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Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

Diskutiere Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule im Lehrling und Studi Forum Forum im Bereich WEITERE ELEKTROTECHNISCHE BEREICHE; Hallo zusammen, ich muss im Rahmen meiner Bachelorthesis eine Ansteuerung für eine Magnetspule mit Labview entwerfen. Die Spule arbeitet mit zwei...

  1. BRP

    BRP Schlitzeklopfer

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    Hallo zusammen,
    ich muss im Rahmen meiner Bachelorthesis eine Ansteuerung für eine Magnetspule mit Labview entwerfen.
    Die Spule arbeitet mit zwei verschiedenen Spannungen (Spannung 1 = 110V für 1ms, Spannung 2 = Haltespannung 12 V 30ms)
    Über Labview kann ich Spannungssignale (0-24V) erzeugen die an zwei verschiedenen Kanälen anlegen. Damit will ich zwei verschiedene Transistoren steuern (der erste für 110V, der zweite für 12V).
    Jetzt komm ich nicht wirklich weiter was die Transistorschaltung angeht.
    Für die zwei verschiedenen Spannungen würde ich zwei Netzgeräte hernehmen wo der Pluspol durchgeschalten wird wenn ein Signal von Labview ansteht. Der Minuspol soll an der Spule anliegen.
    Da ich bisher nur Beispiele gefunden habe wo Masse am Transistor anliegt wollte ich grundlegend erstmal wissen ob das so auch funktioniert, bzw. was ich beachten muss.
    Der Strom bewegt sich zwischen 0,5 und 5 A.
    Es wäre super wenn mir hierzu jemand einen Tipp geben könnte und mir beim Entwurf der Transistorschaltung behilflich sein könnte.

    Grüße BRP
     
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  3. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Ich würde es so machen
     

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  4. BRP

    BRP Schlitzeklopfer

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Danke für die schnelle Antwort.
    Ich muss jedoch gestehen, dass ich nicht verstehe wie es zu 4 Transistoren und den Widerständen kommt.
    Kann ich für diese Anwendung schlichte npn Mosfets verwenden? Und was muss ich tun um die Mosfets, Widerstände und Dioden zu dimensionieren?

    Grüße BRP
     
  5. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Mosfets machen die Sache nicht einfacher, und du brauchst da auch 2 N und 2 P-Mosfets.
    Ist eigentlich beides mal so, das wenn du + schalten willst auch + dein Bezugspunkt ist um den Transistor durchzusteuern. Da es aber 2 Unterschiedliche + Spannungen gibt, brauchst du einen 2. Transistor um den - zum gemeinsamen Bezugspunkt für die Ansteuerung zu machen. Eine Alternative wären 2 Transistoren+ 2 Optokoppler.
     
  6. BRP

    BRP Schlitzeklopfer

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Abend. Welche Vorteile würde mir den ein Mosfet hier jetzt bringen. Der Schaltungsaufbau würde ja gleich bleiben oder? Zu beachten ist, dass die Transistoren im Millisekundenbereich schalten sollen und sich der Strom so schnell wie möglich aufbauen soll. Dass zwei verschiedene Transistoren in der Schaltung integriert sind sehe ich, aber warum? Habe das noch nicht wirklich verstanden. Wie würdest du vorgehen bei der Bauteilauslegung? Müsste mir anhand dessen ja jetzt die einzelnen Komponenten berechnen. Angesteuert werden die zwei Transistoren mit einer Spannung (wählbar) zwischen 6-30V. Grüße und danke BRP
     
