Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik High-Side-Switch


von Julian S. (julian745)


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Hallo liebe Community,

ich hab derzeit eine Projektarbeit (die eigentlich nicht 
elektrotechnische Natur) ist, ich bin Maschinenbauer. Falls etwas nicht 
verständlich ist, bitte ich das zu entschuldigen, ich kenne mich leider 
nicht wirklich gut mit Elektronik aus. Ich bin nur ziemlich verzweifelt 
weil mein Betreuer langfristig krank ist und ich mit meinem Projekt 
sonst nicht weitermachen kann
Ich will mit einem Steuersignal +/- 10 Volt max 10mA einen Stromkreis 
schließen in dem sich dann mein Verbraucher und eine 
GLeichspannungquelle bis 5A befinden. Also ich will mit dem Steuersignal 
den Arbeitskreis während einer Messung schnell schließen und wieder 
öffnen.

Ich hab durch recherchieren herausgefunden,dass ich dafür einen Highside 
switch verwenden könnte. ALlerdings weiß ich auf Seiten der Anbieter 
nicht, was für einen Schalter ich nehmen muss, da ich mit den ANgaben 
für die Ströme und Spannungen nicht klar komme.

So war ich auf der Seite von Farnell, kann dort aber nicht wirklich 
einen Schalter aussuchen, weil mir die Angaben nichts sagen. Bitte helft 
mir!

Hier der Link wo ich gesucht habe (ich hoffe es ist erlaubt Links zu 
posten):
http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=2008+204252+310570293&Ntk=gensearch&Ntt=high+side+switch&Ntx=mode+matchallpartial&No=0&getResults=true&appliedparametrics=true&locale=de_DE&divisionLocale=de_DE&catalogId=&skipManufacturer=false&skipParametricAttributeId=&prevNValues=2008+204252&mm=1001465||,&filtersHidden=false&appliedHidden=false&autoApply=false&originalQueryURL=%2Fjsp%2Fsearch%2Fbrowse.jsp%3FN%3D2008%2B204252%26Ntk%3Dgensearch%26Ntt%3Dhigh%2Bside%2Bswitch%26Ntx%3Dmode%2Bmatchallpartial%26No%3D0%26getResults%3Dtrue%26appliedparametrics%3Dtrue%26locale%3Dde_DE%26divisionLocale%3Dde_DE%26catalogId%3D%26skipManufacturer%3Dfalse%26skipParametricAttributeId%3D%26prevNValues%3D2008%2B204252

von Nicolas S. (Gast)


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Julian S. schrieb:
> Ich bin nur ziemlich verzweifelt
> weil mein Betreuer langfristig krank ist und ich mit meinem Projekt
> sonst nicht weitermachen kann

Ist es eine Semester- oder eine Abschlußarbeit? Ist die Arbeit mehr am 
Anfang oder gegen Ende? Drückt die Zeit? Läßt sich die Arbeit wechseln 
oder der Abgabeterming verschieben?

Einige Fragen kannst nur Dur klären, andere Dein Prüfungsamt.

Viel Erfolg
Nicolas

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Julian S. schrieb:
> Ich hab durch recherchieren herausgefunden,dass ich dafür einen Highside
> switch verwenden könnte.

Es könnte genauso gut auch ein lowside switch (sprich: ein einfacher
Leistungs-MOSFET) tun.  Was genau, das hängt von der Konstellation
ab, wie sich Last, Spannungsversorgung und eben der Schalter bezüglich
irgendwelcher Verbindungen mit dem Steuersignal verhalten.

Insbesondere wäre es wichtig zu wissen, ob das Massepotenzial der
Steuerleitung bereits irgendeine Verbindung zur Last hat.

Vielleicht malst du ja mal einen Mini-Schaltplan.

von Dirk (Gast)


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Julian S. schrieb:
> Also ich will mit dem Steuersignal
> den Arbeitskreis während einer Messung schnell schließen und wieder
> öffnen.

