Heizplatte steuern

OP #6508074
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Ich möchte eine "Warmhalteplatte" die mit zwei Heizfolien á 12V/3W 
bestückt ist über einen ESP8266/NodeMCU steuern.

Nachdem ich keinen Mosfet habe, den ich mit 3.3v steuern kann (zumindest 
lese ich die Datenblätter so), habe ich aus der Ramschkiste einen alten 
Transistor rausgekramt, und mir nach bestem Unwissen eine Schaltung 
ausgedacht :-)

Hat dieser Aufbau so eine Chance auf Erfolg, und wenn nicht - was habe 
ich verbockt?

Der LM2596 ist in Wirklichkeit ein uBEC mit ausreichend Leistung.

Gruß
Jens
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#6508080
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der IRF sieht nie eine Positive Gate-Spannung, wird sich also nie 
einschalten.

Dafür müsstest du R5 statt nach GND nach +12V legen, der 
Bipolar-Transistor kann den FET dann abschalten.

Ist insofern unschön, weil bei Controller-Absturz usw. die Platte AN 
ist. Eine Schaltung die Richtung "AUS" fehlschlägt wär mir persönlich 
lieber.
OP #6508236
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Danke für die Infos.

Ich habe auch einen IRF9540 (P-Channel) zur Hand und den Widerstand am 
Gate auf +12V gelegt.

Das Ergebnis war aber dann total unintuitiv für mich, drum habe ich das 
etwas umgebaut. Ich stell mir vor, dass es so funktioniert:

Wenn Pin D5 HIGH ist, liegen an der Basis vom C549B 3.3v (B->E) an. 
Dadurch wird er leitend (C->E) und die 12v vom Collector liegen am 
Emitter an. Diese Spannung schaltet (Gate->Source) begrenzt durch R5 und 
mit dem Verlust durch R6 den IRF9540 durch (Drain->Source) --> Heizung 
an.

Wenn PD5 LOW ist (mit Pull-Down), sperrt der C549B, die Spannung am Gate 
vom IRF9540 fällt über R6 ab und der MOSFET macht dicht --> Heizung aus.

Natürlich kann das aber auch alles Einbildung sein, und ich würd mich 
über eine Richtigstellug freuen :-)

@Wolfgang: https://de.wikipedia.org/wiki/Battery_Eliminator_Circuit

Gruß
Jens

PS: Ich bring das mittlere Bild nicht mehr raus :-/
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OP #6508264
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Stefan ⛄ F. schrieb:
> 2020-12-11_18h59_15.png  könnte klappen. Wozu dient R5?

Bis du gefragt hast, war er total wichtig ;)

Hmm, bestenfalls um den Strom durch den Transistor oder das Gate des 
MOSFETs zu  begrenzen. Hat aber nach meinem Verständnis keinen Sinn, 
weil wenn mehr als 1W drüberläuft geht er sowieso hops. Wobei ich 
zugeben muss, dass ich aus dem Datenblat des IRF9540 nicht rauslesen 
kann, wieviel Strom von G nach S fließt.

Braucht keiner?
#6508265
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Jens R. schrieb:
> Hat dieser Aufbau so eine Chance auf Erfolg

ich verstehe keine deiner Schaltungen!

Was ist denn dein Ziel?

Willst du das der Atmel in den sleep geht und die Quelle Batterie 
abschaltet?
Dazu gibt es doch eine Schaltung im Transistortester die auch 
funktioniert!

Gestartet kann aber nur mit einem Taster werden, weil mit abgeschalteter 
Quelle kein AVR startet.
Gast #6508312
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Jens R. schrieb:
> Den R5 habe ich nun entfernt, und beim MOSFET fehlte ein N - da habe ich
> einen IRF9540N.
>
> @jar: Ziel ist nur die Heizfolien zu schalten.

R6 muss weg, dann den Emitter direkt an GND. R5 so lassen wie er ist.
Der npn Transistor ist so open collector. Und natürlich muss der MOSFet 
ein P-channel sein, die Diode daran scheint mir verkehrt.
Gast #6508336
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Stefan ⛄ F. schrieb:
> 2020-12-11_18h59_15.png  könnte klappen. Wozu dient R5?

Keines der drei Bilder ist auch nur annähernd richtig, in jedem sind 
mehrere Fehler drin!
Das '_15' erst recht nicht: Ansteuerung über Emitterfolger, am pMOS ist 
D und S vertauscht - wie in den anderen Bildern auch.
Das '_59' wird gehen, wenn man D und S richtig anschließt und die 
Heizfolien nich beidserig auf GND legt.
OP #6508351
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Joachim B. schrieb:
> und warum dann nicht einfach einen logic level n-FET der deine Heizfolie
> von D nach + schaltet?

