Moin liebes Forum!
kurz zum mir und Background-Info:
Ich habe diesen Montag meine neue Stelle angetreten in einem
Forschungsprojekt an der Uni. Es geht um Gas Emissionen aus Seen.
Dabei werden Schwimmende Salatschüsseln eingesetzt, die mit Sensoren
usw. ausgestattet werden. Die Technik bauen wir selber. Mein neuer Chef
ist verzweifelt, da ein Fehler immer wieder auf taucht und er nicht
versteht wieso (er ist auch DIY Elektroniker also kein Profi). Das
Problem tritt bisher nur bei den Geräten auf, die auch wirklich auf dem
Wasser eingesetzt wurden (Batteriebetrieb). Im Labor (Netzgerät) trat
der Fehler bislang nicht auf. Bei den Geräten auf den Seen tritt der
Fehler häufig (50% von 80 Geräten) auf, aber nicht immer.
Nun zum Fehler:
In folgender Abbildung ist die Routine zu sehen, bei der es zum Fehler
kommt. Nachdem ein Schlauch unter der Sensor Box aufgepumpt wurde um
frische Luft rein zu lassen. Sollte das 3-Way Ventil (in der Mitte der
Skizze) umschalten um die Luft aus dem Schlauch abzulassen (Zustand c zu
d). Jedoch bleibt das Ventil hängen und wird warm. Die Luft aus dem
Schlauch entweicht nicht. Nach einem Reset durch Aus-Ein-Schalten der
Anlage funktioniert alles wieder wie es soll.
Nun zur Schaltung:
Das Ventil (Clippard E3O15F) wird von einem Transistor (BD677)
geschalten, der von einem Microcontroller gesteuert wird.
Basispannung ist 3,3V und Arbeitsspannung 12V. In gesperrtem Zustand
liegt am Transistor 8mV an.
Basiswiderstand sind 10K-Ohm.
Im Ventil sitzt eine In-Build Freilaufdiode. Zustätzlich haben wir noch
eine 1N4001 parallel geschaltet. Um die Induktionsspannung des
abschaltenden Ventils abzufangen.
Mögliche Fehlerquellen (eigentlich haben wir nicht wirklich nen Plan):
A) Basiswiderstand falsch berechnet?
B) Doppelte Freilaufdiode?
C) Fehler an Ground? (Müssen die schwimmenden Boxen noch zum See geerdet
werden? das ist eigentlich der einzige Unterschied zum Versuchsaufbau im
Labor. Also dass sie einmal im Batterie- und einmal im Netzbetrieb
laufen).
Habt ihr irgendeine Idee, die uns weiterhelfen könnte?
(ich kann euch später noch Schaltplan und Quellcode vom MC hochladen.)
Ganz herzlichen Dank im Vorraus!
Flo K. schrieb:> Mögliche Fehlerquellen (eigentlich haben wir nicht wirklich nen Plan):
Habt ihr euch die entsprechenden Platinen mal angeschaut? Vergammeln
dabei vielleicht irgendwelche Flussmittelreste und lassen Querströme
fließen?
Das ist zumindest bei all meinen Outdoor-Geräten stets das größte
Problem gewesen.
Auch wenn es sich bei dem BD677 um einen Darlington Transistor handelt,
fallen trotzdem schon mal 1,4 Volt an der BE Strecke ab. Da bleiben nur
noch 1,9 Volt für den 10k Widerstand. Das ist zu groß für einen
Leistungstransistor. Der Basiswiderstand sollte auf 1k bis 2k2
verkleinert werden.
Durch den Wasserdruck benötigt das Ventil eine größere Verschiebekraft
und zieht deshalb mehr Strom.
Der Basis-Vorwiderstand ist ziemlich unkritisch. Für ein hartes
Durchschalten braucht man natürlich einen niedrigen Basis-Vorwiderstand.
Im Datenblatt steht, wieviel Strom mindestens in die Basis fließen soll.
Mehrere Freilaufdioden sind unüblich; wenngleich auch nicht schädlich.