Kannst du uns bitte noch mitteilen was "schnell" bedeutet: Minuten, 
Sekunden, Millisekunden ... ?

von MaWin (Gast)


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> Ich will mit einem Steuersignal +/- 10 Volt max 10mA einen Stromkreis
> schließen in dem sich dann mein Verbraucher und eine
> GLeichspannungquelle bis 5A befinden.


Dann bau das so:
1
                   +------------+
2
                +  |            |
3
                Verbraucher     |  +
4
                   |        Gleichspannungsquelle
5
Steuerspannung ---|I IRF530     |  -
6
                   |S           |
7
Masse -------------+------------+

Falls dein Verbraucher eine Iduktivität ist,
brauchst du noch eine Freilaufiode.

von Julian S. (julian745)


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Also, ja die Zeit drückt (Leider)... ansonsten habe ich mit der 
Projektarbeit keine Probleme.
Ich will eigentlich die Schaltzeiten eines magnetischen 
Proportionalventile messen und vergleichen.
Diese Propotionalventil benötigt 1,8A unnd soll innerhalb eines 
Prüfablaufs gezielt bestromt werden, deshalb will ich zur Steuerung das 
SIgnal mit 10V und bis zu 10mA nutzen.
Ich hab leider noch nie gebastelt oder gelötet (sollte auch nicht Teil 
der Projektarbeit sein). Ich würde am liebsten einen Schalter kaufen, an 
den ich das Steuersignal anschließen kann und am Ausgang dann mein 
Proportionalventil (spule) und die gleichspannungsquelle. Am besten 
sollte in den Schalter schon die Freilaufdiode integriet sein.
Der Prüfstand und die MEsstechnik und so stehen alle auch Meter weit 
auseinander.

von Nicolas S. (Gast)


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Findet das Ganze an der Uni oder in der Firma statt?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Julian S. schrieb:

> Ich will eigentlich die Schaltzeiten eines magnetischen
> Proportionalventile messen und vergleichen.

Moment mal: „Proportionalventil“ => du willst gar nicht schalten,
sondern analog steuern?  Also: +1 V => Ventil 1/10 geöffnet,
+10 V => Ventil ganz geöffnet?

Das wird einiges aufwändiger als ein simpler Schalter.

0 … 10 V ist ein gängiger Bereich für SPSe.  Eventuell findet man
dort ja entsprechende Ausgangsblöcke.

Außerdem hast du immer noch nicht die Frage beantwortet, ob beide
Stromkreise einen gemeinsamen Massebezug haben bzw. ob gar bspw.
das Ventil bereits mit einer Seite an diese gemeinsamen Masse liegen.

> Der Prüfstand und die MEsstechnik und so stehen alle auch Meter weit
> auseinander.

Dann käme noch hinzu, ob man möglicherweise eine isolierende Trennung
zwischen beiden Kreisen benötigt.  Sei es, um die Einkopplung von
Störungen über diese lange Leitung zu reduzieren oder, weil die
Schutzerdungsanschlüsse beider Seiten einen Potenzialversatz haben.

von Julian S. (julian745)


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Das ganze findet in der Firma statt, allerdings hat dort auch niemand 
Ahnung von dem Thema :-(.

von MaWin (Gast)


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> Diese Propotionalventil benötigt 1,8A unnd soll innerhalb eines
> Prüfablaufs gezielt bestromt werden, deshalb will ich zur Steuerung das
> SIgnal mit 10V und bis zu 10mA nutzen.
> Ich würde am liebsten einen Schalter kaufen

Meine Fresse, daß proportional was anderes als schalten ist,
scheint dir nicht bekannt zu sein.