Ganz plump: Weil ich keinen habe. Ich hab ein paar MOSFET zur Hand: 
N-Kanal (IRFZ44N IRF510N IRF520N IRF530N IRF540N IRF640N IRF740 IRF840 
IRF3205), P-Kanal (IRF9540N).

Dazu habe ich zwei C549B in der Grabbelkiste gefunden.

Einen ULN2003AN hätte ich zur Not auch noch.

Leider gibts hier weit und breit keinen Laden, wo man Bauteile auf die 
Schnelle kriegt, drum versuch ich aus dem was da ist was zu bauen. 60km 
in die nächste Grosstadt zum blauen C kann man machen, muss aber während 
Corona nicht sein.
#6508358
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Jens R. schrieb:
> Ganz plump: Weil ich keinen habe. Ich hab ein paar MOSFET zur Hand:
> N-Kanal (IRFZ44N IRF510N IRF520N IRF530N IRF540N IRF640N IRF740 IRF840
> IRF3205)

dann nimm dir einen und den

Jens R. schrieb:
> Einen ULN2003AN hätte ich zur Not auch noch.

mit einem passenden pullup nach 12V.

musst nur deine Ansteuerlogik invertieren, µC auf low, gibt am ULN high 
und dein FET öffnet auch mit passendem Pegel.

musst evtl. Ugs max beachten, wenn die zu hoch ist baust du mit dem R 
einen Spannungsteiler nach GND das keine 12V kommen.
Gast #6508370
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Joachim B. schrieb:
> musst nur deine Ansteuerlogik invertieren, µC auf low, gibt am ULN high
> und dein FET öffnet auch mit passendem Pegel.
>
> musst evtl. Ugs max beachten, wenn die zu hoch ist baust du mit dem R
> einen Spannungsteiler nach GND das keine 12V kommen.

Quatsch! Einfach nur Verwirrung stiften!
Gast #6508376
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Jens R. schrieb:
> Leider gibts hier weit und breit keinen Laden, wo man Bauteile auf die
> Schnelle kriegt, drum versuch ich aus dem was da ist was zu bauen. 60km
> in die nächste Grosstadt zum blauen C kann man machen, muss aber während
> Corona nicht sein.
Die Bauteile wie in Schaltbild 2020-12-11_18h59_15.png
reichen vollkommen aus(vorausgesetzt: sie sind nicht defekt).
Gast #6508388
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HildeK schrieb:
> Keines der drei Bilder ist auch nur annähernd richtig, in jedem sind
> mehrere Fehler drin!

Stimmt!

Wenn man aus dem ersten den Kurzschluß entfernt, den FET richtigherum 
dreht und dem TUN einen erträglicheren Basisstrom gibt, sollte das 
laufen.

Es ist eine Heizung, also ein langsames System - da reicht eine PWM im 
Sekundentakt oder maximal 10Hz, dann kann man auch die langsame 
Abschaltung des FET verkraften.
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#6508426
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Jens R. schrieb:
> So, ich hab nun versucht, die ganzen Infos zu verarbeiten. Die
> Heizfolien hängen nun am Drain vom MOSFET (P-Kanal, IRF9540N).
>
> Nun hat doch G vom FET immer GND Pegel, oder?
>
> Gruß
> Jens

Alter, lies ein Buch über die Grundlagen der Elektrotechnik.
Das ist nicht auszuhalten!
Was bringt es dir hier eine Schaltung zu schnorren die du nicht 
verstehst weil dir das grundlegenste Wissen fehlt.
Gast #6508438
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Joachim B. schrieb:
> Jens R. schrieb:
>> So, ich hab nun versucht, die ganzen Infos zu verarbeiten.
>
> sinnlos wie mir scheint

Nicht scheint, es ist :-(
Ich dachte, ich hätte fertige Arbeit geliefert, es reicht nicht mal, 
diese korrekt abzumalen. Na gut, die neue spart Strom und es geht nichts 
kaputt.

Nils S. schrieb:
> weil dir das grundlegenste Wissen fehlt.

Das ist leider so und es zeigt sich wieder einmal, dass das per Forum 
nicht geliefert werden kann.
Gast #6508571
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HildeK schrieb:
> Mein Senf schrieb:
> Die da wären?
>
> Je nach FET und LED wird die Gatespannung nicht oder nur sehr langsam
> auf Null gehen - und der FET evtl. länger noch teilweise leiten. Einen
> Parallelwiderstand zur LED oder zur LED-R-Kombination wäre bei mir drin!

