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Topic: Bitte um Prüfung dieser Schaltung für Mosfetansteuerung (IRLZ44N) (Read 16662 times) previous topic - next topic

michael_x

Zum einen ein Reflex :  Kfz  -->  Achtung, reichlich Störungen.
Zum anderen sicher schlechte Erfahrungen, dass da schon mal unerklärliche Dinge passieren bei Elektronik im Auto..

Nicht nur die (beim Diesel fehlenden) Zündfunken, neben dem Anlasser können auch andere Motoren schon mal Störungen erzeugen.

Katzabrack

Da es ein älterer LKW ohne Extras aller Art (mit Ausnahme einer hydraulischen Servolenkung) und ohne Elektronik ist, kommt da eigentlich "nur" die Lichtmaschine als Störquelle in Frage. Das sollte beherschbar sein, meine ich. Weiß allerdings nicht, was das für Spannungsspitzen vorkommen können (ist ja immerhin ein 24-V-System).
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

guntherb

#32
Mar 13, 2014, 01:37 pm Last Edit: Mar 13, 2014, 01:41 pm by guntherb Reason: 1
Die Störungen kommen vor allem von abschaltenden Ventilen, schlecht entstörten elektronischen Geräten, Motoren, Funken beim Fremdstart etc. letztlich reicht ein Magnetventil mit Wackelkontakt, um eine Serie  energiereicher 200V Pulse durch die Leitungen zu jagen.
Mag sein, dass ich da etwas übervorsichtig bin, aber ich komme aus der Branche und kenne die Anforderungen an die Elektroniken und auch die Prüfpulse, mit denen die getestet werden. Letztlich geht es hier auch um Wahrscheinlichkeiten: Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass es passiert, wie groß wäre der Schaden und wie groß der Aufwand, und ihn zu verhindern. Wenn man 500.000 Elektroniken pro Jahr baut, ist es ganz schnell billiger, ein bisschen Schutz zu spendieren. Für das private Einzelstück mag das manchmal übertrieben sein. Vor allem, wenn man, wie in deinem Falle, alle am Netz angeschlossenen Verbraucher selbst im Griff hat. Also, ja, 100V reichen. :)

Zu der Schutzschaltung des AD-Einganges:
Der Unterschied zwischen deiner und meiner Schaltung ist eine Diode:
Du hast eine Z-Diode, ich zwei Schottkys.
Der ATmega hat an seinen Eingängen bereits eine Diodenschutzbeschaltung, die ihn vor Über- und Unterspannung schützen. Die werden leitend, wenn die Eingangsspannung um eine Diodenspannung über VCC bzw unter GND liegt.

Normalerweise reicht die aus. Meine Schaltung macht nix anderes, als parallel zu den internen Schutzdioden noch jeweils eine Schottky zu schalten, die entsprechend früher anfangen zu leiten. (und etwas robuster sind).
die Funktion ist ganz einfach:
Steigt die Spannung über 5,3V fängt die obere Schottky-Diode zu leiten an und die überschüssige Spannung wird auf die Versorgung des Arduino abgeleitet. Entsprechend, wenn die Spannung unter -0,3V absinkt.

Die diversen Kondensatoren sind zum glätten des Signals, damit du vernünftige Werte bekommst und nicht jeden Störer siehst, die bräuchtest du bei deiner Schaltung auch. (Abtasttheorem)

Zur Z-Diode: Ich habs mal simuliert. Deinen Spannungsteiler 24,1k / 4,7K einmal mit und einmal ohne Z-Diode. Da kannst du schön sehen, wie die beiden Kurven auseinanderlaufen. Bei den geringen Strömen, die bei einer AD-Messung fließen, wirken sich die kleinen Leckströme der Z-Diode katastrophal aus.


Quote
Ausbalancieren wollte ich bei Bedarf später noch nachrüsten. Im Moment sollen die Zellen nur vor Tiefentladung und Überladung geschützt werden. 1,5% Genauigkeit würde mir genügen. Das wären bei einem durschnittlichen Messwert von 3,40 V nur rund 50 mV. Damit könnte ich gut leben.

Das war vielleicht falsch ausgedrückt. die 1,5% hast du nicht auf 3,4V, sonder auf die gesamte gemessene Spannung, wenn du zwei vergleichst. Eigentlich sind es 2 * 0,8%. Also: 28,8V +/-0,8% - 25,2+/-0,8% = 3,6V +/- 0,43V
Quote
Oder meinst Du ich sollte mich besser mit der Schaltung von TERMI anfreunden?