Du solltest deinen Job wechseln. Jeder Chinese macht deinen Job mit 
Leichtigkeit.
1
                      +10V
2
                       |
3
 +---------------------+---+   +-----+--Gleichspannungsquelle--+
4
 |                     |   |   |     |                         |
5
10k +--10k---+        10k  |   | Proportionalventil            |
6
 |  |        |         |   |   |     |                         |
7
 +--+--|+\   |         |   |   +-|<|-+ Freilaufdiode           |
8
 |     |  >--+         |   |         |                         |
9
 |  +--|-/  10k  +-10k-+--|+\        |                         |
10
 |  |        |   |     |  |  >------|I IRF530                  |
11
 |  +--------+---(-----(--|-/        |S                        |
12
10k |            |     |   | LM358   +-- GND  -----------------+
13
 | 100nF         |    10k  |         
14
 |  |            |     |   |         
15
 +--+------------(-----+---+------------ -10V
16
                 |
17
           Steuersignal

von Julian S. (julian745)


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Ja analog ansteuern, tut mir leid ich wusste nicht dass da ein großer 
Unterschied liegt. Das Ventil soll bei 1,8A ganz geöffnet sein und bei 
0A geschlossen.

Ich sollte bei dem Thema eigentlich DÄmpfer vergleichen, es konnte ja 
keiner ahnen, dass keine entsprechende Ansteuerung vorhanden ist.

Nochmal handschriftlich mein Dilemma. Ich hab keine Ahnung von 
Schaltungstechnik, ich dachte nur es gibt vielleicht ein Bauteil, das 
dies erledigen könnte.

Ansonsten trotzdem Danke das ihr euch Zeit genommen habt, ich wollte 
niemanden verärgern.

von ddd (Gast)


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MaWin schrieb:
> Meine Fresse, daß proportional was anderes als schalten ist,
> scheint dir nicht bekannt zu sein.
>
> Du solltest deinen Job wechseln. Jeder Chinese macht deinen Job mit
> Leichtigkeit.


Mein Gott bist du freundlich zu außenstehenden da kriegt man ja das 
kotzen

- evtl. hat er nur ein prop. Ventil will es trotzdem auf und zu 
"Schalten"
- er ist Maschinenbauer Hallo!

@Julian S.
wenn du die Möglichkeit hast nim ein magnetventil. das geht schneller 
auf und zu. Wenn du wirklich gezielt steuern willst dann nimm ne sps das 
geht am schnellsten.

von Nicolas S. (Gast)


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Hach, mal wieder ein echter MaWin.

Fakt 1 ist: Du hast ein Problem. "Kein Kontakt zum Betreuer" heißt es.

Wie groß Dein Problem ist hängt vom Zeitdruck und von der Wichtigkeit 
Deiner Arbeit ab.

Fakt 2 ist: Du hast ein Problemchen. Ich weiß nicht wo Du studierst, 
aber aus meinem eigenen Maschinenbaustudium habe ich in Bezug auf 
Elektrik/Elektronik nicht viel mitnehmen können.

Du wirst es allein nicht lösen können, und selbst bei optimaler Hilfe im 
Forum wird es Dich viel Zeit kosten.

Als erstes bietet es sich also an festzustellen, wie zentral es für 
Deine Aufgabenstellung ist. Unter Umständen kannst Du es umgehen. Unter 
Umständen kannst Du es organisatorisch lösen. Unter Umständen ist das 
Problem so zentral, daß Deine Arbeit gefährdet ist.

von Julian S. (julian745)


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Ich will nur das Proportionalventil am Dämpfer in gewissen Abständen mit 
1,8A versorgen, gezielt regeln will ich es gar nicht!

von Düsendieb (Gast)


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Dann gib mal den Typ vom Prop. Ventil und das Datenblatt.

von ddd (Gast)


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von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Julian S. schrieb:
> Ja analog ansteuern, tut mir leid ich wusste nicht dass da ein großer
> Unterschied liegt. Das Ventil soll bei 1,8A ganz geöffnet sein und bei
> 0A geschlossen.

Hmm, es soll wohl nun doch nur geschaltet werden, also entweder offen
(dann fließen 1,8 A) oder geschlossen, nichts dazwischen.

OK?

Dann wäre die Frage: fließen besagte 1,8 A „freiwillig“ (also dann,
wenn man das Ventil an deine Spannungsquelle anschließt, fließt
exakt der gewünschte Strom), oder muss das noch irgendwie eingestellt
oder geregelt werden?

