www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Heizelement mit AVR steuern


Autor: Florian S. (jacusy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Wir sind gerade dabei, eine Temperaturregelung mit einem AVR 
(ATMega8535) zu bauen, Temperatur lesen müsste klappen. Wie steuere ich 
am besten das Heizelement an?

- Über einen DAC 0-5V und anschließender Leistungsstufe
  + kein Übersprechen
  - Verlustleistung
  - komplizierter Aufbau?

- PWM mit Mosfet
  + einfach zu realisieren
  - Übersprechen

Das Heizelement macht max. 2A bei 24V. Ich bräuchte für beide Fälle 
einen kleinen Tipp zum Schaltplan entwerfen!
Heizelement und Temperatursensor werden in einem Kryostaten verbaut, die 
Regelung erfolgt per Software über einen PC und der Mikrocontroller 
dient zunächst als Messerfassung und DAC / PWM.

Wäre über einige Anregungen sehr dankbar!

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
PWM

Autor: Florian S. (jacusy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die Antwort. Ich würde den Mosfet nach der Schaltung in diesem 
Thread aufbauen:
Beitrag "PWM 12V Lampendimmer (Tiny26)"
Ist das in Ordnung? Mit einem Tiefpass aus L + C vor dem Heizer sollte 
ich dann die gröbsten Schwingungen raus bekommen.. Ist einen Versuch 
Wert.

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Für Heizungen braucht man keine hohe PWM-Frequenz. Ich habe eine gebaut, 
die läuft bei knapp 3A und 20V mit 5 Hz. Da halten sich dann die 
Störungen sehr in Grenzen.

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian S. (jacusy)

>Danke für die Antwort. Ich würde den Mosfet nach der Schaltung in diesem
>Thread aufbauen:
>Beitrag "PWM 12V Lampendimmer (Tiny26)"

Ohje, alles viel zu akademisch. Nimm einen einfachen MOSFET, klemm den 
DIREKT an deinen Mikrocontroller mit 5V und schalte damit deine 
Heizelemente.
Such dir einen schönen MOSFET in der MOSFET-Übersicht aus.

>Ist das in Ordnung? Mit einem Tiefpass aus L + C vor dem Heizer sollte
>ich dann die gröbsten Schwingungen raus bekommen..

Wozu? Was glaubst du passiert da? Was willst du denn so empfindliches 
messen, dass du so eine Panik schiebst?

MfG
Falk

Autor: Paul Baumann (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich denke auch, daß Du Dich da nicht so porös, äh nervös machen mußt.
Bedingt durch seine Wärmeträgheit wirkt der Heizstab doch integrierend.

MfG Paul

Autor: Florian S. (jacusy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wir bauen einen PT1000 in einen Kryo, die Temperatur soll von 30°C bis 
-196°C regelbar sein. Der Temperaturfühler gibt bei den Temperaturen ein 
Signal und 0,1mA Messstrom ein Signal zwischen 15mV..100mV. Da nun die 
Leitungen vom Sensor und zu den Heizelementen ungeschirmt direkt 
nebeneinander ein gutes Stück verlaufen werden, ist Übersprechen bei 
Frequenzen ab einigen kHz schon zu erwarten. Und das hätte ich dann auf 
dem Messsignal des Sensor :-( Rechtecksignal im Frequenzraum.. der Rest 
ergibt sich von selbst.. Wir haben es ja noch nicht ausprobiert, aber 
ich will solche Dinge einfach von Anfang an ausschließen.

Ich hab halbwegs Ahnung von Microcontrollern, OPs geht auch noch 
halbwegs, aber analoge Geschichten mit Transistoren.. Da fehlts leider. 
Selbst bei der Mosfet-Übersicht wäre ich ohne Hilfe von der Auswahl 
überfordert. Aber ich habe jetzt eine Idee von der ganzen Geschichte!

Aber vielen Dank für eure Antworten!

Grüße
Florian

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  Florian S. (jacusy)

>Wir bauen einen PT1000 in einen Kryo, die Temperatur soll von 30°C bis
>-196°C regelbar sein.

