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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lüftersteuerung mit AVR über PWM ?


Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hallo,

ich bin ein totaler Anfänger was Mikrokontroller und Co. betrifft.
Ich möchte aber mit einem Atmel 2 Lüfter ansteuern, und zwar nicht nur
an/aus sondern die Drehzahl (fast) stufenlos regeln können.

Ich habe mir etlihce Sachen schon durchgelesen, aber ich finde keinen
grünen Zweig. Habe mir schon etliches über DAC und Spannungsregler
durchgelesen. Was ich bräuchte wäre quasi ein digitaler Poti, damit ich
die Spannung an z.B. einem LM337 einstellen kann. Das wird dort ja über
einen Poti gemacht.

Oder eben über diese PWM ... bloß da habe ich noch weniger Ahnung wie
ich damit ne Spannung unter Last regeln soll. Aus dem Atmel kommen
bestimmt keine 4A die ich für die Lüfter brauche... Kann ich mir
jedenfalls nicht vorstellen.

Ich bin für jede Hilfe und Anregung dankbar. Mit Schaltplänen kann ich
auch was anfangen...

Schon mal Danke für eure Antworten und Ciau.

Autor: Alexander Starke (Gast)
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Das ist zum Beispiel mit einem ATMega8 kein Problem. Schau zum Beispiel
mal bei www.mc-project.de unter Programme --> PWM. Da findest du was du
suchst. Über OC1A und OC1B kann man die Drehzahl nahezu stufenlos
steuern.
Habe selbst schon eine ähnliche Anwendung umgesetzt.

Alex

Autor: Alexander Starke (Gast)
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Achso, wegen den 4A (was hast du da für Lüfter???) sollte natürlich ein
Leistungstreiber zwischen den MC und deine Endgeräte geschaltet werden.
Für solche Leistungen habe ich aber im Moment keine Ahnung, was man da
verwendet. Habe bis jetzt nur mit PC-Lüftern gearbeitet.

Alex

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

kuckst du hier:
www.matwei.de -> Elektronik -> Lüfter-Drehzahlmesser

Matthias

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hallo,

ich will 2 große 120mm Lüfter ansteuern, die je 149 m³/h an Luft
fördern, die ziehen zusammen an die 3A. Ist als Kühlung für mein
getuntes Motorrad gedacht. Das wird bei Stadtbetrieb ganz schön heiß.

Den Schaltplan auf deiner Seite (www.matwei.de) habe ich mir schon zu
Gemühte geführt. Dort regelst du, soweit ich das verstanden haben,
über eine PWM an PB3 mittels Transistoren die Spannung ? oder die
Stärke ? Weil auf einer anderen Seite habe ich gelesen, daß man mit
Transistoren eher die Stärke als die Spannung steuern kann. Deswegen
werde ich da nicht so schlau draus, aus diesem Teil deines
Schaltplans.

Vielleicht kannst du mir das etwas genauer erklären ? ;-)

Ach ja, was ist nun wieder ein Leistungstreiber... bei Reichelt finde
ich nichts das so heißt.

Ciau, Andy

Autor: Freddy (Gast)
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Hallo Andy,

bei deinen Lüftern ist die Drehzahl nicht in erster Linie von der
Spannung oder dem Strom Abhängig, sondern von der zugeführten Leistung
"P". P berechnet sich aus U * I.

Beispiel: P = U * I = 12V * 3A = 36W (Leistungsaufnahme deiner Lüfter)

Der Trick bei einer Steuerung über PWM ist nun einfach, das man den
Verbraucher einfach ganz schnell ein bzw. aus schaltet.

Sagen wir einmal wir würden den Lüfter nur ein mal pro Sekunde ein-
bzw. ausschalten. Die Einschaltdauer 0.5 Sekunden (tein) und die
Ausschaltdauer auch 0.5 Sekunden (taus). Dann braucht der Lüfter ja nur
für die Hälfte der einen Sekunde seine Leistung von 36W.  Dies
bedeutet, über die ganze Sekunde gesehen sind das nur 18W und der
Lüfter dreht mit ungefär der halben Drehzahl.

(Das ungefähr deshalb, weil die Leistungsaufnahme nicht Proportional
zur Drehzahl bzw. Luftfördermenge ist.)

Das Verhältniss zwischen tein und tein + taus nennt sich Pulsweite
(PW). Dies wird bei der PWM-Steuerung zur regelung der Leistung
verändert.

Pulsweite: PW = tein / (tein + taus)

Beim Atmel-Controller wird die Pulsweite über die Register OC1A und
OC1B eingestellt.


