Hallo, ich habe in einem selbst gebauten Modellboot einen 6V Motor verbaut und steuere diesen über die Schaltung (siehe Bild) per PWM an. Da die Spannungsversorgungen vom Motor (4,8V) und vom µC (3,3V) recht niedrig sind, kann ich keinen meiner MOSFETs verwenden, da ich keinen besitze, der eine ausreichend niedrige GS-Schwellspannung für die 2..4A vom Motor hat. Deshalb habe ich eine Darlingtonschaltung gebaut (rechts im Schaltplan) und den BD243 mit einen Kühlkörper versehen. Jetzt ist es aber so, dass der Kühlkörper schon nach kurzer Fahrtzeit so heiß wird, dass man sich daran die Finger verbrennt. Woran kann das liegen? Ist der BD243 einfach überhaupt nicht für sowas geeignet (was besseres habe ich leider zur Zeit nicht), oder stimmt was mit der Schaltung nicht? Ich habe die Darlingtonstufe mal unter vereinfachten Bedingungen mit LTSpice simuliert, wobei ich den Motor durch einen 1Ω Widerstand ersetzt habe. PWM-Frequenz ist ca. 1kHz. Selbst in diesem "Worst-case" kommt es in der Simulation nur zu einer durchschnittlichen Verlustleistung von 2W. Da leider alles schon verbaut ist, kann ich auch nicht viel mehr ändern, außer die PWM-Frequenz zu erhöhen und zu hoffen, dass die Reaktanz von der Motorinduktivität damit steigt, aber große Hoffnungen mache ich mir nicht. Außerdem sinkt damit die Reaktanz vom Entstörkondensator (100nF).
Der Darlington hat ca. 1V Spannugnsabfall, mal 4A macht satte 4W Verlustleistung bei 100% Tastverhältnis. Ob man einen Kühlkörper noch anfassen kann oder nicht ist egal, die TEMPERATUR ist entscheidend. 80°C sind kein Problem für den Transistor, nur für deinen Finger. D1 ist für PWM ungeeignet. Da muss eine schnelle Diode her, z.b. eine Schottky 1N5818, siehe https://www.mikrocontroller.net/articles/Dioden-%C3%9Cbersicht 1kHz ist schon recht viel, geh mal lieber runter. Wenn man einen Motor mit PWM ansteuert, darf der KEINE Entstörkondensatoren direkt am Motor haben! Denn die würden durch die PWM regelmäßig kurzgeschlossen!
Meß mal in durchgeschaltetem Zustand die Spannung am Kollektor T1. Ändere die Schaltung. Meß erneut!
1) Eventuell T1 weiter aufsteuern, dazu den Kollektor von Q2 über einen Vorwiderstand direkt an VPOWER legen. Leider wird dann T1 langsamer, je nach Sättigung. Oder: 2) Den Emitter von Q2 direkt an GND, Ansteuerung der BBasis über einen vergrösserten R5. Den Kollektor über 330 Ohm (?) an VPOWER legen und von diesem Kollektor aus einen MOSFET mit niedriger U(GS) steuern. Nachteil: Die Schaltfunktion ist dann invertiert. Vorteil: Je nach MOSFET kann der Motor dann mehr Spannung bekommen.
Der Widerstand R6 ist mit 10K auch viel zu hochohmig zum schnellen Sperren des BD243, und langsames Sperren bedeutet Verluste. Setze dort was im Bereich von 220R...680R ein.
Danke erstmal für die Hinweise. Da wie gesagt schon alles verbaut ist, habe ich erst mal versucht weiter zu simulieren und die von euch vorgeschlagenen Dinge zu untersuchen. Bei der Induktivität für die Wicklungen war ich mir nicht sicher, da habe ich gar kein Gefühl in welchen Dimensionen man sich da bewegt. Und LTSpice hatte keinen BD243, darum habe ich einen ähnlichen (?) Transistor genommen. @Falk: (Bild 1): Ich habe die Simulation mit und ohne Entstörkondensator laufen lassen und habe kaum Unterschiede feststellen können, in beiden Fällen wären es grad einmal 600mW bei 50% duty cycle. @Norbert: (Bild 2): Wenn ich keinen gemeinsamen Kollektor benutze, muss ich den von dir vorgeschlagenen Widerstand extrem klein wählen und selbst dann ist die Kollektorspannung vom Leistungstransistor größer als bei der Variante mit gemeinsamen Kollektor, also bliebe ja weniger für den Motor. @U. B.: 1) siehe Norbert, 2) Ja, wenn ich einen solchen MOSFET hätte, wäre sowieso vieles einfacher ;-) Bei der nächsten Bestellung kommt ein IRLZ34N auf die Liste. @ArnoR: probiere ich gleich mal
Verringern von dem 10k Widerstand bringt laut Simulation auch kaum was :(. Scheint so, dass ich da doch nochmal eine reale Schaltung aufbauen und testen sollte.
Niklas schrieb: >Da wie gesagt schon alles verbaut ist, >habe ich erst mal versucht weiter zu simulieren und die von euch >vorgeschlagenen Dinge zu untersuchen. >Scheint so, dass ich da doch nochmal eine reale Schaltung aufbauen >und testen sollte. Ich denke, es ist schon alles verbaut? Hast Du die Simulation auf einer simulierten Platine?
Ich kann die Darlingtonschaltung nachbauen, die gleichen Teile habe ich nochmal, das meinte ich damit ;). Nur den Motor da wieder dranzubauen wird nicht zu 100% "gleich", da ich über Krokoklemmen an das Steckbord müsste und die dazugehörigen Kontakt- und Leitungswiderstände verändern natürlich die Ergebnisse. Aber mal was anderes: im Datenblatt des BD243 steht eine Kollektor-Emitter Sättigungsspannung bei IC = 6A; IB = 1A von 1,5V. Bedeutet dass, er kann einfach gar nicht weiter durchschalten, egal wie weit ich die Schaltung optimiere? Darum war ja auch der Titel des Themas eine Frage nach dem Bauteil.
Ach verdammt bin ich blöd >.< Natürlich kann da nur Grütze passieren, wenn Q2 am Kollektor von T1 hängt, da hattet ihr schon recht. Wenn T1 leitet, gräbt er sich ja selber seinen Basisstrom weg, weil Q2 in dieser Form als eine art gesteuerte Spannungsrückkopplung fungiert. Die Schaltung hat einfach gar keinen Sinn gemacht :D
Niklas vermutete:
>Ach verdammt bin ich blöd.
Naja, das passiert schon mal im Gedränge auf dem Damenklo....
Gefahr erkannt -Gefahr gebannt!
Darlington-Schaltung taugt bei niedrigen Spannungen nicht zum Schalten. 2 Emitterschaltungen hintereinander bringen genug Strom.
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