Welche meinst du?


Quote
Wenn es technisch kein Problem ist, die Massen zusammen zulegen, habe ich damit auch kein Problem. Je ein 25²-Kabel (Plus und eben Masse vom Fahrgestell) habe ich bereits im Aufbau um die Ladebooster zu versorgen. Der Anschluss wäre daher kein Thema.

Das klingt nach einem guten Plan! Es liegt mir fern, etwas gegen deinen Bauch zu sagen, aber mit Masseverbindung ist das besser!



Grüße
Gunther

Katzabrack


Die Störungen kommen vor allem von abschaltenden Ventilen, schlecht entstörten elektronischen Geräten, Motoren, Funken beim Fremdstart etc. letztlich reicht ein Magnetventil mit Wackelkontakt, um eine Serie  energiereicher 200V Pulse durch die Leitungen zu jagen.
Mag sein, dass ich da etwas übervorsichtig bin, aber ich komme aus der Branche und kenne die Anforderungen an die Elektroniken und auch die Prüfpulse, mit denen die getestet werden. Letztlich geht es hier auch um Wahrscheinlichkeiten: Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass es passiert, wie groß wäre der Schaden und wie groß der Aufwand, und ihn zu verhindern. Wenn man 500.000 Elektroniken pro Jahr baut, ist es ganz schnell billiger, ein bisschen Schutz zu spendieren. Für das private Einzelstück mag das manchmal übertrieben sein. Vor allem, wenn man, wie in deinem Falle, alle am Netz angeschlossenen Verbraucher selbst im Griff hat. Also, ja, 100V reichen. :)

Ok, prima.


Zu der Schutzschaltung des AD-Einganges:
Der Unterschied zwischen deiner und meiner Schaltung ist eine Diode:
Du hast eine Z-Diode, ich zwei Schottkys.
Der ATmega hat an seinen Eingängen bereits eine Diodenschutzbeschaltung, die ihn vor Über- und Unterspannung schützen. Die werden leitend, wenn die Eingangsspannung um eine Diodenspannung über VCC bzw unter GND liegt.

Normalerweise reicht die aus. Meine Schaltung macht nix anderes, als parallel zu den internen Schutzdioden noch jeweils eine Schottky zu schalten, die entsprechend früher anfangen zu leiten. (und etwas robuster sind).
die Funktion ist ganz einfach:
Steigt die Spannung über 5,3V fängt die obere Schottky-Diode zu leiten an und die überschüssige Spannung wird auf die Versorgung des Arduino abgeleitet. Entsprechend, wenn die Spannung unter -0,3V absinkt.

Die diversen Kondensatoren sind zum glätten des Signals, damit du vernünftige Werte bekommst und nicht jeden Störer siehst, die bräuchtest du bei deiner Schaltung auch. (Abtasttheorem)

Zur Z-Diode: Ich habs mal simuliert. Deinen Spannungsteiler 24,1k / 4,7K einmal mit und einmal ohne Z-Diode. Da kannst du schön sehen, wie die beiden Kurven auseinanderlaufen. Bei den geringen Strömen, die bei einer AD-Messung fließen, wirken sich die kleinen Leckströme der Z-Diode katastrophal aus.

Danke für die ausführliche Erklärung und auch für die Simulation. Die Erklärung ist bestimmt gut, wenn man etwas mehr Ahnung hat als ich. Nimm es daher bitte nicht persönlich, wenn ich es nicht ganz verstanden habe. Das mit der Zehnerdiode glaube aber habe ich verstanden:. Die fängt zu früh zu leiten an und "zieht" daher Strom. Dadurch ergibt sich ein Spannungfall und verfälscht das Messergebnis. Also so könnte ich es mir zumindest vorstellen - muss aber nicht ausdiskutiert werden :)

Ich habe jetzt Deine Schaltung für mich neu gezeichnet und hänge sie anbei an. Ich wäre Dir sehr dankbar, wenn Du sie noch einmal ansehen könntest, ob es so stimmt. Einen 39k-Widerstand mit 0,1% Toleranz habe ich bei Reichelt nicht gefunden und daher einen mit 43k genommen. Die beiden Widerstände für die Startbatterie habe ich geschätzt :).