Die Diode mit der niedrigeren Vf gewinnt und leitet den Strom ab, die
anderen Dioden haben kaum etwas zu tun.
Ich würde zweierlei tun:
a) auch im Labor auf Batteriebetrieb umstellen.
b) prüfen, ob der Transistor wirklich sauber durchschaltet. Habt Ihr
auch eine LED am Ausgang; dann kann man das schon mal sehen.
Flo K. schrieb:> Nun zur Schaltung
Wie kommst du auf die Idee, von dem zu berichten, was falsch ist ?
Würdest du das hinschreiben, wüsstest du doch schon den Fehler.
Schaltplan und detailerkennbares Bild vom Aufbau.
Der BD677 ist ein Darlington. Er bekommt mit 10k Basiswiderstand an 3.3V
sicher 150uA Basisstrom und kann damit sicher 15mA Ventile schalten,
vielleicht 150mA Ventile und sicher nicht 1.5A Ventile. Ich würde es mal
mit einem deutlich kleineren Basiswiderstand probieren, 470 Ohm werden
den Ausgang nicht überlasten.
Flo K. schrieb:> Das> Problem tritt bisher nur bei den Geräten auf, die auch wirklich auf dem> Wasser eingesetzt wurden (Batteriebetrieb). Im Labor (Netzgerät) trat> der Fehler bislang nicht auf.
Dann teste mal im Batteriegetrieb im Labor. Dann könnte man feststellen,
ob es am Batteriebetreib oder an Umgebungsbedingungen liegt.
Bei Ursachen im Batteriebetrieb würde mit z.B. einfallen:
- Einbruch der Spannung bei Schaltvorgängen, dadurch Absturz der µC:
keine "richtige" Spannungsüberwachung am µC-Reset
- "echter" Softwarefehler, der mit gestörten Signalen nicht zurecht
kommt.
Ach Du grüne Neune schrieb:> Durch den Wasserdruck benötigt das Ventil eine größere Verschiebekraft> und zieht deshalb mehr Strom.
Das Ventil arbeitet mit Luft nicht im Wasser.
Kondenswasser und Feuchtigkeit sollten eigentlich nicht das Problem
sein, da die ganze Steuerelektronik sowie Pumpe und Ventile etc. in
einer separaten Wasserdichten Box sitzen.
Ach Du grüne Neune schrieb:> Der Basiswiderstand sollte auf 1k bis 2k2> verkleinert werden.
Kann das die Ursache für den Fehler sein?
MaWin schrieb:> Der BD677 ist ein Darlington. Er bekommt mit 10k Basiswiderstand an 3.3V> sicher 150uA Basisstrom und kann damit sicher 15mA Ventile schalten,> vielleicht 150mA Ventile und sicher nicht 1.5A Ventile. Ich würde es mal> mit einem deutlich kleineren Basiswiderstand probieren,
Das passt aber nicht zusammen:
Flo K. schrieb:> Jedoch bleibt das Ventil hängen und wird warm.
Das Ventil wird also wohl eingeschaltet, aber nicht mehr abgeschaltet.
Und da es nach Reset wieder funktioniert überlebt es wohl auch der
Transistor.
Nur so eine Frage: Im Moment "draußen" ist der Batterie recht kalt. Wenn
es eine normale Alkali-Zelle ist, könnte es auch ein Problem mit dem
abrufbaren Maximalstrom sein.
Dies gile allerdings nicht, falls LiPos zum Einsatz kommen.
Flo K. schrieb:> Kondenswasser und Feuchtigkeit sollten eigentlich nicht das Problem> sein, da die ganze Steuerelektronik sowie Pumpe und Ventile etc. in> einer separaten Wasserdichten Box sitzen.
Die Betonung liegt dabei auf „sollten“.
Wie sieht denn die Realität aus? Wasserdichte Behälter haben oft einen
Neigung, dass das Wasser, was auf unergründliche Weise reingekommen ist,
nie wieder heraus findet.
Flo K. schrieb:> Ach Du grüne Neune schrieb:>> Der Basiswiderstand sollte auf 1k bis 2k2 verkleinert werden.> Kann das die Ursache für den Fehler sein?
