Probleme mit ULN2003AN

**alter Mann** · 25.08.2006, 21:25

Hallo nochmal

ich hab den Integrator mal aufgemalt.

Je nachdem, wie gross der Elko ist und mit welcher Frequenz du chopperst, hast Du an Punkt A fast eine Gleichspannung, die annähernd proportional zum Tastverhältnis der PWM ist. Somit ist der ULN nicht mit der hohen Frequenz "belastet".
An Punkt B kannst Du die aktuelle Spannung auf einen Analogeingang zurück führen und kontrollieren.
Die richtigen Widerstandswerte des Spannungsteilers lassen sich am besten wahrscheinlich durch ausprobieren ermitteln.

Mit einigen Berechnungen ist es sogar möglich, über das benutzte Tastverhältnis und die Spannung Rückschlüsse auf den Strom durch den Motor zu ziehen. Das geht am besten mit einer vorher aufgenommenen Tabelle bzw. einem zweidimensionalen Array das zur Laufzeit einfach abgefragt wird.
z.B. X : Spannung (z.B. 5,5; 5.6; 5,7; 5,8; 5,9; 6,0; 6,1 usw.Volt)
Y : Tastverhältnis (z.B. 10/128; 11/128; 12/128 usw.)
und in den einzelnen Zellen dann der Strom
Dazu muss natürlich bei jedem Tastverhältnis und bei jedem Spannungswert der Strom aufgenommen werden und in das Array eingetragen werden. Je genauer das passiert und je mehr Speicherplatz dafür zur verfügung steht, desto genauer ist nachher das Ergebnis.

Würde ich dann nicht wieder ziemlich viel Energie über dem Widerstand verschwenden

Das ist richtig. Aber hier kommt es auf eine sinnvolle Dimensionierung an. Bei einem Strom von 400mA fällt an dem Messwiderstand bei 1 Ohm eine Spannung von 400mV ab. Das ist eine Verlustleistung von 160mW. Je kleiner der Widerstand ist, desto weniger Verluste ergeben sich ja dabei.
Deshalb würde ich den Rds(on) des Fet als Messwiderstand verwenden und den gestrichelt gezeichneten Widerstand weglassen. Der Rds(on) liegt bei einem BS170 bei etwa 1,2 Ohm (laut Datenblatt). Das ergibt bei 400mA einen Spannungsabfall von 0,48 Volt. Diese Spannung dann durch einen Operationsverstärker um faktor 10 angehoben und man hat eine verwertbare Spannung von etwa 4,8V.
Mit besseren Fet's mit geringerem Rds(on) ist der Spannungsabfall und damit die Verlustleistung natürlich geringer, da muss dann der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers entsprechend erhöt werden.

Das funktioniert aber nur, wenn man genau in dem Moment misst.

Florian

Edit: ich hab's gerade erst bemerkt. Am Punkt A liegt wenn der Fet ausgeschaltet ist, gegen GND die volle Betriebsspannung des Motors an. Um den AD-Wandler nicht zu zerstören muss dann am Ausgang des Operationsverstärkers ein Widerstand in Reihe geschaltet werden und hinter diesem eine Z-Diode gegen GND.
Bei 5V Betriebsspannung des Controllers dann ein Widerstand von 1 KOhm und eine Z-Diode von 4,7Volt.

**RCO** · 26.08.2006, 14:59

Hi Florian,

danke für die ausführliche Antwort. Das ganze sieht echt nicht schlecht aus. Ich schätze aber, dass ich mich von dem ULN trennen werden.
Ich habe allerdings auch noch eine Frage zu der Schaltung, sag mir ebscheid, falls ich mich irre.

