Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Arduino - Lüfter mit PN2222 oder Tip120


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von Dennis (Gast)


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Hallo Zusammen,

ich möchte einen 3 Pin Lüfter mit einem Arduino verwenden und via Poti 
regeln. Dazu habe ich folgende Schaltung verwendet: 
https://learn.adafruit.com/assets/2349

Jedoch muss ich hinzufügen, dass ich einen 24V Lüfter verwende. Der 
Pluspol vom Lüfter sowie die Diode hängen parallel am 24V Anschluss und 
den GND vom 24V-Anschluss habe ich mit dem GND vom Arduino 
zusammengeschlossen.

Nun zu meinen Problem. Mein NPN wird dermaßen heiß, dass ich diesen kaum 
anfassen kann. Nehme ich zwischen Basis und PWM vom Arduino einen 
größeren Widerstand, scheint es besser zu sein. Dann funktioniert die 
Regelung aber nicht mehr vernünftig, was ja logisch ist.

Der Lüfter verbraucht laut meiner Messung und Datenblatt genau 0,5A. Der 
PN2222 dürfte damit noch umgehen. Auch bei niedrigeren Drehzahlen wird 
das Bauteil sehr heiß. Hat jemand eine Idee, woran das liegen könnte?

Ich habe hier noch TIP120 Transistoren rumliegen, die mit wesentlich 
höheren Strömen umgehen können. Leider läuft der Lüfter dann aber mit 
1700 rpm statt mit 2000 rpm. Warum auch immer. Vom Anschluss her dürfte 
sich nicht viel ändern. Ich habe testweise den Widerstand zwischen PWM 
vom Arduino und dem TIP120 Transistor weggelassen, aber es wird nicht 
besser.

von Dennis (Gast)


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Der Transistor wird übrigens auch sehr heiß und reagiert manchmal nicht 
auf meinen Poti. Möglicherweise wird dieser zum PWM vom Arduino ohne 
Widerstand verwendet.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Dennis schrieb:
> Ich habe testweise den Widerstand zwischen PWM
> vom Arduino und dem TIP120 Transistor weggelassen, aber es wird nicht
> besser.

Damit überlastest du den Ausgang des Arduino ja auch nur noch mehr. Der 
kleine Kerl kann etwa 20mA am Pin liefern und ohne Basisvorwiderstand 
wird er von der BE Diode des Transistor gnadenlos auf 0,7V geklemmt - 
und das ohne jede Strombegrenzung.
Also benutze entweder einen Basisvorwiderstand oder eben gleich einen 
Logiklevel MOSFet. Ein IRLZ34 ist zwar völlig überdimensioniert, braucht 
aber weder Kühlung noch nennenswerte Steuerleistung am Gate, so das du 
gar keinen oder nur sehr kleinen Gatewiderstand brauchst. Ausserdem 
verliert er an der DS Strecke so gut wie keine Spannung, wenn er 
durchsteuert und der Lüfter kann bequem volle Leistung liefern.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Dennis schrieb:
> . Ich habe testweise den Widerstand zwischen PWM
> vom Arduino und dem TIP120 Transistor weggelassen, aber es wird nicht
> besser.

Autsch. Grundlagen lernen. Es ist nicht gut, einen Arduino-Ausgang auf 
2V runter zu zwingen per Quasi-Kurzschluss.

Ein normaler Bipolartransistr benötigt einen Basisstrom.
Damit er 500mA schalten kann sollten das schon 25mA bis 50mA sein.

Dein Arduino liefert aber keine 50mA, auch keine 25mA, sondern nur 20mA.

Also wird der bipolare PN2222 Transistor mit deinen 15mA über 270 Ohm 
nicht ganz durchschalten, es verbleibt im EIN-Zustand eine grössere 
Spannung über Kollektor-Emitter und er wird heiss. Selbst wenn er voll 
durchschaltet sind 0.5A knapp an seiner Belastungsrenze. Auchte auch 
drauf, daß Motoren beim Anlaufen immer deutlich mehr Strom benötigen. 
Immerhin hast du ja gemessen.

Nimmt man statt dem einfachen PN2222 Transistor den Darlington TIP120 
ist die Stromverstärkung besser, für zu schaltende 0.5A reichen dann 5mA 
in die Basis, aber ein Darlington hat immer 1.4V Spannungsverlust. Bei 
24V nicht so tragisch. Und der TIP120 hat eine Kühlfahne, kann also 
irgendwo angeschraubt werden um die ca. 2V*0.5=1W loszuwerden, ein 
kleines Blech reicht schon aber ohne Blech wird er heisser als dein 
Finger mag.

