, hier ein Plan.
Je nach FET wird man noch einen extra Gate treiber brauchen. Ohne geht es nur mit einem eher kleinen (etwa <20 A) Logiklevel MOSFET und eher niedrigen Frequenzen.

[sebi87]

Man sollte dann noch den Strom durch die Spule messen um eine Regelung für den Strom zu bekommen.

Wie würdet ihr das machen?

[sebi87]

Was würdet ihr für eine FET für einen Strom von 10A und einer PWM-Frequenz von 10 Mhz vorschlagen?

Brauche ich dann einen Gate-Treiber?

Ich bin auf dem Thema recht neu, bitte helft mir.


Grüßle Bastii

[Besserwessi]

Also 10 MHz sind definitiv zu viel. Realistischer wäre knapp 20 kHz. Das ist dann so hoch das man es gerade nicht mehr hören kann. Ein Gate Treiber wäre da schon nicht verkehrt, aber es könnte auch noch ohne gehen, wenn man etwas mehr Verluste in Kauf nimmt.

Wenn man den Strom wirklich messen will, müßte man einen kleinen shunt in Serien zur Spule habe. Wenn es nur um eine grobe Schätzung geht, reicht da auch schon ein Stück Leitung. Am besten wohl nahe der positiven Versorgung. Alternativ auch einen extra magnetischen Stromsensor.

Welchen FET man nimmt hängt etwas von der Ansteuerung ab:
direkt vom Controller müßte es ein logiclevel MOSFET wie etwa
IRLZ34 sein. Mit einem Gate Treiber könnte man normale MOSFETS oder größere wie die alten BUZ10/BUZ11 oder den IRLZ44 nehmen.

Was im Plan nicht gezeigt ist, aber wohl gebraucht wird sind ein kräftige Elkos/Kandensatoren an der Versorgungsspannung, damit das Labornetzteil nicht ganz so heftig gegen die 20 KHz anregeln muß und der Wechslestrom nicht ganz so viel Abstrahlen kann.

[sebi87]

Das heißt ich müsste eine Fequenz < 20 kHz nehmen.

Wenn ich die Verluste klein halten will ist ein Gate-Treiber notwendig.
Kann ich dann trotzdem so einen logiclevel MOSFET nehmen?

[Besserwessi]

Auch die Kombination gate Treiber und Logic Level Fet macht Sinn. Der übergang zwischen den normalen und den Logic level Fets ist ohnehin fleißend. Es ist halt nur die niedrigere threschhold Spannung und die zusätzliche Spezification für 4 oder 5 V Ugs. Zur Sicherheit aber noch im Datenblatt nach der maximalen Gate Spannung schauen, auch wenn ich keine unter 16 V kenne, bei Leistungs FETs.

Wenn ich einen FET wäheln sollte wäre es wohl ein IRLZ44, oder einer den ich gerde noch da habe. Das ist zwar eine Logic Level FET, aber wohl zu groß ohne Treiber.

Gerade bei einem Magneten sollten 20 KHz völlig ausreichen,weniger ist nur wegen der möglichen Geräusche nicht so schön. Wenn trotzdem leise bleibt, könnte man eventuell sogar noch deultich niedriger (z.B. 1 kHz) gehen und dann auch den IRLZ44 ohne Treiber steuern.

Als Treiber würde ein ICL7667 gehen oder man könnte auch einen NE555 misbrauchen bei den eher langsamen Frequenzen. Immerhin ist der NE555 auch bis 200 mA spezifiziert und die 5 V -> 12 Pegelwandlung sollte man auch damit hinkriegen.

[sebi87]

Ich habe mal ein Plan gemacht....

Schaut doch mal ob das so passen würde.

Danke