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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Papst 24V Lüfter steuern


Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Hallo Leute ich brauche eine gute Idee.

Zwei Papst-Lüfter Typ 5114N (24V 9,5W) sind parallel geschaltet.
Die Drehzahl soll je nach Temperatur gesteuert werden (AVR Tiny)

Zur Verfügung steht ein 24V Trafo.
Die Lüfter haben einen Spannungsbereich von 12-30V
Nach Gleichrichter und Elko beträgt die Spannung aber schon 35V.
Ich befürchte die Elektronik im Lüfter verträgt nicht mehr als 30V.

Auf einen vorgeschalteten Längsregler möchte ich verzichten.
Was ist am sinnvollsten?
- Einen Schaltregler z.B. LM2576 per AVR steuern?
- Einen Step-Down-Wandler direkt per AVR ansteuern?
- Schaltregler auf 24V und danach PWM-Regelung?
- andere Ideen?

Wie versorge ich den AVR mit 5V?

Autor: Oliver Döring (Gast)
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Wenn am AVR nicht noch andere Dinge hängen, kannst Du ihn mit 
Vorwiderstand und Z-Diode speisen, da die Stromaufnahme äußerst gering 
ist. Alternativ zwei Längsregler hintereinander. Es geht natürlich auch 
viel eleganter, dann aber teurer und aufwendiger.

Die Lüfter steuerst Du per PWM über einen logikpegel-kompatiblen FET 
oder "High Side Switch" (BTS...). Du kannst das maximale Tastverhältnis 
Deiner PWM so einstellen, daß aus den 35V vom Netzteil maximal 24V am 
Lüfter werden. Dabei setze ich voraus, daß es sich um "einfache" 
Gleichstrom-Motoren ohne jede Elektronik handelt, da diese das Signal 
schon ziemlich gut "integrieren" .

Einen Nachteil hat diese einfache Lösung natürlich: Wenn der AVR mal 
abschmiert, liegen im Zweifelsfall die vollen 35V am Lüfter.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Die Lüfter haben integrierte Elektronik.
Die Spannung am Lüfter darf 12V nicht unterschreiten, also vertragen sie 
vermutlich auch keine einfache PWM.

Im Prinzip also wie im Bild.
Was ich nicht weiß:

wie verhält sich so ein Motor mit Elektronik? Hat der eine Induktivität 
oder muss ich eine einfügen? (kann nicht messen, Motoren sind erst 
bestellt)

Wie kann ich sicherstellen, dass die Spannung nie die 30V übersteigt, 
auch nicht wenn der AVR abstürzt?

Autor: Kurfürst Carl Theodor (Gast)
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DER Papst spendet den Segen.

EIN Pabst spendet gequirlte Luft.

Autor: Oliver Döring (Gast)
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Falsch, Herr Kurfürst. Tatsächlich wird ein und derselbe Name für 
mehrere Personen, Firmen, Objekte, etc. vergeben.

Autor: Kurfürst Carl Theodor (Gast)
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Schei.e! Nur 50% meiner Aussage ist richtig.

Ich bitte obertänigst um Entschuldigung!

Euer Kurfürst

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Kurfürst Carl Theodor wrote:
> DER Papst spendet den Segen.
>
> EIN Pabst spendet gequirlte Luft.

unverständliche Aussagen bringen hier nichts.
Wenns ein Scherz sein sollte fehlt der Smily
Übrigens schreibt man Papst mit p nicht mit b

Autor: Falk (Gast)
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@ Stefan Gemmel

> Zwei Papst-Lüfter Typ 5114N (24V 9,5W) sind parallel geschaltet.
> Die Drehzahl soll je nach Temperatur gesteuert werden (AVR Tiny)

> Zur Verfügung steht ein 24V Trafo.
> Die Lüfter haben einen Spannungsbereich von 12-30V
> Nach Gleichrichter und Elko beträgt die Spannung aber schon 35V.

Ja, das ist die Leerlaufspannung. Vollkommen normal.