> Nochmal handschriftlich mein Dilemma.

Ein Foto etwas runterskalieren wäre schön, übliche Bildschirme haben
sowieso nicht so eine hohe Auflösung.  Siehe auch Bildformate,
habe dir das mal als Beispiel angehängt.

> Ansonsten trotzdem Danke das ihr euch Zeit genommen habt, ich wollte
> niemanden verärgern.

Ignorier' bitte MaWins ruppige Art, der kann einfach nicht anders.

von Julian S. (julian745)


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Vor der Messng wollte ich die Gleichspannungsquelle so einstellen das 
1,8A fließen in dem ich nur das Ventil an die Spannungsquelle schließe 
und dann die Gleichspannungsquelle mit den EInstellungswerten für die 
MEssung in die Schaltung übernehme.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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OK, dann wirklich nur ein Schalter.

Dann würde MaWins erste Schaltung oben genügen.  Über das Ventil muss
noch eine Freilaufdiode, dafür genügt eine 1N400x (x ist eine Ziffer,
die die Spannungsfestigkeit beschreibt, für diese Anwendung hier
ist der exakte Wert völlig egal).  Diese Diode wird parallel zum
Ventil geschaltet und zwar so, dass die Anode an dem Anschluss ist,
der zum Pluspol der Spannungsquelle geht.

Ich würde am Steuertransistor (für den MaWin einen IRF530 als Beispiel
genommen hat, aber es gäbe unzählige Alternativen dafür) noch einen
Widerstand von 100 kΩ bis 1 MΩ zwischen Gate und Masse (Source)
schalten.  Das verhindert, dass bei abgeklemmtem Steueranschluss der
Transistor zufällig durchgeschaltet bleibt, weil noch ausreichend
viele Ladungsträger auf seinem Gate aufgeladen bleiben.  Diese Dinger
sind arg hochohmig und können andernfalls stundenlang auf diese Weise
eingeschaltet bleiben.

Streng genommen müsstest du die Justage der gewünschten 1,8 A
Ventilstrom so erledigen, dass der Schalttransistor dabei mit im
Stromkreis ist, denn sein endlich kleiner Kanalwiderstand (das
Datenblatt nennt 0,16 Ω) geht ja mit ein, da fallen etwa 0,3 V dran
ab.  Ist die Frage, wie genau der Stromwert für dich stimmen muss.

von Julian S. (julian745)


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Der IRF530 funktioniert mit dem Steuersignal 10V max10mA? Oder was für 
einen muss ich da nehmen? Und wo ist da der VOrteil gegenüber einem 
High-Side-Switch? Gibt es so etwas nicht, wo da auch die Freilaufdiode 
schon integriert ist?
Ansonsten macht mir deine Beschreibung schon Hoffnung, allerdings kann 
ich es mir ohne SKizze nur schwer vorstellen!

Ich finde es echt klasse das ihr euch die Zeit nehmt mir bei meinem 
Dilemma weiterzuhelfen obwohl ich so wenig Ahnung habe.
Ich kann euch nicht genug danken falls hierbei etwas rauskommt, das ich 
mit einfachsten Mitteln am besten zusammen"stecken" kann!

von Harald W. (wilhelms)


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Julian S. schrieb:

> Vor der Messng wollte ich die Gleichspannungsquelle so einstellen das
> 1,8A fließen

Gibts bei Euch auch eine elektrische Fakultät? Dann könntest Du
dort eventuell ein Labornetzteil leihen, mit dem Du Deine 1,8A
erzeugen könntest.
Gruss
Harald

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Julian S. schrieb:
> Der IRF530 funktioniert mit dem Steuersignal 10V max10mA?

Ja.  Strom braucht der praktisch keinen (nur beim Einschalten, weil
da einige Nanofarad an Gatekapazität aufzuladen sind), lediglich
der von mir vorgeschlagene Gatewiderstand braucht Strom: wenn du
einen 100-kΩ-Widerstand wählst, wären das aber gerade mal 100 µA,
bei 1 MΩ nur noch 10 µA.