Wie genau ist dann diese Schaltung gegenüber den 1,5% von "meiner" alten?


Quote
Ausbalancieren wollte ich bei Bedarf später noch nachrüsten. Im Moment sollen die Zellen nur vor Tiefentladung und Überladung geschützt werden. 1,5% Genauigkeit würde mir genügen. Das wären bei einem durschnittlichen Messwert von 3,40 V nur rund 50 mV. Damit könnte ich gut leben.

Das war vielleicht falsch ausgedrückt. die 1,5% hast du nicht auf 3,4V, sonder auf die gesamte gemessene Spannung, wenn du zwei vergleichst. Eigentlich sind es 2 * 0,8%. Also: 28,8V +/-0,8% - 25,2+/-0,8% = 3,6V +/- 0,43V
Quote
Oder meinst Du ich sollte mich besser mit der Schaltung von TERMI anfreunden?

Welche meinst du?

Entschuldige, ich meinte diese hier.


Quote
Wenn es technisch kein Problem ist, die Massen zusammen zulegen, habe ich damit auch kein Problem. Je ein 25²-Kabel (Plus und eben Masse vom Fahrgestell) habe ich bereits im Aufbau um die Ladebooster zu versorgen. Der Anschluss wäre daher kein Thema.

Das klingt nach einem guten Plan! Es liegt mir fern, etwas gegen deinen Bauch zu sagen, aber mit Masseverbindung ist das besser!

Ok, Fachwissen und Erfahrung schlagen Bauch  :)
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

guntherb

#34
Mar 14, 2014, 10:59 am Last Edit: Mar 14, 2014, 11:09 am by guntherb Reason: 1

Ich habe jetzt Deine Schaltung für mich neu gezeichnet und hänge sie anbei an. Ich wäre Dir sehr dankbar, wenn Du sie noch einmal ansehen könntest, ob es so stimmt. Einen 39k-Widerstand mit 0,1% Toleranz habe ich bei Reichelt nicht gefunden und daher einen mit 43k genommen. Die beiden Widerstände für die Startbatterie habe ich geschätzt :).

Im Prinzip passt deine Schaltung so.
Nur bei 3,6V scheint was schief gegangen zu sein, aber das ist denke ich nur in der Zeichnung.
Und bei der Messung der Starterbattiere hast du die Spannungteiler etwas knapp ausgelegt. Da kannst du, vor allem wenn die 5V des Arduino an der unteren Toleranz liegen, keine Überspannung mehr messen. Hier würde ich die 18K und 47k auf 22k und 56k tauschen.

Wie genau ist dann diese Schaltung gegenüber den 1,5% von "meiner" alten?

Da hat sich nichts geändert. Deine "alte" hätte schlicht falsch gemessen.

Quote
Oder meinst Du ich sollte mich besser mit der Schaltung von TERMI anfreunden?
Wenn du wirklich die einzelnen Zellen des Akkus genau überwachen willst, dann mußt du wohl die nehmen.

Du kannst in der Genauigkeit noch war rausholen, in dem du die Faktoren mit denen du aus dem AD-Wert die Spannung errechnest nicht nur aus den Widerstandsverhältnissen errechnest, sondern auch noch mittels eines Multimeters nachmisst und angleichst.
Die von mir gerechneten Werte sind worst case. In der Praxis sollte das viel besser sein. Zwar macht der AD Fehler, aber man kann davon ausgehen, dass der Fehler bei jeder Messung in die gleiche Richtung geht. Wenn du dann die Differenz zweier Messungen nimmst, sollte das halbwegs genau sein.
Teste das sicherheitshalber auch wenn die Schaltung warm und kalt ist. Schliesslich soll das ja auch im Hochsommer mit Sonneneinstrahlung und im Winter funktionieren.
Grüße
Gunther

Katzabrack



Ich habe jetzt Deine Schaltung für mich neu gezeichnet und hänge sie anbei an. Ich wäre Dir sehr dankbar, wenn Du sie noch einmal ansehen könntest, ob es so stimmt. Einen 39k-Widerstand mit 0,1% Toleranz habe ich bei Reichelt nicht gefunden und daher einen mit 43k genommen. Die beiden Widerstände für die Startbatterie habe ich geschätzt :).