> Ich befürchte die Elektronik im Lüfter verträgt nicht mehr als 30V.
> Auf einen vorgeschalteten Längsregler möchte ich verzichten.

Warum?

> Wie versorge ich den AVR mit 5V?

LM317. Einfach und sicher. Die Lösung mit Vorwiderstand und Z-Diode ist 
schlechter und frisst mehr Strom (=mehr Abwärme).

Nun zur Ansteurung der Lüfter. Wenn du nicht sicher bist, ob die 
Elektronik PWM verträgt, nun, dann halt Old Skool! Eine simple 
Linearsteuerung über eine Leistungsverstärker. OPV + dicker Transistor 
als einfacher Linerarverstärker. Die Eingangsspannug dafür generierst du 
per PWM und RC-Tiefpass am AVR. Wenn du die Verstärkung des OPV in 
nichtinvertierender Schaltung auf 6 dimensionierst, können maximal 6x5V 
= 30V an der Elektronik anliegen. Ähhh voala! ;-)

MFG
Falk

Autor: u_d (Gast)
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Würde Schaltregler a la LM2575 verwenden.
Ausgangsspannung auf maximal 24 V einstellen und ein Regelsignal über 
Feedback einkoppeln, damit die Drehzahl reduziert werden kann.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Ich habe eben die Variante 2 (nach u_d) getestet (Bild)
Was mir daran gut gefällt - ich kann durch die Widerstände den unteren 
und oberen Wert festlegen. Da kann der AVR machen was er will die 
Spannung ist immer zwischen 12 und 24V. Die umständliche FET-Ansteuerung 
entfällt auch.
Ist das nun die optimale Lösung?

Autor: Marco S. (masterof)
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das mit dem OFF-Pin am AVR ist nicht so gut.
Da er sich dann selber die Spannung abschaltet.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Stimmt danke

Autor: u_d (Gast)
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@Stefan Gemmel.

Gutes Design. Nur der ATTiny 26 macht mich etwas stutzig. Der hat eine 
"High Frequency PWM" und "11-Channel 10-bit A/D converter". Dieser AVR 
ist gerade für Regelungsaufgaben konzipiert worden.

Kommt dann darauf an in welche Richtung du optimieren willst. Kurze 
Entwicklungszeit, Bauteilkosten, gesamte Produktionskosten.
Es macht auch die Verwendung des ATTiny 26 als Schaltregler mit 
nachgeschaltetem Leistungsteil Sinn. Nur muß man sich dann um den 
Leistungsteil selber kümmern und ein paar kleine Bauteile zusätzlich 
Löten/Bestücken.

Autor: Sonic (Gast)
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>Dieser AVR ist gerade für Regelungsaufgaben konzipiert worden.

Nicht so ganz. Die 2k Flash erlauben nicht viel Code. Dieser Chip ist 
als 'dezentrale Peripherie' entwickelt worden, also als Auswertung oder 
Stellglied direkt am Geber. Kommunikation mit der eigentlichen Steuerung 
erfolg dann per SPI o. Ä.

Autor: u_d (Gast)
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"ATtiny26(L) is a powerful microcontroller that provides a highly 
flexible and cost effective solution to many embedded control 
applications." [1]

"With full resolution (top value 255) the maximum PWM base frequency is 
250 kHz." [2]

Ich rede über hardwarenahe Regelaufgaben in Assembler, was aber auch das 
Thema Schaltregler ausmacht. Da sind 2 kByte Programm fürstlich. Mit den 
250 kKz PMW kann man auch eine großes Spektrum an Applikationen im 
Bereich Schaltregler abdecken.


[1] http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/..., Seite 
3
[2] http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/...

Autor: Sonic (Gast)
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Ich meine ja auch hardwarenah mit 'dezentraler Peripherie'. Wenn nur ein 
Lüfter geregelt werden soll ist das schon klar, da tut's auch 'n Tiny15. 
Was ich meine sind größere Regelungsaufgaben, sprich Automation von 
ganzen Prozessen.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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@u_d
von welcher Schaltung sprichst du lüfter.jpg oder lüfter2.jpg?
die zweite finde ich besser.