> Und wo ist da der VOrteil gegenüber einem
> High-Side-Switch?

Das er viel einfacher ist.

High-Side-Switches gibt es nur, weil die Ansteuerung eines FETs,
der die Plusseite der Stromversorgung (“high side”) schaltet, nicht
mehr so ganz trivial ist wie hier, wo man die Minusseite schaltet.
Manchmal hat man aber die Forderung, dass die Last bereits mit
einem Pol an Masse liegt (daher oben auch meine Frage), und dann
kann man eben nur noch den Pluspol schalten.

Da das nicht mehr (wie hier) mit einem einzigen Transistor zu
bewerkstelligen ist, haben die Halbleiterhersteller dann auch
fertig integrierte Lösungen gebaut, eben besagte High-Side-Switches.

> Gibt es so etwas nicht, wo da auch die Freilaufdiode
> schon integriert ist?

Kann sein, dass fertige Switches sowas haben, aber ein einfacher
Transistor kann das nicht haben: ihm fehlt schlicht der Anschluss
dafür.  Schau dir das Schaltbild da oben an: Source des IRF530
geht an Masse, Gate an die Steuerleitung, Drain an den Minuspol
der Last.  Die Diode liegt aber zwischen Minus- und Pluspol der
Last, dafür hat der Transistor einfach mal nichts.

Was ist so schwierig daran, eine popelige 1N4001 noch über das
Ventil zu klemmen?

von Harald W. (wilhelms)


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Jörg Wunsch schrieb:

> Was ist so schwierig daran, eine popelige 1N4001 noch über das
> Ventil zu klemmen?

Ja, und möglichst direkt ans Ventil und nicht erst
nach zwanzig Metern Leitung.
Gruss
Harald

von Julian S. (julian745)


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Würde der Schaltplan dann theoretisch so aussehen wie meine Skizze?

Praktisch würde ich dann den Transistor und die Diode auf ein Platine 
stecken und  und dann an die Beinchen vom Transistor die Kabelenden 
löten, oder gibts dann auch Möglichkeiten der Klemmverbindung? Wäre das 
am klügsten um da dann die längeren Kael (2m) anzuschließen?
Die Stromquelle und das Proportionalventil haben alle Ausgänge für 
Stecker bzw Bananenstecker

von heinz (Gast)


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von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Julian S. schrieb:
> Würde der Schaltplan dann theoretisch so aussehen wie meine Skizze?

Nein.  Die Diode muss über die Last (dein Ventil), nicht über den
Transistor.  Außerdem ist sie falsch herum: die Katode kommt an die
Verbindung von Pluspol Netzteil mit dem Ventil, die Anode kommt an
die Verbindung des zweiten Ventilanschlusses mit dem Drain des
Transistors.

Der Sinn dieser Diode ist es, die beim Abschalten des Stroms in der
Spule des Ventils induzierte Spannung abzubauen (indem die Diode den
Strom durch die Spule noch etwas länger weiterfließen lässt). Dadurch
fällt das Ventil zwar etwas langsamer ab, aber die ansonsten dort
entstehende Spannungsspitze kann schnell ein paar hundert Volt
erreichen und den Transistor zerstören.

Außerdem, wie ich oben schon schrieb, ich würde noch einen Widerstand
zwischen Gate und Masse (Source) einbauen, damit das Gate nicht
„floaten“ kann (auf undefiniertem Potenzial liegen), wenn die ganze
Steuereinheit vielleicht mal abgeklemmt ist am Eingang.

> Praktisch würde ich dann den Transistor und die Diode auf ein Platine
> stecken und  und dann an die Beinchen vom Transistor die Kabelenden
> löten, oder gibts dann auch Möglichkeiten der Klemmverbindung?

