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bastelix(R)

04.08.2020,
00:55
 

Motor mit Transistor schalten (Schaltungstechnik)

Servus Zusammen,

ich habe mir überlegt einen Motor (genauer eine Pumpe) mit einem Transistor ein- und auszuschalten. Schaltzyklen liegen so im Bereich von ein paar Minuten EIN und viele Minuten AUS (kein PWM, einfach nur ein/aus).

Pumpen/Motor-Aufnahme ist (laut Typenschild) mit 18V 650mA spezifiziert. Die (max.) 18V werden von einem Spannungswandler erzeugt der über einen 12V Blei-Gel-Akku versorgt wird. Wie die Schaltung für die Versorgungsspannung genau aussieht weiß ich leider nicht, das ist für mich im Moment eine Black-Box und ich kann die auch nicht zerlegen um genauer nachzuschauen. Die Leistung der Pumpe wird (laut Bedienungsanleitung) über die Spannung gesteuert und lässt sich an der Black-Box via Poti einstellen.

Ich habe mir jetzt mal folgende Beschaltung überlegt:


Geschaltet soll das ganze dann von einem ATMega328P werden, der unabhängig von der Pumpenversorgung mit 3 AAA-Zellen versorgt wird.

Kann das so funktionieren oder habe ich da irgendwo grobe Schnitzer drin die mir die Black-Box oder den Rest meiner µC-Schaltung zerschießen werden?

Gruß
Bastelix

Offroad GTI(R)

04.08.2020,
06:28

@ bastelix

Motor mit Transistor schalten

Nimm zum Schalten einen Logic Level-MOSFET.
Mit einem deraret hohen Basiswiderstand, würde dieser Bipolartransistor (und praktisch auch jeder andere Leistungs-BJT) auch nich als Schalter arbeiten können.

Wolfgang Horejsi(R)

04.08.2020,
07:20

@ Offroad GTI

Motor mit Transistor schalten

» Nimm zum Schalten einen Logic Level-MOSFET.
» Mit einem deraret hohen Basiswiderstand, würde dieser Bipolartransistor
» (und praktisch auch jeder andere Leistungs-BJT) auch nich als Schalter
» arbeiten können.

oder - falls kein LL-Mosfet vorhanden - einen Darlington-Leistungstransistor, oder 2 Transistoren in Darlingtonschaltung.

Offroad GTI(R)

04.08.2020,
07:53

@ Wolfgang Horejsi

Motor mit Transistor schalten

» Darlington-Leistungstransistor, oder 2 Transistoren in Darlingtonschaltung.
Die haben eine relativ hohe Sättigungsspannung. Bei nur 12V also eher ungeeignet.

Hartwig(R)