Und warum willst du dann HEIZEN? Muss dann nicht eher die KÜHLUNG 
geregelt werden?

> Der Temperaturfühler gibt bei den Temperaturen ein
>Signal und 0,1mA Messstrom ein Signal zwischen 15mV..100mV.

Das ist ein brüllend lautes Signal. Und da ihr sicherlich nicht im 
Millisekundentakt die Temperatur messen wollt, kann man das locker 
iefpassfiltern, so 10 Hz oder weniger. Dann spielen auch hochfrequente 
Störungen keine Rolle mehr.

>ergibt sich von selbst.. Wir haben es ja noch nicht ausprobiert, aber
>ich will solche Dinge einfach von Anfang an ausschließen.

Dazu fehlt dir einiges an Erfahrung ;-)
Und mit einem Schaltregler für Arme, ala LC-Filter, kann man mal ganz 
fix mehr Probleme schaffen als lösen.

>Selbst bei der Mosfet-Übersicht wäre ich ohne Hilfe von der Auswahl
>überfordert.

Nimm einen IRF 7403 wenn es SMD sein soll, oder IRF540 als TO220 als 
Durchstecker.

MfG
Falk

Autor: Florian S. (jacusy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Falk Brunner schrieb:
>>Wir bauen einen PT1000 in einen Kryo, die Temperatur soll von 30°C bis
>>-196°C regelbar sein.
>
> Und warum willst du dann HEIZEN? Muss dann nicht eher die KÜHLUNG
> geregelt werden?
Nun ja, die -196°C werden mit flüssigem Stickstoff erreicht, an der 
Temperatur lässt sich nicht viel drehen. Deshalb wird an der Probe 
dagegen geheizt.

>> Der Temperaturfühler gibt bei den Temperaturen ein
>>Signal und 0,1mA Messstrom ein Signal zwischen 15mV..100mV.
>
> Das ist ein brüllend lautes Signal. Und da ihr sicherlich nicht im
> Millisekundentakt die Temperatur messen wollt, kann man das locker
> iefpassfiltern, so 10 Hz oder weniger. Dann spielen auch hochfrequente
> Störungen keine Rolle mehr.
>
Ich für meinen Teil finde 15mV wenig ;-) Ja ich dachte eher so daran, 
dass der AVR die gesamte Zeit Temperatur misst (und dabei über ~64 Werte 
mittelt <-> Tiefpass) und auf Anfrage an PC übermittelt.

>>ergibt sich von selbst.. Wir haben es ja noch nicht ausprobiert, aber
>>ich will solche Dinge einfach von Anfang an ausschließen.
>
> Dazu fehlt dir einiges an Erfahrung ;-)
> Und mit einem Schaltregler für Arme, ala LC-Filter, kann man mal ganz
> fix mehr Probleme schaffen als lösen.
>
Kannst ein kurzes Beispiel nennen? Fängt da was an zu schwingen?

>>Selbst bei der Mosfet-Übersicht wäre ich ohne Hilfe von der Auswahl
>>überfordert.
>
> Nimm einen IRF 7403 wenn es SMD sein soll, oder IRF540 als TO220 als
> Durchstecker.
Vielen Dank

Grüße
Florian

Autor: Ulrich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ein paar Störungen wird man durch das PWM Signal schon bekommen. Bei 
einer eher niedriegen Frequenz (z.B. 50 Hz) sollten sich die Störungen 
aber in Grenzen halten. Die Steilen Flanken kann man mit einem 
LC-filter+ Freilaufdiode ggf. noch etwas entschärfen. Die 
Temperaturmessung kann dann auch mal für ein paar ms Pause machen. Es 
hängt aber auch davon ab was sonst noch im Kryostaten hängt - einige 
Experimente sind da recht empfindlich. Auch die Thermische Zeitkonstante 
kennen wir noch nicht. Es gibt ja auch kleine schnelle Heizer, obwohl da 
50 W nicht so gut zu passen. Bei 77 K wird es ja immerhin schon etwas 
schneller als bei RT.


