Leistungsstufe mit Schwierigkeiten

[rrobert]

Hallo Forumsmitglieder,

ich bin derzeit dabei eine Leistungsstufe für einen Lüfter zu entwerfen.

Die Kerndaten des Lüfters sind U=0…27V bei In = 2,05A / Pn = 49W.

Da ich schon 2 kleinere Lüfter steuere habe ich schaltungstechnisch schon einiges vorgegeben.

Ich arbeite mit einem ATmega168, welcher mittels SPI an einen AD5624R gekoppelt ist. Dieser wiederum ist gefolgt von einem LM258. Ein OpAmp ist so beschaltet, dass er aus den 0-5V des DAC 0…30 V generiert ( und 0…15 V ).

Am 0…15V Ausgang des OpAmp folgt ein Emitterfolger bestehend aus einem BD139, welcher auch problemlos funktioniert.

Nun benötige ich jedoch etwas stärkeres für den 0…30V Lüfter (Gleichstrommotor). Gedacht habe ich da an eine Darlingtonschaltung aus einem BD235 und 2N3772 mit Basis-Emitter-Widerstand am BD235 von 1kOhm (5mA Basisstrom) und einem 150Ohm Widerstand (180mA) zwischen Basis-Emitter des 2N3772 Für die Kühlung stehen 2 Lüfter parat: 14K/W für den BD235 und ein 2,6K/W für den 2N3772.

Erwähnt werden sollte vllt noch, dass der Lüfter bei schnellen Spannungsänderungen bis zu 5A "zieht".

Irgendwie fühle ich mich noch nicht sicher mit meinen Überlegungen, so dass ich mich freuen würde, wenn ihr mir einwenig konstruktive Kritik zukommen lassen könntet.

Kind regards,
Robert

p.s. die Leistungsverstärkung des 0…15V Ausgangs mittels BD177 funktioniert zwar, lässt den Lüfter nicht mit wirklich viel Leistung drehen. Woran liegt das? Ebenso habe ich noch eine 3. Leistungsstufe für einen kleineren Lüfter, welcher im Bereich von 0…4,7V läuft, aber beim Messen der Spannung nur einen Wert von rund 2,5V ergibt (auch hier habe ich sowohl BD139 als auch BD177 ausprobiert).

[021aet04]

Was ist das für ein Lüfter? Ist das ein normaler DC-Motor oder ein BLDC? Ich würde, wenn es funktioniert, die normale PWM des Atmegas (der hat 6 PWM Pins) nehmen und mit diesen dann über einen Mosfet (Logic Level Fet) den Lüfter ansteuerst. Wenn du einen Motor mit Analogtechnik ansteuerst hast du sehr große Verluste, da die Differenz zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung im Transistor in Wärme umgesetzt wird.
Ein Beispiel Eingangsspannung ist 30V, Ausgangsspannung ist 15V, Der Strom beträgt 2A: Verlustleistung = (Eingangsspannung - Ausgangsspannung) x Strom = (30V - 15V) x 2A = 30W
Die 30W werden im Transistor in Wärme umgesetzt. Dadurch wird der extrem heiß und du brauchst einen sehr großen Kühlkörper und normalerweise einen Lüfter.
Besser ist die Ansteuerung über ein PWM Signal, da der Transistor/Fet entweder voll Ein- oder Ausgeschaltet wird. Dadurch hast du bei einem Fet mit z.B. Rdson von 10mOhm, wenn er voll durchgeschalten wird, eine Verlustleistung von (bei 2A): Verlustleistung = Rdson x Strom x Strom = 0,01Ohm x 2A x 2A = 0,04W
Es kommen nur noch die Umschaltverluste hinzu, die sind aber abhängig vom Ladestrom des Gates (das Gate wirkt wie ein Kondensator) und der Schaltfrequenz.

PWM hat aber immer einen geringeren Verlust. Es gibt aber Motoren (Lüftermotoren mit BLDC) die damit Probleme haben. Bei DC Motoren sollte man die Frequenz aber relativ niedrig halten (ca. 1kHz-20kHz), je nach Größe des Motors.

MfG Hannes

[rrobert]

Eine Umsetzung mit PWM ist beim derzeitigen Projektstand leider nicht mehr denkbar (bei dem Lüfter handelt es sich um ein BLDC Radialgebläse). Die Verlustleistung muss ich da leider in Kauf nehmen. Testläufe haben gezeigt, dass der Lüfter bei 4V gerade einmal 200mA benötigt. Der Kühler sollte ausreichend dimensioniert sein, falls jedoch nicht, ist eine aktive Lüftung auch keine Hürde.

Eine Umsetzung via PWM ist jedoch vllt in einer kommenden Revision denkbar.

[Thegon]

Also ich habe ein Netzteil gebastelt, das eigentlich genau mit so einer Darlingtonschaltung gearbeitet hat. Ich habe zwar andere Transistoren Benutzt, aber es hat eigentlich wunderbar funktioniert. Das einzige was zu beachten ist, wäre, dass die Ausgangsspannung am Emitter immer um 0,7 V kleiner ist als an der Basis, das heißt, wenn man 0,1 V ausgangsspannung braucht, dann muss man schon 1,5V hineingeben, damit man bei so einer Darlingtonschaltung mit zwei Transistoren eben 0,1V ausgangsspannung erhält.

Ich habe sogar drei Transistoren verwendet, dann habe ich eben immer ca. 2V mehr hineingeben müssen, aber so etwas lässt sich ja mit einem uC recht einfach ausgleichen.
Ich weiß zwar nicht genau, wie das dann bei dir aussieht, aber im groben dürfte es wohl funktionieren

Aber unbedingt eine Sicherung einbauen, denn mein Netzteil hat solange gelebt, bis ein motor blockiert hat, dann zuviel Strom gezogen hat und damit einen Transistor verheizt hat

Mfg Thegon

[rrobert]

Mit den Verlusten ist mir auch schon aufgefallen und wie du selber schon beschreibst ist das via Programmierung zu kompensieren. Da ich ja eine Versorgungsspannung von 30V habe und den Lüfter nur mit 27V betreiben möchte, sollte der Puffer also auch genügen. Bei den 15V bzw 4,7V Lüftern sowieso.

Der grundsätzliche Aufbau mit dem beiden Widerständen zwischen Basis und Emitter ist also der richtige Weg, ja?

Aber unbedingt eine Sicherung einbauen, denn mein Netzteil hat solange gelebt, bis ein motor blockiert hat, dann zuviel Strom gezogen hat und damit einen Transistor verheizt hat

Eine Sicherung ist schon drauf ( 6,3A ). Safety first

[Thegon]

Diese Beiden Widerstände zwischen Basis und Emitter der Transistoren, wozu? Um die Beiden Basen etwas zu Fixieren, im Potential? Also bei mir waren die nicht nötig, mein Netzteil habe ich nach dieser Seite gebaut :
http://linuxfocus.org/English/June2005/article379.shtml
Da sind auch keine Widerstände eingezeichnet. Die Interessante Schaltung ist etwa in der Mitte des Artikels.
Nun, ich verstehe jedenfalls nicht wozu sie nötig sind, lasse mich aber gerne eines Besseren belehren.

Mfg Thegon