12V-Halogenlampe an 14,8V-LiPo anschließen

@Fabian

Von was für einer Leistung der Lampe reden wir denn?
Für Batteriebetrieb solltest du besser eine LED-Lampe nehmen.

Sascha

Danke für die Antworten!

Dann werde ich wohl die PWM-Variante wählen. Ich hatte bloß Angst, dass 
der kurze 14,8V-Puls der Lampe irgendwie schaden könnte. Da der Roboter 
ohnehin einen ATmega2560 besitzt sollte die Erzeugung eines PWM-Signals 
eher kein Problem sein.

Es geht um den Betrieb einer 12V-20W-Halogenlampe an einem 
14,8V-2,2Ah-LiPo-Akku. Zusammen mit der anderen Elektronik kann ich dann 
wohl mit einer Laufzeit von ca. 30-60 Minuten rechnen. Das reicht aber 
definitiv, da die Akkus ohnehin austauschbar sind und mit 4C geladen 
werden können. Außerdem wird die Lampe nicht die ganze Zeit angeschaltet 
sein.
LEDs fände ich auch nicht schlecht aber ein paar gute mit Optik zu 
finden wird schon fast ein bisschen zu teuer, Halogenlampen bekommt man 
hingegen ja fast hinterhergeschmissen!

Ich setze das mal um und bin gespannt, ob es funktioniert!

Fabian

Kopfschüttelnder schrieb:

> Variante 2 wäre die eleganteste Lösung.

Zumal Variante 1 wohl nicht funktionieren würde.

Warum würde denn die Variante mit dem 12V-Spannungsregler nicht 
funktionieren?

Glühlampen mit Wolframdraht sind Kaltleiter, der Kaltwiderstand ist 
vielleicht 1/10-tel des Nennwiderstandes. Um die bei Halogenlampen 
erhöhte Farbtemperatur zu erreichen, kann man mit bis zu 1/15-tel des 
Nennwiderstands rechnen. D.h. eine 20W-Lampe zieht bei 12V kurzzeitig 
bis zu 25A.

Da ein L7812 aber schon bei 3A dicht macht bzw. die Spannung darüber 
einbricht, reicht die Heizleistung u.U. nicht einmal um die Glühwendel 
überhaupt auf Temperatur zu bringen. Geht dann bestenfalls in Zeitlupe.

Danke für die Erklärung! Daran hätte ich ja nie gedacht! ;)
Ich baue mir nachher dann mal die PWM-Variante!
Danke!

Fabian S. schrieb:

> Warum würde denn die Variante mit dem 12V-Spannungsregler nicht
> funktionieren?

Weil die Verlustspannung 2...3V beträgt.

Es funktioniert!
Ich habe die PWM-Schaltung mal gerade zusammengesteckt und die Lampe 
leuchtet ziemlich hell und wird extrem heiß!
Das Bild der Kamera, das der RasPi auf dem Roboter eigentlich auswerten 
sollte, ist einfach nur noch komplett weiß. Ich werde die Lampe daher 
mal dimmen.
Sogar der MOSFET (ein IRLZ34N) wird so heiß, dass ich ihm mal einen 
Kühlkörper verpasst habe.
Dann wäre das Problem jetzt ja gelöst, vlt. probiere ich irgendwann auch 
noch mal die LED-Variante aus, zur Zeit kann man der Akkuanzeige richtig 
dabei zusehen, wie sie langsam hinabklettert...

Viele Grüße,
Fabian

hi,

ich nehme an, der wird direkt vom avr angesteuert mit 270Ohm oder so als 
gatewiderstand? dann dreh mal die PWM auf wenige 100Hz runter. der darf 
bei 20W kaum spürbar warm werden.