Die Leistung berechnet sich dann als:  P = U  I  PW


MfG Freddy

Autor: Freddy (Gast)
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Hab ich noch vergessen:

Du solltest das ganze dann jedoch etwas schneller machen wie nur einmal
pro sekunde.

MfG Ferddy

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi,

danke Freddy. Ich glaub so langsam komme ich dahinter. Jetzt versteh
ich den Schaltplan von Matthias auch besser. Dann kann ich einfach
einen normalen Lasttransistor als ein/aus Schalter verwenden, oder ?
Und direkt an das PWM-Signal schalten ?

Mal so nebenbei, bei fast allen Schaltplänen ist ein Wiederstand vor
die Transistoren geschaltet, warum das ganze ? Damit es keinen kurzen
gibt ? (Wenn man den Transistor als Schalter ansehen würde.)

Tschü Andy

Autor: Martin (Gast)
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Hallo Andy,

schön das Du voran kommst.

Der Widerstand zwischen Transistor(FET) und Mikrocontroller dient dazu
einen definierten Strom bzw, eine Spannung an den FET anzulegen und
nicht unbedingt die 5V des Atmels was für viele FETs zuviel wäre.

Einen Kurzschluss kann es nicht geben, da das Gate des FET (der
mittlere PIN) nicht elektrisch mit Source und Drain (den beiden äußeren
Pins, die durchgeschaltet werden) verbunden ist.

Gruß Martin

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi Leute,

ich hab einfach mal so wie ich es für richtig hielt nen Schaltplan
gezeichnet mittels eagle. Ich habe die Datei angehangen.
Es wäre echt toll, wenn jemand mal reinschauen könnte, ob das so
richtig ist, was ich da fabriziert habe.

Ciau, Andy

Autor: Freddy (Gast)
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Hallo Andy,

Im prinzip recht kunstvoll gezeichnet aber leider noch nicht ganz OK.

1. Beim Poti 'A' mit 'S' verbinden (verhindert, das der Anschluss
ganz offen ist, wenn der Schleifer mal keinen Kontakt hat).

2. Den Transistor Q1 durch einen Feldeffekttransistor (FET) ersetzen
und in den Masse-Zweig der Lüfter einbauen.

3. Q2 braucht mindestens noch einen Vorwiderstand, wenn das
Tachosiggnal wirklich ein treibendes Signal ist. Manchmal jedoch sind
die Tachoausgänge als Open Kollektor-Ausgänge ausgelegt. Das würde dann
bedeuten, das du Q2 weglassen könntest und dafür einen Widerstand gegen
5V mit an den Eingang klemmst.

4. Der 7805 braucht noch ein Paar Kondensatoren

5. Was ist das für ein Display ??  (meist 14 Anschlüsse, oder bist du
im 4-Bit-Modus. Wenn du keine Daten vom Display lesen musst, kannst du
die R/W Leitung fest verdrahten und damit noch einen Prozessor-Pin
spaaren.)


MfG Freddy

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi,

ich habe den Plan so verändert, wie das Freddy meinte. Fast alles
jedenfalls. Das LCD steuere ich in der Tat nur mit 4Bit an.

Aber warum muß ich Q1 gegen nen FET umtauschen ? Der BD243 ist bis 6A
angegeben, was bei mir ja ausreichend ist. Oder gibt es da noch etwas,
daß ich wissen sollte ?

Das Tachosignal will ich induktiv am Zündkabel abnehmen, und da habe
ich schon zu tun die 0.7V zu erreichen dank der Schirmung, deshalb habe
ich da nen Transistor zur Verstärkung hingesetzt.

Ciau, Andy

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi,

ich schon wieder ;-)
Kann mir einer von euch bitte noch erklären, wie ich den Vorwiederstand
von Q1 richtig ausrechnen kann ? Aus dem Datenblatt werde ich nicht
richtig schlau.

Ciau, Andy

(Schaltplan ist im letzten Beitrag angehangen)

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

als Schalter ist das dieser Transistor denkbar schlecht geeignet. Er
hat einen Stromverstärkungsfaktor von gerade mal 30.

Du hast einen Arbeitsstrom von 1A. Also brauchst du bei einer
Verstärkung von 30 einen Basisstrom von mind. 33mA (besser Faktor 2
mehr da man einen Transistor als Schalter deutlich in der Sättigung
betreiben sollte). Das kann der AVR garnicht liefern.