Danke. Läßt sich problemlos "nachrüsten".
OP #6508597
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Manfred schrieb:
> Joachim B. schrieb:
>> Jens R. schrieb:
>>> So, ich hab nun versucht, die ganzen Infos zu verarbeiten.
>>
>> sinnlos wie mir scheint
>
> Nicht scheint, es ist :-(
> Ich dachte, ich hätte fertige Arbeit geliefert, es reicht nicht mal,
> diese korrekt abzumalen. Na gut, die neue spart Strom und es geht nichts
> kaputt.

Ja, hast Du - ich hatte die Antwort geschrieben, bevor ich Dein Posting 
gesehen habe.

>
> Nils S. schrieb:
>> weil dir das grundlegenste Wissen fehlt.
>
> Das ist leider so und es zeigt sich wieder einmal, dass das per Forum
> nicht geliefert werden kann.

Leider fehlt der direkte Dialog, um nicht oder nur halb verstandene 
Grundlagen nachzuschärfen. Vielen Dank, dass ihr euch das dennoch antut!

Ich versuchs trotzdem zu verstehen:

Der MOSFET leitet, weil am Gate 12v anliegen (über R5). Wenn der NPN nun 
leitet (3.3v an der Basis), fällt (aufgrund von R5) die Spannung am Gate 
unter V_GS(th)und der MOSFET macht dicht.

Ich hätts womöglich schneller kapiert, wenn ich aus dem Kommentar von 
HildeK um 20:42 ableiten können hätte, dass bei Emitterfolger die 
Verstärkung <1 ist. Der Knopf hat sich erst gelöst, wie die grauen 
Zellen aus dem Tiefschlaf erwacht sind, die vor gut 30 Jahren (@wall-e 
;) die Grundlagen über Transistor-Grundschaltungen gelesen haben. FETs 
hatte ich damals (aus mir heute unbekannten Gründen) nicht zum Spielen. 
Drum sind die Dinger nochimmer Hexenwerk für mich bzw. tu ich mir mit 
dem Vokabular schwer.

LED ist nett, und auch die Bedenken von Ernst B. sind wichtig. Hier 
gehts aber dann eher in mein Terrain, wo der uC (neben zahlreicher 
anderer Sensoren in Haus und Garten) über SOAP-WS die 
Oberflächentemperatur der Heizplatte und des zu heizenden Objektes 
(Fliesen mit Heizfolie + 3L Triopsbecken) meldet. Ein Monitoring-Host 
übernimmt dort die Protokollierung, Anpassung der Heizdauer auf Basis 
der Messwerte und informiert mich über Telegram wenn der Controller 
nicht reagiert, oder Werte aus dem Ruder laufen. Im Bedarfsfall kann das 
Monitoring selbsttätig die Netzspannung trennen. Einmal kurzzeitig, um 
so eventuell den Fehler zu beheben, oder dauerhaft, falls das nichts 
hilft. Mit den 2x3W ist in 30min grad mal 1K Temperaturdifferenz 
schaffbar, also überschaubar.
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Gast #6508688
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HildeK schrieb:
> Keines der drei Bilder ist auch nur annähernd richtig, in jedem sind
> mehrere Fehler drin!

Du hast Recht. Ich habe die dritte Schaltung nicht verstanden. Deswegen 
habe ich erst einmal nach dem R5 gefragt, der mir als erstes ins Auge 
sprang. Das da noch mehr falsch war, hatte ich in dem Moment nicht 
gleich erkannt.
OP #6508880
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Wolfgang schrieb:
> Nein, der MOSFET sperrt weil über R5 die 12V anliegen und U_GS damit
> zu 0V wird.

Aua, es wäre die ganze Zeit dagestanden, dass es um die 
Spannungsdifferenz zwischen G und S geht. Danke für die Erkenntnishilfe.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Lies Kapitel 2.2 und 3.4 aus
> 
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf
Cooles Buch, danke! Ich bewundere den Aufwand, den Du da reingesteckt 
hat.

Und ich denke, das auf Deiner Seite gefundene "WIFI Kit 8 Board" wird 
mein neues Standard-Spielzeug. Wie kommte mir das bisher entgehen!

Wolfgang schrieb:
> Der hochohmige Konstruktion mit dem 4k7, um den MOSFET zum Sperren zu
> bewegen, kann man wohl nur schlecht das Attribut "Treiber" zugestehen.

Jetzt weiss ich sogar, was Du damit sagen willst :-)

Danke!
Gast #6508883
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Jens R. schrieb:
> Der MOSFET leitet, weil am Gate 12v anliegen (über R5). Wenn der NPN nun
> leitet (3.3v an der Basis), fällt (aufgrund von R5) die Spannung am Gate
> unter V_GS(th)und der MOSFET macht dicht.