@Bär: ein to220 mit 0,8W möchtest du aber auch nicht mehr anfassen. sind 
hier aber nur 20W und sollten somit nur 0,1W sein ohne schaltverluste, 
die bei wenigen 100Hz aber unter den tisch fallen, wenn man nicht gerade 
47k ans gate klemmt.

gruß,
norbert

Mir ist gerade aufgefallen, dass ich versehentlich die 35W-Lampe 
angeschlossen hatte und nicht die 20W-Lampe, bei der 20W-Lampe ist die 
Hitzeentwicklung nicht so stark...
Trotzdem mal kurz nachgerechnet, wie heiß er denn hätte werden sollen:

Also bei 35W (laut Verpackung nimmt die aber 38W auf) und effektiv 12V 
liegt die Stromaufnahme bei
I = P/U = 38W/12V = 3,1666...A

Bei einem RDSon von 0,035Ohm ist die Verlustleistung dann
P = I²R = 3,1666...² × 0,035Ohm = 0,350972222W

Einem einem Wärmewiderstand (heißt das so? Im Datenblatt steht auf S.1 
etwas von Thermal Resistance) von max. 62°C/W ist der Temperaturanstieg
dT <= 0,350972222W × 62°C/W <= 21,7602777...K

Bei derzeit 26,6°C im Raum komme ich auf eine Temperatur des MOSFETs von
Theta <= 26,6°C + 21,7602777...K <= 48,3602777...°C

Hm, also der MOSFET war bestimmt so im Bereich 60°C bis 80°C, also nicht 
mehr anzufassen.

Bär Luskoni schrieb:
> Wird er vernünftig angesteuert?

Was heißt denn "vernünftig ansteuern"? Ich habe davon leider nicht so 
viel Ahnung...
Ich habe einfach das Gate direkt an den Pin des AVRs angeschlossen, 
Source kam an 0V und zwischen Drain und die 14,8V habe ich die Lampe 
geschaltet. Die Idee mit der Induktivität habe ich zunächst nicht 
umgesetzt.

Danke für eure Hilfe!

ui, da gehört ein widerstand zwischen gate und pin! der pin steuert 
sonst ständig gegen kurzschluss, das gate ist für den pin ein kleiner c.
wie ist die pwm frequenz?

bei der berechnung der temperatur hast du aber wirklich mal nur grob 
abgeschätzt, oder? das geht doch genauer!

gruß,
norbert

Norbert S. schrieb:
> ui, da gehört ein widerstand zwischen gate und pin!

Das ist allerdings eher ein Angstwiderstand, der normalerweise
nicht benötigt wird.

Dann baue ich gleich mal einen kleinen Widerstand dazwischen. Dass das 
Gate als ganz kleiner Kondensator dient, wusste ich, habe mir aber nicht 
so wirklich viel bei gedacht... 2,7kOhm sind OK? Was die Frequenz 
angeht: Ich verwende das Arduino Mega 2560, und zwar Pin 45, da liegt 
die Frequenz (glaube ich) bei 500Hz.

hi,

nein, 2k7 ist etwas viel, nimm mal 270Ohm oder sowas.
läuft mit 5V? der pin darf 40mA, rechne selbst und bleib etwas weg von 
den 40mA.

das mit der frequenz solltest du mal genauer nachsehen.
der pin kann nur begrenzt strom treiben und bei jedem umschalten 
entstehen verluste im fet.

direkt am pin mit 500Hz dürfte der aber nicht so heiss werden.
irgendas stimmt da noch nicht.
probier doch vielleicht mal ne manuelle pwm mit delays, so daß 100hz 
oder so rauskommen.

harald: ganz schlechter stil. der pin macht zur not bis 100mA oder so 
spitze. geht nach meiner erfahrung zwar nicht kaputt aber man handelt 
sich womöglich probleme ein, die ein ardu-nutzer ohne oszi garantiert 
nicht braucht.

gruß,
norbert

ps: kleinschreibe ist auch schlechter stil aber tippt mal als 
rechtshänder, wenn der rechte arm komplett in gips ist...

Norbert S. schrieb:
> 2k7 ist etwas viel, nimm mal 270Ohm oder sowas.