Im Prinzip passt deine Schaltung so.
Nur bei 3,6V scheint was schief gegangen zu sein, aber das ist denke ich nur in der Zeichnung.

Nein, da ist nichts schiefgegangen - ich dachte, das passt so  :smiley-red:. Habe es nun korrigiert und hoffe, es stimmt jetzt.


Und bei der Messung der Starterbattiere hast du die Spannungteiler etwas knapp ausgelegt. Da kannst du, vor allem wenn die 5V des Arduino an der unteren Toleranz liegen, keine Überspannung mehr messen. Hier würde ich die 18K und 47k auf 22k und 56k tauschen.

Ok, danke - habe ich gemacht.



Wie genau ist dann diese Schaltung gegenüber den 1,5% von "meiner" alten?

Da hat sich nichts geändert. Deine "alte" hätte schlicht falsch gemessen.

Ok, gleiche Genauigkeit aber funktioniert jetzt  XD.


Quote
Oder meinst Du ich sollte mich besser mit der Schaltung von TERMI anfreunden?
Wenn du wirklich die einzelnen Zellen des Akkus genau überwachen willst, dann mußt du wohl die nehmen.

Im Moment ist das Balancieren noch nicht geplant. Daher versuche ich es zunächst mit Deiner Schaltung. Falls ich später das Ausbalancieren noch nachrüste, kann ich immer noch die TERMI-Schaltung nehmen.


Du kannst in der Genauigkeit noch war rausholen, in dem du die Faktoren mit denen du aus dem AD-Wert die Spannung errechnest nicht nur aus den Widerstandsverhältnissen errechnest, sondern auch noch mittels eines Multimeters nachmisst und angleichst.
Die von mir gerechneten Werte sind worst case. In der Praxis sollte das viel besser sein. Zwar macht der AD Fehler, aber man kann davon ausgehen, dass der Fehler bei jeder Messung in die gleiche Richtung geht. Wenn du dann die Differenz zweier Messungen nimmst, sollte das halbwegs genau sein.
Teste das sicherheitshalber auch wenn die Schaltung warm und kalt ist. Schliesslich soll das ja auch im Hochsommer mit Sonneneinstrahlung und im Winter funktionieren.

Ja, werde fleißig messen (habe mir extra ein besseres Messgerät wegen den Zellen gekauft).

Nochmals vielen Dank für Deine gute Hilfe! Ich baue das jetzt so und hoffe, dass es klappt.

Viele Grüße
Peter
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

guntherb




Nein, da ist nichts schiefgegangen - ich dachte, das passt so  :smiley-red:. Habe es nun korrigiert und hoffe, es stimmt jetzt.

Fast. Es fehlt noch ein Widerstand R7x (1k-10k, egal) in der Leitung zwischen dem Batterieanschluß(X7a.1) und dem Punkt zwischen den Dioden. Der ist nur da um im Falle einer Überspannung den Stromfluß zu begrenzen.


Quote
Nochmals vielen Dank für Deine gute Hilfe! Ich baue das jetzt so und hoffe, dass es klappt.

Gerne!
Halt uns auf dem laufenden.
Grüße
Gunther

Katzabrack





Nein, da ist nichts schiefgegangen - ich dachte, das passt so  :smiley-red:. Habe es nun korrigiert und hoffe, es stimmt jetzt.

Fast. Es fehlt noch ein Widerstand R7x (1k-10k, egal) in der Leitung zwischen dem Batterieanschluß(X7a.1) und dem Punkt zwischen den Dioden. Der ist nur da um im Falle einer Überspannung den Stromfluß zu begrenzen.

Habe ihn eingefügt (siehe Anlage) - danke!


Quote
Nochmals vielen Dank für Deine gute Hilfe! Ich baue das jetzt so und hoffe, dass es klappt.

Gerne!
Halt uns auf dem laufenden.

Will ich nicht versprechen. Wenn ich daran denke, gerne. Man liest in 90% aller Forenbeiträge, wo geschrieben wurde, dass eine Rückmeldung erfolgt, nichts mehr. Möchte nicht aus zu den 90% gehören :).

Danke noch einmal!

Gruß
Peter
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

guntherb

Quote
Habe ihn eingefügt (siehe Anlage) - danke!

passt!
Grüße
Gunther

Katzabrack


Quote
Habe ihn eingefügt (siehe Anlage) - danke!

passt!