Den Tiny nehme ich weil ich nur Tiny26, Mega8 und Mega16 vorrätig habe.

Die Regelung soll die Temperatur in meinem Heizkamin regeln.
Das geht so daß ich im Treppenhaus Luft ansauge, am Kamin vorbei ins 
Wohnzimmer blase, dann Esszimmer, Küche, Teppenhaus. So wird alles fast 
gleichmäßig warm. Ich messe die Temperatur der ausströmenden Luft und 
regele entsprechend die Lüfter.


Autor: u_d (Gast)
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@Stefan Gemmel

ich finde die lüfter2.jpg auch besser, besonders bei geringen Losgrößen. 
Hat man sehr wenig Arbeit damit. Die lüfter.jpg habe ich übersehen.

Hätte aber auch eine Aufgabe sein können, wo ein Attiny26 die Regelung 
übernehmen soll. Deswegen habe ich nochmal darauf hingewiesen.

btw. Die lüfter.jpg  solltest du dir nochmal anschauen. Die Ansteuerung 
des Leistungsmosfets hat ein oder zwei Fehler.
a) oben müßte der PNP- Transistor hingehören, unten der NPN (nennt man 
das Gegentaktendstufe?)
b) Ansteuerspannung nur 5 V - Uce des Treibertransistors
c) fehlerhafter Massebezug der PNP-NPN-Treibertransistoren.


Luftheizung hört sich interessant an. Welche Querschnitte haben die 
Leitungen und welches Material verwendest du dazu.

Autor: u_d (Gast)
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@Stefan Gemmel.

Sorry. Habe mich bei Schaltung Lüfter.jpg geirrt. Habe irgendwie 
falschrum auf die Schaltung geschaut. :-(

Würde aber noch eine Zenerdiode vor das Gate des Leistungsmosfet 
schalten, damit er keine Überspannung bekommt.

Autor: Richard Rudolf (Gast)
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Hi,

wo es hier grad ein wenig angesprochen wurde:

24V auf 5V reduzieren.

Ich selbst habe es bei einer Schaltung mit dem üblichen 7805 mit einem 
Kühlkörper(etwa 30*20*20mm groß) probiert, jedoch ist die Erwärmung des 
Ganzen zu stark (nicht gemessen, aber heiss zum Anfassen). Die 
Stromaufnahme bewegt sich wegen einiger Relais so um 100mA. Da gibt es 
doch bestimmt eine bessere Methode als zig Dioden vorschalten, oder?

Wäre nett, wenn mir da jemand helfen könnte...


MfG,
Richard

Autor: Falk (Gast)
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@ Richard Rudolf

> 24V auf 5V reduzieren.

> Ich selbst habe es bei einer Schaltung mit dem üblichen 7805 mit einem
> Kühlkörper(etwa 30*20*20mm groß) probiert, jedoch ist die Erwärmung des
> Ganzen zu stark (nicht gemessen, aber heiss zum Anfassen). Die
> Stromaufnahme bewegt sich wegen einiger Relais so um 100mA. Da gibt es
> doch bestimmt eine bessere Methode als zig Dioden vorschalten, oder?

24V Relais.
Schaltregler.

MfG
Falk

Autor: Richard Rudolf (Gast)
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> 24V Relais.

Geht leider nicht mehr, die Schaltung besteht schon und der Zeitaufwand, 
das Ganze umzubauen, ist zu groß.

> Schaltregler.

Wäre eine Möglichkeit, danke.

MfG,
Richard

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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> Ich selbst habe es bei einer Schaltung mit dem üblichen 7805 mit einem
> Kühlkörper(etwa 30*20*20mm groß) probiert, jedoch ist die Erwärmung des
> Ganzen zu stark (nicht gemessen, aber heiss zum Anfassen). Die
> Stromaufnahme bewegt sich wegen einiger Relais so um 100mA.