04.08.2020,
08:32

@ bastelix

Motor mit Transistor schalten

Hallo,
»
» ich habe mir überlegt einen Motor (genauer eine Pumpe) mit einem Transistor
» ein- und auszuschalten. Schaltzyklen liegen so im Bereich von ein paar
» Minuten EIN und viele Minuten AUS (kein PWM, einfach nur ein/aus).
»
» Pumpen/Motor-Aufnahme ist (laut Typenschild) mit 18V 650mA spezifiziert.
ok, um den Transistor in die Sättigung zu bekommen, ist eine deutliche Übersteuerung erforderlich, der Basisstrom sollte mindestens 3-5 mal Ic/hFE entsprechen.
Im DB ist für den BD135 bei Ic=500mA und Uce 2V ein hFE von mindestens 25 angegeben. Meistens ist es höher, aber bleiben wir dabei, dann brauchst Du einen Basisstrom von (650mA / 25) x 3 = 75mA. (dreifache Übersteuerung)
Nehme ich als Steuersignal 4V an, dann läge Dein Basiswiderstand bei R = (4V-Ube) / 0,075A = 43 Ohm - das ist sehr deutlich weit ab vom Ziel.
» Die (max.) 18V werden von einem Spannungswandler erzeugt der über einen 12V
» Blei-Gel-Akku versorgt wird. Wie die Schaltung für die Versorgungsspannung
» genau aussieht weiß ich leider nicht, das ist für mich im Moment eine
» Black-Box und ich kann die auch nicht zerlegen um genauer nachzuschauen.
Akkus können nötigenfalls recht viel Strom liefern. Bei unbekannter Schaltung der Black Box würde ich das berücksichtigen. Gerade die preiswerten Pumpen im Aussenbereich halten nicht ewig, Dichtigkeitsprobleme sind nicht selten. Nach meiner Erfahrung steht dann oft der Motor und der Stromfluß steigt heftig an. Da wäre der BD135 mit seinen max. 1,5A auch etwas unterdimensioniert. Ich würde einen Transistor mit 5 -10 A Icmax wählen. Wenn es ein npn Darlington wird, so fällt etwa 1W Verlust an - bei TO220 geht das noch ohne Kühlkörper. Der LL-MOSFET wäre da vielleicht einfacher. Auf jeden Fall würde ich eine Sicherung vorsehen, damit die Pumpe im Fehlerfall den Treiber heil läßt.
» Die Leistung der Pumpe wird (laut Bedienungsanleitung) über die Spannung
» gesteuert und lässt sich an der Black-Box via Poti einstellen.
»
» Ich habe mir jetzt mal folgende Beschaltung überlegt:
»
»
» Geschaltet soll das ganze dann von einem ATMega328P werden, der unabhängig
» von der Pumpenversorgung mit 3 AAA-Zellen versorgt wird.
»
» Kann das so funktionieren oder habe ich da irgendwo grobe Schnitzer drin
» die mir die Black-Box oder den Rest meiner µC-Schaltung zerschießen
» werden?
Na ja, bei der mageren Ansteuerung könnte der BD135 arg ins Schwitzen kommen, den Wärmetod erleiden und zu einem Kurzschluss führen. Dann läuft der Motor halt bis der Akku leer ist. Fatal wäre ein Fehler, der es ermöglichen würde, dass die 18V an den µC gelangen. Das halte ich für unwahrscheinlich, könnte das aber nicht mit Sicherheit ausschließen.
»
» Gruß
» Bastelix

Viel Erfolg
Hartwig

schaerer(R)

Homepage E-Mail

Zürich (Schweiz),
04.08.2020,
08:52

@ Offroad GTI

Motor mit Transistor schalten

» » Darlington-Leistungstransistor, oder 2 Transistoren in
» Darlingtonschaltung.
» Die haben eine relativ hohe Sättigungsspannung. Bei nur 12V also eher
» ungeeignet.

Das ist klar. Bei einem Darlington liegt die minimale Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung bei knapp höher als die doppelte Basis-Emitterspannung von mindestens 1.6 V

Besser ist, wenn schon so, die komplementäre Darlington-Version, auch als Sziklai-Connections (Name des Erfinders) bezeichnet. Trotzdem ein Leistungs-MOSFET mit sehr geringem R_DS_on ist für eine solche Schalterfunktion die deutlich bessere Wahl.

Falls sich jemand für den komplementären Darlington interessiert, dann empfehle ich diesen Minikurs:

. . . "Die komplementäre Darlington-Schaltung (Sziklai-Connections)"
. . . . . . http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/kdarl1.htm

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
http://tinyurl.com/timerbuch
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
http://tinyurl.com/opamp-instrumamp-buch

Sel(R)

Radebeul,
04.08.2020,
09:30

@ bastelix

Motor mit Transistor schalten

Du kannt, wie schon beschrieben, einen Mosfet verwenden. Beste Lösung.

Aber auch ein Kleinleistungstransistor mit nachfolgendem Relais tuts sicher. Vor allem bist du durch die galvanische Trennung der Relaiskontakte völlig sicher vor dem, was geschalten wird. Im allerschlimmsten Fall brennen die Relaiskontakte weg (Kurzschluß ohne Sicherung). Für den Strom der Pumpe reicht wirklich ein kleines Relais, welches wenig Strom braucht.

LG Sel

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

bigdie(R)

04.08.2020,
13:44

@ bastelix

Motor mit Transistor schalten

Es gibt sowas auch fertig oder als bausatz
https://www.pollin.de/p/bausatz-mosfet-treiber-rb-4-4x100w-810329

https://www.pollin.de/p/joy-it-mosfet-modul-zur-steuerung-von-hoeheren-spannungen-811118

Wolfgang Horejsi(R)

04.08.2020,
23:16

@ bigdie

Motor mit Transistor schalten

» Es gibt sowas auch fertig oder als bausatz
» https://www.pollin.de/p/bausatz-mosfet-treiber-rb-4-4x100w-810329
»
» https://www.pollin.de/p/joy-it-mosfet-modul-zur-steuerung-von-hoeheren-spannungen-811118

Der LL-Mosfet braucht keinen Treiber, bei der geforderten Schaltgeschwindigkeit und bei dem bisschen Strom. Ein Gatewiderstand von mir aus, um den µC zu schützen, falls wie auch immer zwischen Drain und Gate ein Kurzschluss entstehen sollte.