"Feuchtigkeit" und "hochohmige Schaltung" vertragen sich nicht.
>> Der Basiswiderstand sollte auf 1k bis 2k2 verkleinert werden.
Ich würde zudem noch einen Widerstand im Bereich um 47k zwischen B und E
schalten.
Flo K. schrieb:> Kondenswasser und Feuchtigkeit sollten eigentlich nicht das Problem> sein, da die ganze Steuerelektronik sowie Pumpe und Ventile etc. in> einer separaten Wasserdichten Box sitzen.
Seit wann verhindert eine wasserdichte Box Kondenswasser? Du hast sie
betimmt vorher mit getrocknetem Stickstoff gefüllt, oder?
Flo K. schrieb:> Kann das die Ursache für den Fehler sein?
Nein, das schreiben die Vorposter nur um dich in die Irre zu leiten.
Hey, das sind Grundlagen, Mittelstufe Physik.
Google halt mal nach
"Basisstromberechnung für Schaltanwendungen" und "Ube
Darlingtontransistor"
wenn du hier keinem glaubst.
Alternativ empfehle ich
"The Art of Electronics" von Horowitz Hill und
"Halbleiter Schaltungstechnik" von Tietze Schenk
du bist schliesslich kein Hobbyelektroniker sondern als
wissenschaftlicher Mitarbeiter angestellt.
Und die Sprache der Elektronik ist der Schaltplan
Dietrich L. schrieb:> Dann teste mal im Batteriegetrieb im Labor. Dann könnte man feststellen,> ob es am Batteriebetreib oder an Umgebungsbedingungen liegt.
Haben 3 der Anlagen für eine Woche im Lab im Batteriebetrieb genutzt
ohne dass der Fehler auftrat.
hier nun Schaltbild und Fotos (die Anlage auf den Fotos zeigt eine
Anlage bei der wir ein Solid State Relais im Einsatz haben)
Flo K. schrieb:> hier nun Schaltbild
Vogelwild, das Gekritzel... :-o
Ich hab den mal als Bild angehängt, das macht es leichter.
Ich sehe das als Designfehler an, wenn dank der Pullups alle
Transistoren leiten, sobald der SV1 ausgesteckt ist.
Und wozu ist denn da ein Linearregler hinter dem Schaltregler?
Und was ist da mit der Versorgungsleitung, die quer durch IC6B geht?
Und der Schaltregler sieht auch mindestens eigenartig aus. Siehe die
Betrachtungen dort:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler
Lothar M. schrieb:> Ich sehe das als Designfehler an, wenn dank der Pullups alle> Transistoren leiten, sobald der SV1 ausgesteckt ist.
Mein Chef hat mir gerade erklärt, dass das dazu dient, die Anlage zu
reseten wenn sie in Betrieb genommen wird, da sonst die ganzen Sensoren
wirre Daten liefern.
Lothar M. schrieb:> Und wozu ist denn da ein Linearregler hinter dem Schaltregler?
Um die Spannung zu reduzieren, da wir von 12 auf 3,3V kommen müssen ohne
zu viel Energie zu verbrennen, da die Anlagen ja mehrere Tage im
Batteriebetrieb laufen.
Lothar M. schrieb:>> Der Basiswiderstand sollte auf 1k bis 2k2 verkleinert werden.>> Kann das die Ursache für den Fehler sein?> "Feuchtigkeit" und "hochohmige Schaltung" vertragen sich nicht.>>>> Der Basiswiderstand sollte auf 1k bis 2k2 verkleinert werden.> Ich würde zudem noch einen Widerstand im Bereich um 47k zwischen B und E> schalten.
Basiswiderstand 1k leuchtet mir ein.
Aber wozu dient der 47k zwischen B und E? kannst du das vielleicht kurz
erläutern? das wäre sehr nett!