Die Auflösung des intenen ADs ist vermutlich ohnehin etwas knapp für 
eine gute Regelung. Ein Mitteln über mehrere Werte (auch mehr als 64) 
ist vermutlich ohnehin nötig, ggf. auch ein externe ADC mit mehr 
Auflösung.
Das Signal vom PT1000 ist mit etwa 0.3 mV/K noch nicht so klein. Das ist 
mit OPs noch keine Problem. Das geht auch noch ohne Chopper OPs ganz 
gut.


Damit man mit einem LC filter eine Art Schaltregler für arme aufbaut, 
muß man in der Frequenz relativ weit nach oben gehen und hat 
entsprechend realtiv viel HF-störungen, die sich ggf. auch über die 
ganze Schaltung ausbreiten können. Ein Rest HF bleibt ggf. auch auf der 
Heizspannung.


Beim Mosfet sollte man besser einen Logic Level Typen wählen (z.B. 
IRL540, ...). Beim IRF540 kann man ein Exemplar mit hoher Schwelle 
erwischen und dann wird es mit 5 V etwas knapp.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Messt doch einfach nur in er Periode, in der die Heizung aus ist. Dies 
sollte bei 5Hz kein Problem sein. Dann bleibt für eine Messung mit 200ms 
mehr als genug Zeit.

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ulrich schrieb:
> Die Steilen Flanken kann man mit einem LC-filter+ Freilaufdiode
> ggf. noch etwas entschärfen.

Wieso eigentlich LC? Reicht da nicht ein L in Reihe zum Heizwiderstand 
und eine Schottky-Diode antiparallel zu beiden?

Autor: Florian S. (jacusy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ulrich schrieb:
> Ein paar Störungen wird man durch das PWM Signal schon bekommen. Bei
> einer eher niedriegen Frequenz (z.B. 50 Hz) sollten sich die Störungen
> aber in Grenzen halten. Die Steilen Flanken kann man mit einem
> LC-filter+ Freilaufdiode ggf. noch etwas entschärfen. Die
> Temperaturmessung kann dann auch mal für ein paar ms Pause machen. Es
> hängt aber auch davon ab was sonst noch im Kryostaten hängt - einige
> Experimente sind da recht empfindlich. Auch die Thermische Zeitkonstante
> kennen wir noch nicht. Es gibt ja auch kleine schnelle Heizer, obwohl da
> 50 W nicht so gut zu passen. Bei 77 K wird es ja immerhin schon etwas
> schneller als bei RT.
Hatte da auch schon an die Idee von Luk4s K. gedacht, die Temp.-Messung 
einfach zwischen den PWM-Flanken auszuführen, sollte eigentlich kein 
Problem sein. LC würde ich dennoch mit einbeziehen, wenn nichts 
grundlegendes dagegen spricht.
Thermische Zeitkonstante.. Tjaja, der Kryo ist auch ein Eigenbau mit 
Kupferkühlfinger, das wird sich alles noch heraus stellen.. Bzw in den 
nächsten Tagen können wir mit einem normalen Netzteil die benötigte 
Heizleistung mal ausprobieren.
Was sonst noch drin hängt? Hmm. Gute Frage. Eine DC-Vierpunktmessung, 
ganz viel später vielleicht noch HF-Anschlüsse. Die sind allerdings 
geschirmt.

> Die Auflösung des intenen ADs ist vermutlich ohnehin etwas knapp für
> eine gute Regelung. Ein Mitteln über mehrere Werte (auch mehr als 64)
> ist vermutlich ohnehin nötig, ggf. auch ein externe ADC mit mehr
> Auflösung.
> Das Signal vom PT1000 ist mit etwa 0.3 mV/K noch nicht so klein. Das ist
> mit OPs noch keine Problem. Das geht auch noch ohne Chopper OPs ganz
> gut.
Wir nehmen das PT1000-Signal, verstärken es um Faktor 50 und setzen 
einen Offset drauf, damit der Pegel von 15..100mV auf ~0,3..4,7V 
gewandelt wird. Da sollten dann 10Bit ADC doch ausreichen oder?

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.