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Elektronischer Schalter mit Gabellichtschranke (Elektronik)

verfasst von Torsten , 03.12.2010, 21:18 Uhr
(editiert von Torsten am 03.12.2010 um 22:05)

Ein hübsches Foto.

» Ersatztyp BUZ11 - hat zwar eine Freilaufdiode drin, würde aber grundsätzlich funktionieren, da Versorgungsspannung über 10V.
Würde bei 10 V Minimalspannung funktionieren, aber er hat später von 5..30 V gesprochen, so dass der BUZ11 wohl ausfällt. Der ist aber sowieso schon ein ziemlicher Dinosaurier.

» Der Schalter sollte bis 40000 mal pro minute schalten

Das Entspricht einer Schaltfrequenz von weniger als 700 Hz und ist sollte kein großes Problem sein.

Du brauchst als Ersatz für den BUK101 einen sogenannten Logic Level FET, wegen der minimal verwendeten Spannung von 5 V. Ich schlage mal den IRLZ34N vor (bei Reichelt verfügbar).

Beim Betrieb mit 5 V fließen durch die Leuchtdiode der Gabellichtschranke nur 2,5 mA. Damit beträgt der Kollektorstrom laut Datenblatt nur 0,2 mA.
Das dürfte etwas wenig sein, um das Gate mit dem 4k7 Pulldown Widerstand aufzuladen. Wenn die Schaltung also 5 V kompatibel sein soll, muss der 1k5 Widerstand etwas kleiner gewählt werden. Knapp 1 mA im Kollektorzweig sollten schon fließen.
Bei einem 560 Ohm Vorwiderstand für die Leuchtdiode fließen bei 5 V etwa 6,7 mA durch die Leuchtdiode, was einem Kollektorstrom von knapp unter 1 mA entspricht.
Allerdings fließen dann bei 30 V etwa 50 mA durch die Leuchtdiode, was schon recht viel ist. Es wäre aber gerade eben noch zulässig.
Die (vermutlich bessere) Alternative wäre die Verwendung einer zusätzlichen Treiberstufe zwischen Fototransistor und MOSFET. Dann muss der LED-Strom nicht so hoch gewählt werden, weil der 4k7 Widerstand ein gutes Stück größer gewählt werden kann, ohne dass die Abschaltflanke zu flach wird.

Die Gateladung des IRLZ34N beträgt bei U_GS = 5 V etwa 14 nC. Das ist bezüglich der SOA (Safe Operating Area) ungefährlich, auch wenn es schon ein ziemlich langsamer Einschaltvorgang ist.

Der FET wird aber einen kleinen Kühlkörper brauchen, so in der Größenordnung von vielleicht 8-10 K/W (geschätzt, nicht simuliert oder gerechnet). Einfach mal probieren, und wenn er zu heiß wird, einen größeren Kühlkörper verwenden.

Die erlaubte Gatespannung des MOSFETs liegt bei 16 V. Du solltest also eine Z-Diode mit ~10 V vom Gate zu GND schalten.

Und ich würde eine Freilaufdiode an die Spule setzen, da der FET nur 55 V sperren kann. (Er ist allerdings Fully Avalanche Rated, so dass er schon so einiges aushält.)
Wenn das Magnetfeld schnell abfallen muss, dann die von Thomas angesprochene Z-Diode in Serie zur Freilaufdiode schalten.

Du hast übrigens immer noch nichts zum Verwendungszweck der Schaltung gesagt.
Falls die oben genannte Idee des Weidezaungeräts zutrifft, dann ist die Schaltung in der genannten Form ungeeignet, nicht nur wegen der geringen Sperrspannung des MOSFETs, sondern auch wegen des viel zu niedrigen Gatestroms. Dann müsste eine zusätzliche Treiberstufe dazwischen. Bei einem 4k7 Pulldown Widerstand wäre die Abschaltflanke viel zu flach.
Ohne zu wissen, was die Schaltung eigentlich machen soll, ist das nicht so einfach zu beantworten.

Gruß
Torsten