Danke Dir. Anbei eine kleine Erfrischung - hast Du Dir redlich verdient :).

Viele Grüße
Peter
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

Serenifly

Wegen der TERWI-Schaltung:

Ich habe später doch einen (eigentlich offensichtlichen) Multiplexer gefunden, der eine höhere Spannung verträgt. Damit ist die Sache mit der virtuellen Masse überflüssig, und TERWI hat auch in einem anderen Thread einen entsprechenden Plan gepostet:
http://forum.arduino.cc/index.php?topic=185359.msg1376560#msg1376560

Die virtuelle Masse war zwar eine super Lösung für das Problem, aber macht das Ganze auch etwas komplizierter


Katzabrack

Vielen Dank für den Hinweis! Ich habe mich mit der Schaltung noch nicht näher befasst, da ich zunächst nur einen Schutz gegen Über- und Tiefentladung benötige.

Ich habe auch gelesen, dass das Ausbalancieren nicht unbedingt erforderlich sein muss. Selbst, wenn ich alle 2-3 Monate mal die Zellen von Hand nachladen muss, ist das auch nicht so tragisch. Daher warte ich den Praxisbetrieb ab, ob sich der Aufwand überhaupt lohnt.

Danke dennoch fürs mitlesen und informieren!

Gruß
Peter
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

Katzabrack

Hallo zusammen,

ich möchte eine kurze Rückmeldung zur Funktionalität der Messschaltung geben. Nach bisheriger Erfahrung funktioniert sie sehr gut. Danke an dieser Stelle noch einmal an Günther!

Mein Programm misst akutell alle 10 Sekunden die Spannungswerte und summiert diese 6x auf und berechnet daraus dann den Mittelwert. D. h. ich bekomme aufs Handy im Minutentakt die Spannungswerte. Diese weichen zwischen 30 und 40 mV von den gemessenen Werten ab (meist nach oben), womit ich prima leben kann.

Eine Balancerschaltung hatte ich ja nicht eingebaut und die Zellen vor knapp 2 Monaten das letzte mal von Hand ausbalanciert. Im Moment liegen die Zellen fast exakt auf einer Spannung (3,37 V). Nur 1 oder 2 Zellen liegen bei 3,36 V, wobei das auch immer wieder variiert. Ich hatte zwischendurch auch schon größere Differenzen, aber auch nichts Besorgniserregendes.

Meine Vermutung ist, dass man eine Balancerschaltung nur benötigt, wenn man extrem hohe Lade-/Entladeströme hat, was bei mir nicht der Fall ist. So bin ich froh, dass ich auf diese Investion verzichtet habe.

Auch die  Mosfets funktionieren wie erwartet. Nur das Geräusch bei den Lüftern ist störend, so dass ich hier noch nach einer Lösung sehen werde.

Danke noch einmal an alle, die geholfen haben! Ich habe die Schaltung nach Plan aufgebaut und sie hat auf Anhieb funktioniert. Damit hätte ich als Elektroniklaie nicht gerechnet und war sehr erfreut.

Viele Grüße
Peter
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

guntherb

Vielen Dank für die Rückmeldung!
Ich finde es sehr schön, von solchen Projekten auch mal eine späte Erfolgsmeldung zu hören.
Leider ist es oft so, dass man nach erfolgter Beratung nie wieder was hört, was aus dem Projekt geworden ist.

Deshalb vielen Dank dafür und viel Erfolg bei weiteren Projekten!
Grüße
Gunther

Katzabrack

Leider ist es oft so, dass man nach erfolgter Beratung nie wieder was hört, was aus dem Projekt geworden ist.

Ja, das kenne ich aus eigener Erfahrung. Ich habe früher selbst viel in Foren mitgearbeitet und Rückmeldungen waren je nach Forum eher die Ausnahme.

Es war Gott, der mich an meinen Beitrag die letzten Tage immer wieder erinnert hat (ich habe mir keinen Termin erstellt) und das in einer Zeit, wo ich ganz andere Dinge zu tun habe. Daher gebe ich Deinen Dank ihm weiter  ;)

Viele Grüße und danke auch für Deine Rückmeldung wiederrum!
Peter
Arduino Uno Rev. 3 | Arduino Mega 2560 Rev. 3

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