Und hey, tut mir leid für die anfängerhaften Fragen usw. aber wir sind
beide noch neu in der Materie und haben keine Ausbildung als
Elektrotechniker. Danke für euer Verständnis
1.Unabhängig vom Chef würde ich erst mal das Kondenswasser aus dem
wasserdichten Behälter lassen (wasserdicht ist nicht luftdicht). Dann
den ganzen Müll an einem Labornetzteil betreiben und anschließend die
Spannung langsam absenken um zu prüfen bis zu welcher Spannung die
Erfindung noch gut läuft.
2.Batterien mit Last im Kühlschrank messen.
3.Übrigens bei Frost könnte auch EIS im Ventil sein?
Flo K. schrieb:> Basiswiderstand 1k leuchtet mir ein. Aber wozu dient der 47k zwischen B> und E? kannst du das vielleicht kurz erläutern? das wäre sehr nett!
Die Pulldowns wären dafür da, beim Reset des µC oder bei ausgestecktem
Stecker die Transistoren definiert auszuschalten.
In deinem Fall ist das nutzlos, weil du sowieso mit Pullups alle
Transistoren einschaltest.
Flo K. schrieb:> Lothar M. schrieb:>> wenn dank der Pullups alle Transistoren leiten> Mein Chef hat mir gerade erklärt...
Naja, mir fehlt da noch der logische Schluss. Aber wenn das so ist, wie
der Chef das sagt, dann wird das schon stimmen. Ich sehe es als Fehler
an, im Fehlerfall alle Aktoren anzusteuern.
> Lothar M. schrieb:>> Und wozu ist denn da ein Linearregler hinter dem Schaltregler?> Um die Spannung zu reduzieren, da wir von 12 auf 3,3V kommen müssen ohne> zu viel Energie zu verbrennen, da die Anlagen ja mehrere Tage im> Batteriebetrieb laufen.
Wozu also der Linearregler? Du kannst doch wie der Rest der Welt gleich
mit dem Schaltregler die nötigen 3,3V erzeugen.
BTW: es gibt wesentlich stromsparendere Schaltregler als den LM2575 mit
einem Eigenbedarf von 10mA.
Flo K. schrieb:> hier nun Schaltbild
Alle BD677 Basen hängen über einen Widerstand an der VOut eines LM2937
(wenn ich das richtig lesen kann), wozu auch immer, sieht falsch aus.
OK.
lieben Dank für eure Antworten.
ich werde das mal mit meinem Chef durchgehen.
Mein Fazit erstmal:
- 1k statt 10k als Basiswiderstand verwenden.
- Kondenswasser und Feuchtigkeitsschäden ausschließen.
- Batterien im Kühlschrank testen
Vielen Dank euch bisher!
Wenn ihr noch Ideen habt, freue ich mich sehr! DANKE!
Udo S. schrieb:> Du hast sie betimmt vorher mit getrocknetem Stickstoff gefüllt, oder?
Stickstoff muss man normalerweise nicht trocknen, der kommt trocken
aus der Flasche.
Flo K. schrieb:> Ich habe diesen Montag meine neue Stelle angetreten in einem> Forschungsprojekt an der Uni.
An einer Uni sollte es doch kein Problem sein, eine Person zu finden,
die über elektronische Grundkenntnisse verfügt. Wenn man das Gerät
vor Augen hat, ist die Lösung oft in wenigen Minuten erledigt.
Liebes Forum,
hatte ein paar Tage andere Ding um die Ohren, aber ich muss jetzt
nochmal nachfragen:
Der müde Joe schrieb:> Für ein hartes> Durchschalten braucht man natürlich einen niedrigen Basis-Vorwiderstand.> Im Datenblatt steht, wieviel Strom mindestens in die Basis fließen soll.
Das oben beschriebene Fehlerbild (Ventil wird heiß) bedeutet ja, dass
das Ventil bzw der Transistor nicht abschaltet.
Verstehe ich das richtig, dass der Basiswiderstand für ein sauberes
Einschalten wichtig ist? (Pullups?)
Das Einschalten ist ja nicht das Problem.
Aber ist der Basiswiderstand auch für ein sauberes Abschalten relevant?
Sorry für die laienhafte Frage, aber ich bin wirklich noch Anfänger! :)