Reicht da eigentlich ein AO3400?

bastelix(R)

05.08.2020,
00:32

@ bastelix

Motor mit MOSFET schalten

Hallo und vielen Dank für eure Antworten.

Das mit einem Transistor zu machen war wohl eine nicht ganz so gute Idee ;-)

Ich habe noch einen IRLZ34N in der Bastelkiste, damit wäre dann Version 2.0 meiner Schalung dieses hier:


Datenblatt zum IRLZ34N: https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/H100/IRLZ34N-IR.pdf

Das sollte dann aber funktionieren, oder?
Einen hochohmigen Widerstand zwischen Gate und Source sollte ich bei den Schaltgeschwindigkeiten ja nicht brauchen.
Die Sicherung mit 800mA Träge ist ein bisschen Pi * Daumen, da ich die Einschaltströme der Pumpe nicht gemessen habe. Bei 650mA des Verbrauchers und träger Auslösecharakteristik müsste das, aus meiner Bastler-Sicht, eigentlich passen.

Alternativ hätte ich noch eine fertige Relais-Platine mit Optokoppler etc. hier (ungefähr so eine https://www.ebay.de/itm/371636319628 auch mit zwei Relais auf der Platine). Ein Relais meiner Platine zieht (wenn ich das richtig in Erinnerung habe) ca. 40mA, die ich nicht von den Batterien des µC abzweigen möchte. Da müsste ich dann noch einen (z.B.) 7805 und etwas Zusatzbeschaltung verbauen um das Relais über die Akku-Box zu versorgen. Und ich bräuchte wesentlich mehr Platz im Gehäuse um die zweite Platine unterzubringen...

Offroad GTI(R)

05.08.2020,
06:18
(editiert von Offroad GTI
am 05.08.2020 um 06:23)


@ bastelix

Motor mit MOSFET schalten

» Ich habe noch einen IRLZ34N in der Bastelkiste,
Der ist genau richtig.


» Einen hochohmigen Widerstand zwischen Gate und Source sollte ich bei den
» Schaltgeschwindigkeiten ja nicht brauchen.
Das nicht, aber so niederohmig sollte er auch nicht sein, da der Spitzenstrom zum Umladen des Gates unnötig "groß" wird. In dem Fall wären es 45mA. Die kann der Arduino eh nicht liefern. 1kOhm wäre sicherlich ein guter Kompromiss.

» Die Sicherung mit 800mA Träge ist ein bisschen Pi * Daumen, da ich die
» Einschaltströme der Pumpe nicht gemessen habe. Bei 650mA des Verbrauchers
» und träger Auslösecharakteristik müsste das, aus meiner Bastler-Sicht,
» eigentlich passen.
Wenn die Pumpe 650mA bei 18V aufnimmt, nimmt der zugehörige Spannungswander aus einer 12V Quelle (ohne Berücksichtigung des Wirkungsgrades) 975mA auf.

xy(R)

E-Mail

05.08.2020,
07:33

@ bastelix

Motor mit MOSFET schalten

» Einen hochohmigen Widerstand zwischen Gate und Source sollte ich bei den
» Schaltgeschwindigkeiten ja nicht brauchen.

Der ist nicht wegen der Schaltgeschwindigkeit, sondern um für einen definierten Pegel zu sorgen solange der Portpin des µC noch nicht initialisiert ist.

bastelix(R)

05.08.2020,
23:03

@ Offroad GTI

Motor mit MOSFET schalten

Danke

» Das nicht, aber so niederohmig sollte er auch nicht sein, da der
» Spitzenstrom zum Umladen des Gates unnötig "groß" wird. In dem Fall wären
» es 45mA. Die kann der Arduino eh nicht liefern. 1kOhm wäre sicherlich ein
» guter Kompromiss.
Uff... Ich hab gestern gegoogelt wie man den Widerstand berechnet und nur was gefunden wo 100Ohm pauschal empfohlen wurden, zum abfangen von Störungen... Ich finde noch immer keine Formel wie man den Vorwiderstand berechnet oder zumindest abschätzt. Hast du da ne Formel oder ein Stichwort für die Suche für mich?