:D

Jetzt, wirklich mit der 20W-Lampe und mit einem kleinen Kühlkörper auf 
dem MOSFET, ist mit der Hand nur mit genug Konzentration überhaupt noch 
eine Erwärmung mehr zu spüren.

Ich mache mal morgen damit weiter, jetzt fahre ich erstmal kurz bei 
Conrad vorbei (habe das Privileg, sehr in der Nähe des großen Cs zu 
wohnen).

Mir geht übrigens immer noch nicht die Sache mit der LED aus dem Kopf. 
Ich glaube, ich bestelle mal so eine 
http://www.conrad.de/ce/de/product/177034/HighPower-LED-Kalt-Weiss-1-W-105-lm-110-32-V-350-mA-Avago-Technologies-ASMT-MW04-NLN00?ref=list 
und schaue, ob die sich eignet, zumindest ist sie relativ günstig.

Muss man bei LEDs unbedingt Konstantstromquellen verwenden oder geht das 
theoretisch auch mit PWM, wenn man die Nennspannung anvisiert?

Fabian S. schrieb:

> Muss man bei LEDs unbedingt Konstantstromquellen verwenden oder geht das
> theoretisch auch mit PWM, wenn man die Nennspannung anvisiert?

Es gibt für LEDs, im Gegensatz zu Glühlampen, keine echte Nennspannung,
wohl aber einen Nennstrom. :-)
Zudem muss man bei Leistungs-LEDs praktisch immer einen Kühlkörper
verwenden.
Gruss
Harald

Ja, die China-LEDs auf eBay sind viel, viel günstiger, aber da dauert es 
leider ein paar Wochen, bis die ankommen... Ich habe aber auch schon mal 
überlegt, einfach ein paar von denen auf Vorrat zu bestellen, das mache 
ich gleich einfach mal!
Was die Wärmeentwicklung angeht: Kommt das nicht auf den 
Einschaltwiderstand RDSon an?

Fabian S. schrieb:
> Was die Wärmeentwicklung angeht: Kommt das nicht auf den
> Einschaltwiderstand RDSon an?

ja, wenn die schaltverluste klein bleiben. von daher war deine rechnung 
von oben schon richtig.

nackte leds mit der leistung, da würde ich dir abraten.
die 1W fallen zu 75-80% als abwärme an und leds mögen es nicht warm.
bei smd geht das fast nur mit aluplatine.
und du bräuchtest ca. 5 stück davon, um die 20W halogen zu ersetzen.

capslock: danke erstmal. immerhin kann ich mir nach einer woche jetzt 
schon die schuhe zubinden.
ich habe diese taste tatsächlich erst in den letzten tagen entdeckt ;-)
für normalen text, also nomen oder eigennamen ist mir das aber zu 
umständlich - momentan...
es ist alles etwas kompliziert und umständlich und vor allem: ich kann 
nichts basteln!

gruß,
norbert

Fabian S. schrieb:
> Ich hatte bloß Angst, dass
> der kurze 14,8V-Puls der Lampe irgendwie schaden könnte.

Die Dinger laufen auch an 12 Volt Wechselspannung. Da das nur der 
Effektivwert ist, liegen da periodisch auch immer höhere Spannungen an, 
ohne daß da was passiert. Solange die PWM nicht schnarchlangsam ist, 
wird da nichts passieren. Und schnarchlangsam willst Du auch nicht. Du 
willst ja kein Blinklicht. Solange du kein Flacken siehst, ist die 
Frequenz hoch genug. Nur der Dutycycle sollte nicht zu hoch sein.

DC=12/14,8=0,81 wäre natürlich Käse.

siehe
http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation

Korrekt wäre DC=0,65. Tendenz mit fallender Akkuspannung steigend.

Nebenbei:

Es gibt auch die These, daß Gleichstrom auch auf Glühbinen negative 
Auswirkungen hat. Wenn ich aber an Autoscheinwerfer, Taschenampen etc. 
denke scheint dieser Effekt zumindest bei Kleinspannungen nicht 
dramatisch zu sein.