  7. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Na gut, die Funktion von allen Transistortypen würde den Rahmen hier sprengen, aber ich erkläre mal kurz die Schaltung zumindest einen Zweig.
    T3 ist ein NPN Transistor. Bei diesem ist der Emitter an -. + an der Basis bewirkt einen Basisstrom zum Emitter. Dieser Strom steuert einen 2 Strom vom Kollektor zum Emitter. Wenn du also für einen Basisstrom von 1mA sorgst, und der Transistor eine Stromverstärkung von 100 hat, können max.100mA im Kollektor fließen. T1 ist ein PNP Transistor, der funktioniert genau anders herum. Er brauch praktisch einen negativen Strom zur Basis. selbigen liefert der Kollektor von T3. Wenn man wie in diesem Fall Transistoren als Schalter verwenden will, betreibt man sie in Sättigung, also mit einem viel höheren Basisstrom als wie für den Kollektorstrom nötig wäre. Dadurch ist er immer voll durchgesteuert, und über Emitter und Kollektor hat man dann eine Durchlassspannung von 0,3-0,4V.
    Wenn T3 also durchgesteuert ist, liegt am Kollektor 0,3V an gegen - gemessen. Der senkrechte Widerstand begrenzt den Basisstrom von T1. Die Spannung von Basis zu Emitter ist immer 0,6-0,7V.
    T1 hängt an 12V, an der Basis hab ich also im durchgesteuerten Zustand 11,3V. Am Kollektor von T3 hab ich 0,3V macht eine Spannungsdifferenz von 11V. Angenommen T1 kann 3A Kollektorstrom vertragen und hat eine Verstärkung von 100, dann brauch ich mindestens 30mA Basisstrom. 50 oder 100mA schaden da aber auch nicht. Der Widerstand errechnet sich daher 11V/0,05A= 220 Ohm. Der waagerechte Widerstand muss nur den minimalen Strom, den T3 im gesperrten Zustand durchlässt eliminieren. Er kann daher z.B.100 Kohm sein. Genau so eine Widerstandskombination gehört auch noch vor T3 und T4 wobei der Basiswiderstand von der Ansteuerspannung abhängt. 1ms ist für keinen Transistor ein Problem egal ob bipolar oder Feldeffekt. Bei einem Mosfet ist es ähnlich wie bei einem Bipolartransistor. Es gibt dort auch P und N-kanal Typen. zu vergleichen mit PNP und NPN. Beim Mosfet fließt nur kein Strom von Gate(Basis) zu Source(Emitter) sondern man steuert mit Spannung Dabei verhält sich die Gate-Source Strecke im Prinzip wie ein Kondensator. je mehr Leistung die Mosfets haben, umso größer die Kapazität. Es fließt also nur ein Kurzer Ladestrom bis die nötige Gatespannung erreicht ist. Die Source(Emitter)-Drain(Kollektor) Strecke verhält sich dabei wie ein änderbarer Widerstand. Wenn man ihn voll durchsteuert, hängt die Source-Drain Spannung vom Strom und dem min. Source Drain Widerstand ab. Die Schaltgeschwindigkeit eines Mosfets wird gerade bei Leistungstypen durch die hohe Gatekapazität begrenzt. Weil der Umladestrom dann sehr hoch sein muss. Deshalb nimmt man dann bei sehr hohen Leistungen und hohen Frequenzen (z.B.für Servoantriebe) sogenannte Igbits. Das ist eine Kombination aus einem "kleinen" Mosfet und einem Leistungsbipolartransistor.
     
  8. BRP

    BRP Schlitzeklopfer

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Morgen.
    Erstmal vielen Dank für die detaillierte Beschreibung.
    Ich habe jetzt mal den Zweig für 110V durchgerechnet, habe aber noch 2 Fragen dazu.
    Folgende Berechnung habe ich durchgeführt:
    Spulenstrom im 110V Betrieb Vorgabe 5A. ==> IC sollte demnach ca. 10 A sein. Anhand dessen habe ich den pnp Transistor BDX33B mit IC 10A, UCE0 100 V, hFE min. 750 bei Conrad ausgesucht. Passt das mit den 100 V oder muss ich hier auf etwas höheres gehen?
    Mit dem Verstärkungsfaktor errechne ich IB, multipliziere ihn mal mit 3 damit der Transistor sicher durchschaltet. IB ist dann ca 40mA. Jetzt muss ich von den 110V die Kollektorspannung 0,3 V von T4 und UBE 0,6-0,7V abziehen und lande damit bei 109V. Wie komme ich aber auf diese beiden Spannungen? Insbesondere die 0,3V von T4 verstehe ich nicht. Sind das Standardwerte die ich bei jedem Transistor verwende oder wo finde ich die im Datenblatt? Daraus bekomme ich dann einen RB von 2,7kOhm. Kann ich hierfür einen einfacheren Widerstand mit max. 250V, 2,7kOhm mit Nennlast 0,25W nehmen oder muss ich mir mit P=U*I die Leistung (5W) berechnen und dann einen Widerstand mit 5W 2,7kOhm auswählen?
    Damit muss ich ja jetzt den T4 sowie die erwähnte Widerstandskombination vor T4 berechnen. Reicht es hier einen einzelnen Vorwiderstand dazwischenzuschalten? Nehmen wir mal an die Steuerspannung beträgt immer 12V. Oder wie muss diese Widerstandskombinaton dann aussehen?+ Ich weiß jetzt nicht wie ich diesen Transistor dann berechne. Wäre super wenn du mir hierzu noch einen Input geben könntest.
     