Nur schaltet er nicht so schnell. Die PWM sollte also eher langsam sein, 
sagen wir um 50Hz, keinesfalls im Bereich über 10kHz. Dazu passt auch 
deine langsame 1N4001 Diode besser. Die 5mA Basisstrom entstehen durch 
(5V-2V)/0.005 = 600 Ohm Vorwiderstand, deine 270 Ohm sind also klein 
genug.

von Dennis (Gast)


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Super, vielen Dank für die ausführlichen Antworten. Ich habe gleich mal 
bei Conrad ein paar TIP120 geordert. Als Vorwiderstand werde ich 
wahrscheinlich 330 Ohm nehmen, da 220 Ohm zu klein sein dürften und mein 
Sortimentkasten dazwischen nichts hergibt.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Dennis schrieb:
> Ich habe gleich mal
> bei Conrad ein paar TIP120 geordert.

Hätteste mal lieber ein paar von den o.a. MOSFet geordert. TIP120 ist 
sowas von 80er :-P

von Dennis (Gast)


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Die MOSFETs habe ich ebenfalls geordert. Für kleinere Lüfter mit weniger 
Strombedarf dürften die PN2222 und die Tip120 ausreichen

von Des Wahnsinns fette Beute (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> TIP120 ist  sowas von 80er :-P

Irgendwoher muß er doch den TIP haben...

von Manfred (Gast)


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Dennis schrieb:
> Mein NPN wird dermaßen heiß,

500mA mit einem TO-92 ist schon mutig.

Wenn man mal in das Datenblatt guckt:
V CE (sat) Collector-Emitter Saturation Voltage
IC=500mA, IB=50mA - - Max. 1V

von Dennis (Gast)


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Ich hatte lediglich auf Seite 1 etwas von 600mA gelesen und 150°C und 
bin davon ausgegangen, dass das dann normal ist, auch mit der 
Hitzeentwicklung.

von Manfred (Gast)


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Dennis schrieb:
> Ich hatte lediglich auf Seite 1 etwas von 600mA gelesen und 150°C und
> bin davon ausgegangen, dass das dann normal ist, auch mit der
> Hitzeentwicklung.

Wenn man eine langlebige und zuverlässige Schaltung möchte, bleibt man 
mit der Temperatur deutlich drunter. Ich hätte keine Bedenken, wenn 
das Transistörchen 60°C erreicht. Der Halbleiter im Inneren ist 
natürlich wärmer als das Gehäuse, bei 60°C Gehäuse werden das rund 100°C 
sein.

Wenn der PN2222 1 Volt_UCE hat und 500 mA fließen, ist das ein halbes 
Watt.
In der Praxis ist der vermutlich etwas besser, im Datenblatt steht ja 
der garantiert schlechteste Wert. Du bekommst aber den Basisstrom von 
50mA nicht hin, was Deine Sättigungsspannung negativ beeinflusst.

Die tatsächlichen Verluste miss einfach mal nach: Ausgang des µC auf 
Dauerbetrieb und Spannungen C-E, B-E und über den Basiswiderstand 
messen.

Wiederhole das mit dem TIP120 und berichte.

Da im Datenblatt nichts steht, frage ich mal die Suchmaschine und finde 
für einen beliebigen TO92-Transistor 200K/W - damit würde er sich also 
um 100° über Umgebungstemperatur erwärmen. Die Beschreibung der 
Hochschule Zürich sieht ganz nett aus, einen Überblick zu bekommen.

von Michael B. (laberkopp)


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Dennis schrieb:
> Ich hatte lediglich auf Seite 1 etwas von 600mA gelesen und 150°C

Es lohnt sich immer, auch die zweite Seite zu lesen.

von Dennis (Gast)


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Kann ich den IRLZ34 dann genau so wie den PN2222 nutzen, also mit 330Ohm 
Widerstand zwischen Arduino PWM und Gate? Ansonsten finde ich im Web 
keine vergleichbaren Schaltungen. Ich würde eventuell noch einen 10k 
Widerstand von Gate auf Masse legen, damit der Ventilator bei 0 auch 
wirklich NULL anläuft.

von Manfred (Gast)


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Dennis schrieb:
> Kann ich den IRLZ34 dann genau so wie den PN2222 nutzen,
> also mit 330Ohm Widerstand zwischen Arduino PWM und Gate?

Baue es einfach auf und teste, es wird funktionieren.

Im Gegensatz zum PN oder TIP würde es sogar ohne Widerstand 
funktionieren, aber ich finde diese Variante nicht gut.

> Ich würde eventuell noch einen 10k Widerstand
> von Gate auf Masse legen,

Gate-Source gehört generell ein Widerstand hin, damit im Reset des µC 
kein undefinierter Zustand auftritt. Der darf gerne größer werden, mir 
reichen 100k.

von Joachim B. (jar)


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Manfred schrieb:
> 500mA mit einem TO-92 ist schon mutig.

mit einem BS170 wäre das vielleicht möglich und man nicht den 
Schlechtesten erwischt und wenn der Arduino mit 5V läuft (es gibt ja 
auch welche mit 3,3V)
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BS170-D.PDF

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