Umgekehrt.
12V am Gate und 12V an der Source beim nMOSFET heißt doch 0V zwischen 
Gate und Source. Damit sperrt er.
Wenn der NPN leitet, dann liegen 0V am Gate und noch immer 12V an der 
Source. Also ist UGS 12V (genauer: -12V) und der FET leitet.
Aber deine Schaltung für die Heizfolienansteuerung ist jetzt richtig. 
Gratuliere!

Wolfgang schrieb:
> Der hochohmige Konstruktion mit dem 4k7, um den MOSFET zum Sperren zu
> bewegen, kann man wohl nur schlecht das Attribut "Treiber" zugestehen.

Muss man auch nicht und braucht man hier nicht. 4k7 reichen vollkommen, 
um den FET auszuschalten und für die PWM-Frequenz bei einer Heizung 
reichen einstellige Hertz. Zudem kann man den R5 auch noch kleiner 
machen.
Gast #6509411
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MaWin schrieb:
>> IRF3205), P-Kanal (IRF9540N)
> Kein einziger Logiclevel Typ dabei.

Muss auch nicht, bereits gestern kamen Ansätze mit P-MOS an Plus zu 
schalten und sind soweit umgestrickt, dass die funktionieren werden.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ich komme mir ein bisschen blöd vor, immer wieder das gleiche
> vorzuschlagen.

Dann lass' es doch sein. Das Ding ist mit vorhandenem Material gelöst, 
ähnlich Deiner Schaltung unter 3.4.4.1 - die Du auf maximale Langsamkeit 
ausgelegt hast und Deiner viel zu hohen Verstärkungsfaktoren unter 2.2.
Gast #6509827
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Manfred schrieb:
> viel zu hohen Verstärkungsfaktoren unter 2.2

Du hast Recht. Dieses Buch richtet sich an Anfänger und verzichtet 
deswegen bewusst auf einige Details. Ich sehe aber ein, dass die 
Abhängigkeit der Verstärkung vom Laststrom nicht vernachlässigbar ist. 
Deswegen habe ich das Kapitel nun überarbeitet.
Gast #6509868
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Manfred schrieb:

> und Deiner viel zu hohen Verstärkungsfaktoren unter 2.2.

Es spielt wohl auch noch die Leistung der Glühlampe noch eine Rolle, 
zudem fliesst beim Einschalten derselben gut und gerne der Zehnfache 
Strom. Mit einer deutlichen Übersteuerung der Basis ist man auf der 
sicheren Seite. Ist Geschwindigkeit gefragt, wäre ein Mosfet-Treiber und 
N-channel angezeigt.
Gruss herba
Gast #6509923
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herba schrieb:
> Mit einer deutlichen Übersteuerung der Basis ist man auf der
> sicheren Seite.

Ja, das erkläre ich in dem zweiten genannten Kapitel.

> Es spielt wohl auch noch die Leistung der Glühlampe noch eine Rolle,

Die Glühlampe wurde dort einfach nur als Symbol für eine Last verwendet. 
Ich möchte dieses Kapitel nicht mit den technischen Details der 
Glühlampe aufblähen. Eine LED hätte es noch komplexer gemacht. Ein 
einfacher Widerstand als Last würde mit Fragen nach dem Sinn ablenken.

Wir Fachleute stellen Lasten bevorzugt als Widerstand dar. Aber die 
meisten Anfänger haben damit Schwierigkeiten. Ich weiß nicht viel, aber 
das mit Sicherheit.

Im Rahmen des Buches wird auch mit kleinen Glühlampen experimentiert. 
Allerdings nicht an 12V sondern an 3V - 5V. Ihre Stromaufnahme 
überfordert den kleinen Transistor nicht.
OP #6512983
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So, nachdem ich mit eurer Hilfe eine theoretisch funktionierende 
Schaltung geschafft habe, habe ich eine gute und eine schlechte 
Nachricht.

Die gute ist, dass die Heizung heizt.

Die schlechte ist, dass sie immer heizt.

Ich würde mich freuen, wenn jemand eine Idee hätte, warum das Verhalten 
nicht so ist, wie erwartet.
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Gast #6513001
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Jens R. schrieb:
> Die schlechte ist, dass sie immer heizt.

Und die ganz schlechte ist, dass Du nicht in der Lage bist, eigenständig 
Fehler zu suchen.

Mit etwas Nachdenken würde man Hard- und Software logisch trennen: Den 
R4 an D3 abklemmen und gucken, was die Heizung tut, wenn dort mit einem 
Stück Draht etweder 3,3V oder GND angelegt werden.

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