Also entweder suchst du dir einen anderen Typ, schaltest einen weiteren
Transistor als Verstärker vor die Basis von Q1 (Darlington-Schaltung)
oder nimmst einen Logic-Level-FET wie den IRL(U/R)2905. Da hast du dann
keine Probleme mehr mit Basisstrom und Erwährmung. Im Anhang mal ein
Schaltungsvorschlag.

Matthias

Autor: Axel Rühl (Gast)
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Hi, Leute
lasst mich klugscheissen...
der 100Ohm vorwidestand im Gate soll parasitäre Schwingungen im
HF-Bereich verhindern, zusammen mit der Gatekapazität und der
Zuleitunginduktivität ballerts sonst richtig hin-und her. merkt man
zwar nichts von, aber der MOSFET wird heiß. Daher dicht am Mosfet
positionieren. der Widerstand bedämpft die Schwingungen und sollte
nicht weggelassen werden. Beim Bipolar transistor BD243 begrenzt man
-klar- den Basisstrom damit.Hier gibts nicht solch trödel mit
Schwingungen übers Gate, weil viel niederohmiger, langsamer etc.

Diss nur dazu, schönes Wochenende
AxelR

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hallo,

das klingt ja alles sehr schön und gut was ihr da schreibt. Ich glaube
euch das auch :).
Aber es beantwortet nicht das was ich wollte. Wie kann ich im
allgemeinen den Vorwiderstand zu einem Transistor ausrechnen ? bzw. Wer
kann mir das Datenblatt einigermaßen erklären ? (siehe letzten Anhang)

Ist diese Verstärkung hFE oder hfe ?
Und was sagen die anderen Werte aus.
Und warum finde ich keine Datenblätter zu den MOSFETs ?

Fragen über Fragen ... (^-^)

Ciau, Andy

Autor: bukongahelas (Gast)
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Vorwiderstand ausrechnen bei bipolaren Transistoren:
Wieviel A sind zu schalten? z.B. 10A.
Der Transi hat einen Stromverstärkungsfaktor von z.B. 100.
Das ist der B oder beta-Wert (Datenblatt),hier 100.
Also 10A geteilt durch 100 = 100mA.
Das ist der Basisstrom zum einfachen Durchschalten.
Zum sicheren Durchschalten wird er verdoppelt bis x5 genommen.
Die Obergrenze ist der max. Basisstrom (Datenblatt).
Also 100mA x2 = 200mA,die fließen in die Basis (bei NPN).
Der Basiseingang ist wie eine Diode in Leitrichtung nach
Masse.Wenn ich da Spannung anlege,dann Kurzschluß,Transi tot.
Deshalb der Vorwiderstand,begrenzt den Basisstrom auf 200mA.
Also:bei Ansteuerung mit 5 Volt:
5 Volt geteilt durch 200mA = 25 Ohm.
Problem:200mA bringt kein AVR Pin,also entweder kleinerer Basis-
strom oder besser:Darlingtontransi,der hat B=1000 - 10000.
Das sind 2 Transis in 1 Gehäuse "hintereinandergeschaltet".
Nachteil Darl: höhere Durchschaltspannung (Uce sat) also mehr
Verlustleistung: P = Uce sat   x   Ic
(Sättigungsrestspannung mal Kollektorstrom)
0.1V x 10A = 1Watt (guter Schalttransi)
0.5V x 10A = 5Watt (nicht so toll,"Schalter nicht richtig
                    geschlossen")

Nochmal für Kleintransistor:
Schaltstrom: 1A    B=100    Steuerspannung 5V

1A : 100 = 10mA      einfacher Basisstrom
10mA x2 = 20mA       zweifache Übersteuerung
5V : 20mA = 250 Ohm  Basisvorwiderstand für 5V

Tip:Aufbauen,Transi mit Last einschalten,also mit 5V
an den Basisvorwiderstand gehen,NICHT an die Basis direkt!
Spannung zwischen Kollektor und Emitter messen.
Sollte unter 0.5 Volt liegen.
Besser: 0.1 Volt oder weniger. (Gut durchgeschaltet).
Darauf sind Schalttransis gezüchtet.
Oder Basisvorwiderstand verkleinern für besseres
Durchschalten.Bis zum max. Basisstrom,sonst tot.
Schaltet der Transi nicht gut durch,wird er zum Vorwiderstand
in Reihe zur Last.
Transi anfassen,darf nur handwarm werden,sonst Kühlblech.
Bei induktiven Lasten (Lüfter) Freilaufdiode nicht vergessen!
Schalte nicht schneller wie 1kHz,reicht hier,wenn zu schnell,
kommen die Transis nicht mehr mit.
Empfehle 200Hz für den Lüfter als Last.

uli

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi,

danke Uli. Das ist genau das was ich wollte. Mein Problem war immer die
Brechnung der Vorwiederstände ;)

Mal kurz zu der Freilaufdiode: Ist das eine Diode, die ich Richtung
Masse schalten muß, damit der Strom abfließen kann, wenn die Schaltung
ausgemacht wird und die Lüfter noch drehen ? Oder muß die woanders dran
?