Ja, löte das auf ein Stückchen Lochrasterplatine.  Eine sichere
Klemmverbindung, die nicht gleich auseinander fällt (schließlich
machst du ja Mechanik, da kann auch mal was wackeln ;-) ist nicht so
einfach.

von Julian S. (julian745)


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Okay, das mit der Diode habe ich jetzt verstanden und auch in meinem 
Plan geändert. danke Jörg :-)

Das Halbleiter-Relais von heinz ist zwar teuer, aber müsste ich dann 
nichts löten? Könnte ich dann mein Steuersignal einfach in die Eingänge 
3/4 stecken und meine Spannungsquelle und das Ventil mit der Diode 
parallel in Stecker 1/2.
Mich macht nur noch stutzig, dass da steht Steuerstrom 15mA, meiner ist 
ja begrenzt auf max 10mA. Vielleicht gibt es das noch kleiner und 
günstiger?

von Wolfgang H. (frickelkram)


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Hi,
ohne jetzt noch zu viel verwirren zu wollen, aber war nicht die Rede von 
+-10V und sollte darum nicht noch eine Schutzdiode ans Gate?

von MaWin (Gast)


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> ohne jetzt noch zu viel verwirren zu wollen, aber war nicht die Rede von
> +-10V und sollte darum nicht noch eine Schutzdiode ans Gate?

Wozu, wenn das Gate 20V aushält ?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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MaWin schrieb:
> Wozu, wenn das Gate 20V aushält ?

Genauer: es hält ± 20 V aus, die negative Spannung (falls es sie
denn überhaupt gibt) stört also nicht.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Julian S. schrieb:

> Das Halbleiter-Relais von heinz ist zwar teuer, aber müsste ich dann
> nichts löten?

Sieht so aus.

Aber 75 Euro statt < 5 Euro, ist halt schon ein Unterschied.

> Mich macht nur noch stutzig, dass da steht Steuerstrom 15mA, meiner ist
> ja begrenzt auf max 10mA.

Ja, das habe ich auch gesehen.  Ich vermute, dass das Teil echte
Potenzialtrennung macht (über einen Optokoppler) und daher im Gegensatz
zur Schaltung mit dem FET oben auch wirklich Steuerstrom benötigt. Der
FET hingegen arbeitet rein spannungsgesteuert.

von heinz (Gast)


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Die 10mA hab ich übersehen

Ist halt Industrie - da zahlst Du immer ein bischen extra ;)
Potentialtrennung 2500V
kann jeder Elektriker austauschen

Hier Schnäppchen, etwa 36 EUR
http://de.mouser.com/ProductDetail/Crydom/DRA-CN024D05/?qs=sGAEpiMZZMv%252b25x33JEohNuHz8grsLG6KkpAVctAsp8%3d

aber auch typical 10mA bei 5V

wenn Du selbst suchen willst
ssd dc relais

von Julian S. (julian745)


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Das für 36 Euro sieht doch nach dem aus was ich suche. Das Steuersignal 
10V ist ein analoger Ausgang aus einem Kabel. Davon schneide ich den 
Stecker ab und nehme isolierung ab, und hab dann hoffentlich zwei Fasern 
die ich da anklemmen kann? Hoffentlich an der Farbe zu erkennen?

Kann man die Diode irgendwie in den Kreis mit mit dem Proportionaventil 
klemmen? Im Moment laufen da ja nur die beiden langen kabel hin?

von heinz (Gast)


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Morgen

1. wenn das ein proportional Signal ist - geh mit der Spannung so weit 
runter dass das Ventil (ssr) gerade noch sicher schaltet. Je höher die 
Spannung um so höher der Strom.
(näturlich nur wenn Du ein fertiges/teures ssr nimmst)

2. Die Polarität kannst Du ausmessen.

3a. Auf dem Ventil ist wahrscheinlich ein Stecker. Für die gibts auch 
fertige Schutzbeschaltungen. Ich fahr jetzt eh zu einem Kunden und wenn 
ichs nicht vergess mach ich ein Bild von so einem Stecker.

3b. Wenn Du nur eine Diode nehmen willst kann man die im Stecker 
zusätzlich zu den Kabeln mit anschrauben.

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