Auf der einen Seite hat man während der Fet ausgeschaltet ist eine Spannung über dem Kondensator anliegen. Was passiert allerdings, wennder FET eingeschaltet ist? Je nach Innenwiderstand und Messwiderstand, liegt der GND des ULN dann auf Masse.
Nehmen wir an, der Kondesnator ist nicht vorgeladen und ich gehe auf "Maximalschub" Der Fet wird also relativ lange eingeschatet sein, da jetzt einerseits ein recht großer Strom druch den Kondensator aber auch durch den ULN fließt sind doch kaum noch Rückschlüsse auf den Strom durch den ULN zu machen. Außerdem würde dieser Strom, der ja höher als 400mA sein muss, um den Kondesnator aufzuladen auch einen höheren Spannungsabfall am Messwiderstand oder Innenwiderstand des Fets produzieren.

Und noch eine ganz andere Frage: Was für ein Programm hast du für das erstellen der Slizze benutzt? Ich bin nämlich schon seit längerem auf der Suche nach einem Programm um schnell Skizzen anzufertigen.

**alter Mann** · 26.08.2006, 16:39

Hallo Moritz,

Du hast recht, den Einschaltmoment habe ich nicht berücksichtigt. Da ist wie Du sagst, der Kondensator nicht geladen und der Strom geht recht hoch. Aber wenn Du den Kondensator beim Einschalten des Mikrokontrollers erst über die PWM auf deine Nennspannung auflädst und erst danach dem Motor einschaltest, dann ist das auch kein Problem. Der ULN bekommt dann zwar volle Betriebsspannung ab, aber der kann ja laut Datenblatt bis zu 50Volt vertragen.
Und wenn Du den ULN rausschmeisst und statt dessen FET's einsetzt müssen die die maximale Betriebsspannung vertragen können.
Ausserdem solltest Du Stränge nur in dem Moment einschalten, wenn auch der PWM-FET eingeschaltet ist, da sonst das Bezugspotential fehlt. Das Ausschalten übernehmen dann die PullDown Widerstände an den Gates.
Die Schaltung sieht dann ungefähr so aus, wie unten für einen Strang gezeichnet.

In dem Moment, wenn der FET eingeschaltet ist, fliesst der Ladestrom des Elkos durch plus der Strom, der momentan gerade durch die Motorwicklungen fliesst. aber wenn der Elko aussreichend gross ist, dann integriert der ja den Strom, sprich er puffert im ausgeschalteten Zustand so lange, bis der nächste Impuls kommt und "filtert" die Spannungsspitzen im Einschaltmoment aus. Dabei muss natürlich auch zwischen Elko-Minus und Verbraucher ein ausreichend grosser Widerstand zwischen sein. mit aussreichend meine ich hier Werte zwischen wenigen Milliohm und nicht mehr als einem Ohm. Im Normalfall reicht hier es aus, die Leiterbahn zwischen diesen Punkten nicht zu kurz und nicht zu dick zu machen, da deren Widerstand dafür meistens ausreichend ist.

Das Programm, mit dem ich diese Skizzen gezeichnet habe heisst GrafikWorks3.0 von DataBecker und ist glaube ich schon mehr als 10 Jahre alt. Dann mit "Druck" in die Zwischenablage übernommen und mit Paint gespeichert. Zum Schluss mit IrfanView ausgeschnitten und passend skaliert.

Ist keine schöne Sache, damit etwas vernünftig zu zeichnen, weil man jeden einzelnen Strich selbst zeichen muss, aber für kleinere Sachen geht es so eben noch. Etwas vernünftiges habe ich für solche Zeichnungen auch noch nicht gefunden.

Florian

**RCO** · 27.08.2006, 15:29

Hi Florian,

danke für die Antwort. Das ganze hört sich interessant an, wird aber leider schon wieder etwas komplex. Ich denke, ich werde mal verschiedene Schaltungen auf dem Testboard ausprobieren. Danke auf jeden Fall für die Hilfe.

Etwas vernünftiges habe ich für solche Zeichnungen auch noch nicht gefunden.

Ich auch nicht, Skizzen mit Eagle zu machen finde ich eigentlich zu aufwendig, außerdem ist es schwer dort noch erklärungen etc. einzufügen. Ich denke ich werde das mal ausprobieren.