» » Die Sicherung mit 800mA Träge ist ein bisschen Pi * Daumen, da ich die
» » Einschaltströme der Pumpe nicht gemessen habe. Bei 650mA des
» Verbrauchers
» » und träger Auslösecharakteristik müsste das, aus meiner Bastler-Sicht,
» » eigentlich passen.
» Wenn die Pumpe 650mA bei 18V aufnimmt, nimmt der zugehörige Spannungswander
» aus einer 12V Quelle (ohne Berücksichtigung des Wirkungsgrades) 975mA auf.
Ich hänge meine Schaltung zwischen Pumpe und Spannungswandler, nicht zwischen Akku und Spannungswandler. Darum habe ich den Wert nur anhand der Pumpen-Aufnahme geschätzt und Träge weil ich in der Wikipedia gelesen habe, dass die den 1,5-Fachen Nennstrom für min. eine Stunde und den 2,1-Fachen Nennstrom für max. zwei Minuten aushalten muss. ( https://de.wikipedia.org/wiki/Schmelzsicherung#Ger%C3%A4teschutzsicherungen_(Feinsicherungen) )

Was mir dabei einfällt ist, dass ich nicht weiß ob der verbaute Spannungswandler auch ohne Last betrieben werden darf. Im Handbuch steht nur, dass man vor anklemmen der Pumpe sicherstellen soll, dass das Ding ausgeschaltet ist. Vermutlich, damit die Pumpe nicht trocken läuft, da ich von nem Trockenlaufschutz nichts gelesen habe. Ich denke da muss ich es jetzt mal drauf ankommen lassen.

bastelix(R)

05.08.2020,
23:04

@ xy

Motor mit MOSFET schalten

» » Einen hochohmigen Widerstand zwischen Gate und Source sollte ich bei den
» » Schaltgeschwindigkeiten ja nicht brauchen.
»
» Der ist nicht wegen der Schaltgeschwindigkeit, sondern um für einen
» definierten Pegel zu sorgen solange der Portpin des µC noch nicht
» initialisiert ist.
Ach ich Depp... Das ist ja eigentlich ein Pull-Down. Danke für den Hinweis! Dann kommt da natürlich noch ein Widerstand rein.

Offroad GTI(R)

06.08.2020,
13:46

@ bastelix

Motor mit MOSFET schalten

» Ich finde noch immer keine Formel wie man den Vorwiderstand
» berechnet oder zumindest abschätzt.
Gibt es fürs statische Schalten auch nicht.
In deinem Fall ist nur darauf zu achten, dass der Spitzenstrom nicht den Ausgangsstrom des µC überschreitet.
Mehrer MOhm sollten es natürlich auch nicht sein, da dann die Aufladezeit zu lang wird, und damit die Verlustleistung beim Schaltvorgang steigt.

» Ich hänge meine Schaltung zwischen Pumpe und Spannungswandler, nicht
» zwischen Akku und Spannungswandler.
So hast du es aber nicht gezeichnet ;-)
Und überhaupt, wieso das?

» Was mir dabei einfällt ist, dass ich nicht weiß ob der verbaute
» Spannungswandler auch ohne Last betrieben werden darf.
Dazu müsste man vorzugsweise die Topologie des Wandlers kennen.

bigdie(R)

06.08.2020,
15:34

@ Wolfgang Horejsi

Motor mit Transistor schalten

» » Es gibt sowas auch fertig oder als bausatz
» » https://www.pollin.de/p/bausatz-mosfet-treiber-rb-4-4x100w-810329
» »
» »
» https://www.pollin.de/p/joy-it-mosfet-modul-zur-steuerung-von-hoeheren-spannungen-811118
»
» Der LL-Mosfet braucht keinen Treiber, bei der geforderten
» Schaltgeschwindigkeit und bei dem bisschen Strom. Ein Gatewiderstand von
» mir aus, um den µC zu schützen, falls wie auch immer zwischen Drain und
» Gate ein Kurzschluss entstehen sollte.
»
» Reicht da eigentlich ein AO3400?
Der Bausatz heißt Mosfet Treiber, weil ein Mosfet die Last schaltet. Da gibt es kein Bauteil um den Mosfet anzusteuern. Im Bausatz gibt es aber Optokoppler und damit eine galv. Trennung zwischen Rechner und Last. Das hilft mitunter um hinterher keine Probleme mit Störungen zu bekommen.