2W mit dem Kühlkörper sollte rein gefühlsmässig gehen.
Deine Finger täusen dich. Auch bei 60° kannst du nicht mehr dran fahren.
Lass den Regler ruhig richtig heiß werden, du wirst sehen er geht nicht 
kaputt.

Autor: Michael (Gast)
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Wenn du die Temperatur richtig Regeln willst brauchst du einen 
unterlagerten Drehzahlregler. Das geht relativ leicht wenn dein Lüfter 
einen Tachoausgang hat.

Mfg Michael

Autor: Falk (Gast)
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@ Stefan Gemmel

> > Ich selbst habe es bei einer Schaltung mit dem üblichen 7805 mit einem
> > Kühlkörper(etwa 30*20*20mm groß) probiert, jedoch ist die Erwärmung des
> > Ganzen zu stark (nicht gemessen, aber heiss zum Anfassen). Die
> > Stromaufnahme bewegt sich wegen einiger Relais so um 100mA.

> 2W mit dem Kühlkörper sollte rein gefühlsmässig gehen.

Das geht locker, mit dem RICHTIGEN Kühlkörper.

> Deine Finger täusen dich. Auch bei 60° kannst du nicht mehr dran fahren.
> Lass den Regler ruhig richtig heiß werden, du wirst sehen er geht nicht
> kaputt.

Die Aussage ist dann doch vielleicht ein wenig zu unwissenschaftlich. 
Die meisten ICs vertragen Sperrschichttemperaturen von 125C, AFAIK auch 
7805. Wenn man nun 2 W verbraten muss, und maximal 50K 
Temperaturerhöhung sich gönnt braucht man einen Gesamtwärmewiderstand 
von weniger als

50K/2W = 25K/W

Und das sind Gehäuse (TO220 hat ca. 2K/W) + Kühlkörper.

Aber dann den Kühlkörper nicht in ein hermetisches Plastikgehäuse 
stecken, die Wärme muss ja weg!!!

MfG
Falk




Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Michael wrote:
> Wenn du die Temperatur richtig Regeln willst brauchst du einen
> unterlagerten Drehzahlregler. Das geht relativ leicht wenn dein Lüfter
> einen Tachoausgang hat.
>

die Lüfter haben eine Tachausgang, aber was nutzt mir das?
Wie schnell die Lüfter laufen ist mir egal, die Temperatur soll stimmen

Ich dachte mir das so:
- Ab 40°C schalte ich die Lüfter ein niedrigste Stufe 12V.
Schleife
  - dann 5 Minuten Wartezeit
  - ist die Temperatur um weitere 5 Grad gestiegen -> Spannung 1V 
erhöhen
  - ist sie um 5 Grad gefallen 1V niedriger oder Abschalten weil unter 
12V
Schleife ende

Autor: Sonic (Gast)
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>Das geht locker, mit dem RICHTIGEN Kühlkörper.

Ja. Den kann man auch berechnen. Dafür sind die Angaben im Datenblatt / 
Katalog (Reichelt) da.

Autor: Sonic (Gast)
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Du könntest den Lüfter auch Pulsen (so im zig-ms-Bereich). Falls dir die 
Verlustleistung zu groß ist kannst du auch ein extra Netzteil für den µC 
aufbauen. Ich hab' dir mal die Regelung meiner Nebelmaschine gepostet, 
da ist die Temperaturmessung drauf und die Ansteuerung der Heizung. Kann 
auch mit MOSFET den Lüfter Pulsen (Drehzahl regeln).

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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@Sonic
gute Idee, dann könnten die Lüfter auch langsamer laufen.
Die laufen nach dem Abschalten sowieso noch ne Minute nach wegen den 
schweren Aluflügel. So könnte ich praktisch von 0-500m^2/h regeln.

Autor: Sonic (Gast)
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Na klar, die schweren Lüfterflügel sind dafür sogar ideal, musste nur 
mit den Pulszeiten ein bischen spielen, bis das Ding optimal läuft. Das 
wäre dann ein extrem niederfrequenter PWM.

P.S.: du hast 'ne Dimension vergessen, sollten wohl 500m^3/h sein, oder?

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