Modifikationen
Gerade wenn man plant, mit der Schaltung einen Motor anzusteuern, kann es interessant sein, die PWM-Frequenz ändern zu können.
So kann man ein bisschen herumprobieren, mit welcher Frequenz der Motor gut klarkommt und wo man die Ansteuerung am wenigsten/garnicht durch
Schwingungen des Motors hört. Dazu empfiehlt es sich, R1003 durch einen Trimmer zu ersetzen, der Platz reicht für Reichelt PT 6-S (21ct) oder
RT 10-S (13ct) aus. Hierbei müssen 2 Pins des Trimmers verbunden werden, damit man nur noch einen einstellbaren Widerstand erhält. Je
kleiner man den Widerstand macht, desto größer wird die Frequenz, wenn man einen 10kOhm-Trimmer verwendet, hat man den Bereich von 200Hz bis
ca. 10kHz (bei 100Ohm) zur Verfügung. Baut man einen 10nF-Kondensator ein, hat man mit dem gleichen Poti einen Bereich von 1,8kHz bis ca. 70kHz zur
Verfügung (ich garantiere jedoch nicht dafür, dass man dann nicht langsam einen Funkstörsender baut, außerdem dürfte so eine hohe Frequenz auch keinen
Sinn machen, da die Verluste im FET mit der Frequenz zunehmen).
Bei normaler Verwendung mit ein paar LEDs sollte der FET eigentlich keine Kühlung benötigen, er hat einen Widerstand im
durchgeschalteten Zustand (R_on) von 0,06Ohm. In der Simulation ergibt sich selbst bei 6A nur ein Verlust von knapp 800mW, was er eigentlich in der
freien Luft abführen können sollte, oder einen ganz kleinen Kühlkörper braucht. Erst wenn man bei diesem großen Strom auch noch mit der Frequenz
hochgeht, sollte man einen etwas größeren Kühlkörper vorsehen (6A@20kHz: 1,3W).
Bei der Ansteuerung von LEDs ist es natürlich interessant, die Schaltung mit nur 5V zu betreiben, denn dann kann man kleinere
Vorwiderstände verwenden und verschwendet nicht so viel Leistung an den Widerständen. Ein Betrieb mit 5V ist problemlos möglich, jedoch sollte man
dann wirklich den TLC272 und nicht einen TL072 verwenden, denn da der TL072 mit seinem Ausgang nur bis auf ca. 1,5V an die Versorgungsspannungen
rankommt, wird der FET nicht richtig durchgeschaltet. Auch mit dem TLC272 ist der FET jedoch nicht mehr so niederohmig wie mit 12V, der Widerstand
beträgt ca. 0,12 Ohm. Hier ist schon ab ca. 3 Ampere ein Kühlkörper empfehlenswert.
Außerdem wird beim Betreib mit niedrigerer Spannung der tote
Bereich am Potentiometer größer. Deswegen empfiehlt es sich, in beide Zuleitungen zum Potentiometer einen Widerstand von ca. 10kOhm einzubauen
(wenn man gleich 10 von denen kauft geht außerdem der Stückpreis runter ;) ). Wenn man den toten Bereich bei 12V verringern möchte
empfehlen sich 2,2kOhm. Einer dieser Widerstände muss in die Leitung senkrecht nach unten vom Poti-Anschluss eingebaut werden. Der andere kommt
waagerecht oberhalb vom Operationsverstärker hin, hierbei muss man die Leitung unterm Widerstand ein wenig weiterführen, denn der Operationsverstärker
muss direkt mit der Molex-Buchse verbunden sein. Beim Betrieb mit 5V muss man diese Leitung natürlich an den linken Pin der Buchse anschließen, also
am besten von R1001 nach unten anstatt unter N1002 hindurch zum rechten Pin.
Funktionsweise
Die Schaltung besteht hauptsächlich aus den beiden Operationsverstärkern und dem FET (als Leistungstreiber). Der erste
Operationsverstärker erzeugt eine ungefähr dreieckige Spannung, der zweite vergleicht diese dann mit der vom Poti gelieferten Referenzspannung und
erzeugt so das PWM-Signal, welches den FET ansteuert.
Funktionsweise des Oszillators: Nehmen wir an, C1002 ist am Anfang ungeladen, dann liegen am nichtinvertierenden Eingang des OPV 6V
an (Spannungsteiler mit R1001 und R1002), am invertierenden 0V. Der OPV gibt an seinem Ausgang die Differenz zwischen den Eingängen millionenfach
verstärkt aus, somit liegen am Ausgang ca. 11V an (er kommt aufgrund interner Limitierungen nicht ganz an die positive Versorgungsspannung
ran). Nun wird jedoch der Kondensator durch R1003 geladen (somit bestimmt der Wert von R1003 die Länge des Ladevorgangs). Durch R1000 liegen
am nichtinvertierenden Eingang nun jedoch ca. 10V an. Wenn der Kondensator soweit aufgeladen ist, dass die Spannung an ihm (und somit auch am
nichtinvertierenden Eingang) 10V übersteigt, so schaltet der Operationsverstärker um. Da die Differenz zwischen seinen Eingängen nun negativ ist,
versucht er auch eine negative Spannung auszugeben. Er hat jedoch keine solche als Versorgungsspannung zur Verfügung, somit geht er mit seinem Ausgang
so nah wie möglich an Masse ran. Hier kommt nun eine Besonderheit des TLC272 im Vergleich zu gewöhnlichen Operationsverstärkern zum Zuge, er kann
nämlich mit der Ausgangsspannung anders als z. B. der TL07x oder LM741 bis auf wenige mV an seine negative Versorungsspannung (in diesem Fall 0V)
heran. Nun wird der Kondensator über R1003 wieder entladen (wiederrum ist die Zeitdauer von der Größe des Kondensators und dem Wert von R1003
abhängig). Das Entladen stoppt, wenn die Spannung am Kondensator die Spannung am nichtnegativen Eingang unterschreitet (bei ca. 1V).
Danach beginnt der Zyklus von vorne...
Die Spannung am Kondensator entspricht dabei stets einem Ausschnitt aus der (exponentiellen) Lade- bzw. Entladekurve eines Kondensators, ist also nicht
wirklich dreieckförmig, aber für unsere Zwecke ausreichend.
Diese Spannung wird nun am zweiten Operationsverstärker mit der am Poti gewählten Spannung verglichen. Immer wenn die Spannung am
Poti größer ist als die oszillierende Spannung, gibt der Operationsverstärker ca. 11V aus (da dann die Differenz zwischen seinen Eingängen positiv ist).
Dies sieht man sehr anschaulich am Bild (Screenshot aus LTSpice). Blau ist die vom
Oszillator gelieferte Spannung, grün die Refernzspannung vom Poti, rot das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers.

Das rote Ausgangssignal ist dann mit dem Gate des P-MOSFETs verbunden. Da ein P-Feldeffekttransistor dann leitet, wenn die Spannung an
seinem Gate kleiner ist als an seinem Source-Anschluss (wie man in OlafSTs
Artikel über FETs nachlesen kann, wird die Last in dem auf dem Bild zu sehenden Beispiel mit ca. 80% betrieben.
Viel Erfolg!
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