  9. #8 süddeutshland_elektriker, 18.10.2013
    süddeutshland_elektriker

    süddeutshland_elektriker Spannungsgeprüft

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Und, sofern Du das funktionsfähig aufbauen mußt: Bei Einsatz von MOSFET mußt Du die Spannung am Gate begrenzen. Die meisten Typen vertragen maximal 20V,
    also ist eine 15v (bzw. 18V) eine gängige und kaufbare Wahl für die Spannungsbegrenzende Diode.
    Du benötigst für jeden P-Mosfet eine Z-diode.


    die Widerstandkombination vor T4: Der Bassistrom ergibt sich aus dem Kollektorstrom dividiert durch den Stromversärkungsfaktor von T4, und dann multipliziert mit einem Sichehrheitsfaktor -- typisch z.b. Faktor 5, um sicheres Druchschalten zu gewährleisten.

    Um das mal mit Zahlen zu vernschaulichen: T4 habe einen verstärkungsfaktor von 50, es sollen 2 mA Kollektorstrom fließen.
    Dann ist der Basisstrom 0,04 mA, mit dem Faktor5 also 0,2mA. Bei 12V am Eingang müssen 12-0,7V Spannung am Basis-Widerstand abfallen, was uns 51 kOhm wählen läßt (nächstgelegener kaufbarer Wert der E24 Reihe)
    Die 0,7 V sind eine grober Richt-Wert für die Basis-Emiterspannung eines Silizium Bipolartransistors.
    Ein BDX33B ist ein Darlingtontransitor, hat also 2 in Serie geshcaltete pn ünergänge und somit ca. 1,4 V.
    Aber ein BDX33B als 100V Transstor ist unzureichend für 110V Schaltungen, das am Rande erwähnt.
    Schau mal z.B. bei Motorola im Datenbuch, da gibt es gute pnp bzw. npn Hochvolt T's.

    Das ganze wird einfacher mit N-Mosfet, hier ist der Gatestrom dicht bei 0 im statischen Fall.
    R ist also auch höher wählbar. Da Du aber anfangs 6...30v eingangsspanung erwähnt hast, benötigst Du hier wieder je eine Z-Diode für das Gate der N-Mosfet.

    Und, wenn wir es schon richtig machen: Damit das Ein-/ausschalten richtig Schnell geht, sollte man Treiber ICs nehmen.
    Für schaltzeiten im Millisekundnebereich genügt aber die Widerstandsvariante.

    Ich hoffe, das war ausreichend erklärt und hat Dich nicht verwirrt.
     
  10. BRP

    BRP Schlitzeklopfer

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    Sind die 2mA Kollektorstrom die an T4 entstehen sollen, dann der Strom der zum Betrieb von Transistor 2 an der Basis notwendig ist oder? Dann könnte ich jetzt den Basisstrom der 40mA ist hernehmen und sagen das ist mein Kollektorstrom von Transistor 4 und dann mit der Verstärkung auf den Basiswiderstand von T4 kommen oder? Genügt das einen einzigen basiswiderstand vor T4 zu schalten? Die Mosfetgeschichte würde ich mir anschauen wenn ich diese eine Schaltung mit Transistoren fertig habe. Muss da Stück für Stück vorgehen :) Kannst du mir nen Link schicken von dem Transistor der mehr als 110V ab kann bei einem Ic von 10 A? Finde da nichts. Vielen Dank
     
  11. #10 süddeutshland_elektriker, 18.10.2013
    süddeutshland_elektriker

    süddeutshland_elektriker Spannungsgeprüft

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    AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

    > ich muss im Rahmen meiner Bachelorthesis eine Ansteuerung für eine Magnetspule mit Labview entwerfen

    Gegenfrage: Ich finde da bisher fast nix von Deiner eigenen Leistung -- sorry aber mit all den Hinweisen die Dir bereits gegeben wurden würde ich sagen nach 90 Minuten zw. meiner Antwort und Deiner ein "...finde da nix" zu lesen finde ich gelinde gesagt frech.

    Sorry, ich fürchte ich muss Dir sagen: Deine Hausaufgaben machen wir hier sicher nicht.

    google findet das Datenbuch von jeglichen Transistorherstellern zügig, und jedes Datenbuch hat eine sogenannte parametrische Suche. Damit erhälst/findest Du eine shortlist möglicher Transistoren.
     
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