Freilaufdioden müssen schnelle Dioden sein

Nachdem ich die Spindel-Schaltung nochmal unter die Lupe genommen habe, stelle ich fest, dass die MOSFETs (BUZ21) scheinbar noch funktionieren. Auch die Dioden (1N4004) sind noch gleichrichtend. Interessanterweise werden die BUZ21 offenbar in beide Stromrichtungen leitend, sobald am Gate eine Spannung anliegt. Sie unterscheiden sich diesbezüglich von gewöhnlichen Transistoren, die nur in eine Richtung stromdurchgängig geschaltet werden können. Meine Schaltung ist so gelötet, dass der Strom durch die BUZ21 von Drain (+) nach Source (-) fließt, was der Konvention entspricht. Die 1N4004 sind entsprechend umgekehrt aufgelötet.

Nach kurzer Internet-Recherche denke ich, dass die 1N4004 als Freilaufdioden zum Schutz vor Umkehrströmen vielleicht eine schlechte Wahl waren. Sie schalten womöglich zu langsam, wenn plötzlich hohe Umkehrspannungen auftreten und sie haben in Durchlassrichtung immernoch einen Widerstand von 150 kOhm, wodurch Umkehrspannungen nur langsam abfließen. Stattdessen sollten Schottky-Dioden („barrier rectifiers“) zum Einsatz kommen, wie in der folgenden Schaltung (D1-D4):

Schottky-Dioden werden bei Spannungsumkehr besonders schnell leitend. Beispiele für geeignete Dioden sind 1N5818 (bis 1 A Umkehrstrom) oder SB560 (bis 5 A Umkehrstrom). Ich werde SB560 einsetzen. Auch werde ich zusehen, ob ich eine pulsierte Ansteuerung (PWM) programmieren kann, sodass der Strom durch die BUZ21 vielleicht nicht ganz so hoch ausfällt. Auch die Verwendung eines Netzteils, dessen Stromabgabe begrenzt ist, könnte nützlich sein.

Was außerdem noch fehlt auf der Platine (wie konnte mir das entgehen…) ist eine Verbindung zur Erde des Arduino. Dieser Fehler könnte das unerwartete Verhalten erklären, dadurch dass die Gates der BUZ21 anfänglich aufgeladen wurden, sich aber nicht korrekt entladen konnten und die Schaltung so einen Kurzschluss verursachte. Glücklicherweise scheint die hohe Stromtoleranz der BUZ21, sowie die Strombegrenzung der regulierten Spannungsquelle die Zerstörung der BUZ21 durch hochstromigen Kurzschluss aber verhindert zu haben.

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