Ciau, Andy

Autor: bukongahelas (Gast)
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Die Freilaufdiode wird parallel zur Last geschaltet.

Und zwar so,daß die negative,sehr hohe Induktionsspannung
beim Abschalten der Last kurzgeschlossen wird (->Freilaufstrom).
Sonst zuckt ein Blitz rückwärts durch den Transistor.
Oder:Die Diode begrenzt die Gegeninduktionsspannung auf
0.7 Volt.
Wenn Du sie falsch gepolt einbaust,gibts schon beim
Einschalten Kurzschluß,die Diode wird zur Last,
denke es mal durch.

Themen "Freilaufdiode" und "Induktionsgesetz" (ElektroBuch)
klären auf.

So eine Freilaufdiode baue ich immer dran,schadet nicht
bei ohmschen Lasten,schützt aber immer (Gewitter).

Uli

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi,

ich hab da mal noch 2 Dioden reingesetzt, kann da mal
einer schaun ob die richtig platziert sind ? Danke.

Ciau, Andy

Autor: Axel Rühl (Gast)
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Hi Andy,
ja richtig, spendier dem Atmel noch die übliche RESET-Beschaltung und
einen Elko an der Betriebsspannung.
War doch für ein Motorrad? mein Autorradio hat noch ne spule in der
12Volt Leitung, ich weiß nicht, ob man die weglassen kann...

Gruß
Axel Rühl
Potsdam

Autor: Henning (Gast)
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man sollte sie eher dazunehmen, um störspiten/spannungen abzuhalten und
somit die versorgung für den avr stabiel zu halten

Autor: axel rühl (Gast)
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@alex

war eben mal auf deiner seite www.mc-project.de
danke für die ausführungen, endlich mal was in deutsch.

gruß
axel

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi,

wenn mir jetzt noch einer sagen kann, wie ich die Spule richtig
bestimme von der ihr redet, wäre das nicht zu verachten ;)

Ciau Andy

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Hi Leute,

ich hab da doch noch mit dem Vorwiederstand zum Transistor zu kämpfen.
An einem  Wiederstand fällt doch die Spannung ab ? Richtig ?
Also warum nehme ich dann zur Berechnung die Schaltspannung ? Und nicht
die Spannung die abfallen muß um im Bereich des Transistors zu bleiben.
Uli schrieb ich soll die Steuerspannung durch die ausgerechnete
Schaltstromstärke nehmen und dann hätte ich den Wert den ich brauche.
Ich bin ein wenig verwirrt.

Mal angenommen ich nehme einen Darlington-Transistor vom Typ BDX33B.
Der hat ne max. Schaltspannung von 2.5V und ne Verstärkung von B=750.
Da hätte ich mir jetzt gedacht, wenn ich 3,2A brauche rechne ich:

3,2A : 750 = 4.3mA
4.3mA * 2  = 8.6mA wegen guter Sättigung

und dann die Spannung die Abfallen muß, bevor Sie in der Transistor
geht, das wäre 2.5V, da der Atmel ja 5V liefert.
Da käme ich dann auf:

2,5V : 0.0086A = 290,7 Ohm

Was meint ihr dazu, liege ich richtig, oder wisst ihr noch was das ich
nicht weis ;)

Ciau, Andy

Autor: Andy Püschel (Gast)
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Ich bin glaub ich gerade selbst drauf gekommen.
Auf der Seite
www.tomtomweb.de/technik/transistor/transistor_schalter.htm steht es
ganz gut beschrieben.

Dann war meine Rechnung so eigentlich richtig. Oder seht ihr das
anders. Ich betreibe den Transistor zwar hart an der Grenze, aber
naja... :)

Besser wäre 5V-(0.7V(min. Schaltspannung)+0.7V(zusätzlich, sicher ist
sicher)). Also müssen noch 3.6V am Wiederstand abfallen. Das macht
dann:

3.6V : 0.0086A = 418,6 Ohm

Stimmts oder hab ich recht (^-^) Ich bin mir eigentlich ziemlich sicher
das es so passen müßte. Sagt mir halt bitte noch was ihr dazu meint.
Bin trotz meiner Überzeugung für alles offe.

Ciau, Andy

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