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Thema: PWM mit 13A Glätten

  1. #1
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    PWM mit 13A Glätten

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    Hallo,

    neulich bin ich auf dieIdee gekommen mir für meine Shisha eine elektrische Kohle zuBauen.
    Es gibt diese auch fertig zu kaufen, allerdings ist hierdie Hitzeentwicklung nicht groß genug und es soll wenigerrauchen.

    Ich hatte noch einen defekten Heißluftföhnherumliegen, aus diesem hab ich den Heizdraht entnommen und mehrereKleine Stücke Parallel geschaltet, damit mir 12V ausreichen. Nunzieht mein Heizelement ca. 13,4A bei 12V, dies wird allerdings zuheiß. Die Spannung kommt von einem PC-Netzteil (12V/20A). Um dies zuregeln wollte ich ein PWM Signal darauf geben, also hab ich mir eineSchaltung aus einem ATMega32 einem LCD-Display und einemDrehimpulsgeber aufgebaut. Das PWM Signal wird mit 3 IRFR 1205erzeugt. Prinzipiell funktioniert es auch, aber ich hab nichtbedacht, dass es Probleme macht wenn ich 13A schnell ein und ausschalte, da ich auch noch eine ungeschirmte Leitung zu meinemHeizelement verwende und die Leitungen vom PC Netzteil auch nichtgeschirmt sind. Jedenfalls Kommen nur noch wirre Zeichen auf meinemDisplay an sobald ich das PWM- Signal einschalte.

    Kann ich dasSignal mit einem Kondensator nun Einfach glätten oder fliegt mir derdann durch den hohen Strom gleich um die Ohren? Spulen für einensolchen Strom sind auch nicht gerade billig. Weiß jetzt nicht sorecht wie ich am besten weiter mache.

    Bei Interesse stell ichnoch ein paar Bilder online.

    Code:
                                                VCC
                                                 +
                                                 |
                                                 |
                                                 |
                                                 |
                                                .-.
                                                | | Heizwiderstand
                                                | |
                                                '-'
                                                 |
                                                 |
                                     '-----------o---o--------------.
                                     |               |              |
                                     |               |              |
                                     |               |              |
                                     |               |              |
                                     |               |              |
                       IRFR 1205  ||-+  IRFR 1205 ||-+ IRFR 1205 ||-+
                                  ||<-            ||<-           ||<-
                               |--||-+         .--||-+        .--||-+
     Mikrocontrollerport       |     |         |     |        |     |
               ___             |     |         |     |        |     |
             -|___|------------o-----)---------o-----)--------o     |
                               |     |         |     |        |     |
             100Ohm            |     |         |     |        |     |
                              .-.    |        .-.    |       .-.    |
                              | |    |        | |    |       | |    |
                           3K3| |    |    3K3 | |    |    3K3| |    |
                              '-'    |        '-'    |       '-'    |
                               |     |         |     |        |     |
                               |     |         |     |        |     |
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                    ===
                    GND
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  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Vitis
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    Sorry, die Schaltung ist schrott ... das Parallelschalten von Transistoren egal welcher Bauart funktioniert nur sehr begrenzt wegen der Bauteiltoleranzen.
    Besser einen dickeren.
    Ob das PC-Netzteil diese Lastwechsel mag steht auch in den Sternen, eher nicht.
    Die 13A durch ein LC-Glied führen ... immerhin sind das 160W wird auch nicht wirklich günstig zu realisieren sein.
    nimm Netzstrom und nen Dimmer (Phasenanschnittsdimmer) aber Vorsicht, Lebensgefahr beim Hantieren mit Netzspannung
    Vor den Erfolg haben die Götter den Schweiß gesetzt

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    So tragisch finde ich das mit den parallel geschalteten Transistoren hier jetzt nicht. Die FETs werden ja als reine Schalter eingesetzt und sind damit eigentlich immer entweder voll gesperrt oder voll durchgeschaltet. Es könnte höchstens sein, dass sich der Strom nicht ganz gleichmässig aufteilt und dass durch unterschiedliche Einschaltzeiten für ein paar µs ein Transistor alleine schaltet. Abgesehen davon ist der 1205 bei entsprechender Kühlung für 37A Dauerstrom ausgelegt...

    Was Deine Störungen angeht könntest Du auch versuchen, die PWM-Frequenz extrem niedrig (1-2 Hz) zu wählen. Der Heizdraht reagiert sowieso relativ träge, die Funktion sollte also nicht beeinträchtigt werden.

    Gruß,
    askazo
    - Das Leben ist zu kurz, um in C zu programmieren -

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    @ RoBo-CoP

    Ich bin kein Leistungselektroniker und kann dir dehalb nur wenig helfen. So wie der Vitis und askazo schon schrieben ist deine Schaltzng nicht optimal und mir fallen bloss volgende Gedanken ein:

    - Am Ausgang des PC Netzteils einen genug grossen Kondensator anschliessen, damit es praktisch immer permanente Strombelastung sieht, da nur der Laststrom mit PWM gesteuert werden soll. Am Ausgang des PC Netzteils sollten praktisch nur minimale Spannungwelligkeit am Oszilloskop sichtbar sein und die Leitungen zwischen PC Netzleil und Kondensator müssen dann nicht geschirmt sein.

    - Die genug dicke Massenleitungen sternförmig auslegen, damit kein Laststrom durch die Massenleitung der Steuerung fliesst. Um die EMV Störungen für "Aussenwelt" zu minimieren könnte Abschirmung der Last mit Zuleitungen notwendig sein.

    - Die Steuerung mit µC, falls nötig, im Blechgehäuse plazieren um sie von durch Laststeuerung mit PWM störenden Magnetfeld zu schützen.

    - Das Glätten von Spannung/Strom der omcher Last ist nicht nötig, wenn ausser Heizdraht keine Wärmeentwicklung erwünscht wäre.

    Übrigens, EMV Störungen lassen sich meistens mit einem Radio ohne eingestellten Sender in AM Bereich (LW, MW, SW) gut "anhören".
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  5. #5
    Benutzer Stammmitglied
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    Zitat Zitat von Vitis Beitrag anzeigen
    Sorry, dieSchaltung ist schrott ... das Parallelschalten von Transistoren egalwelcher Bauart funktioniert nur sehr begrenzt wegen derBauteiltoleranzen.
    Besser einen dickeren.
    Ob dasPC-Netzteil diese Lastwechsel mag steht auch in den Sternen, ehernicht.
    Die 13A durch ein LC-Glied führen ... immerhin sind das160W wird auch nicht wirklich günstig zu realisieren sein.
    nimmNetzstrom und nen Dimmer (Phasenanschnittsdimmer) aber Vorsicht,Lebensgefahr beim Hantieren mit Netzspannung
    Da mein Heizelement bis zu 500°C heiß werden soll, ist das isolieren schwer, weshalb ich lieber mit einer Schutzkleinspannung arbeiten wollte. Den Schaltplan hab ich nicht ganz korrekt gezeichnet, dieTransistoren sind jeweils an einem extra Stecker des Netzteils angeschlossen, so dass die Leitungswiderstände praktisch als in Serie geschaltete Widerstände funktionieren und sich der Stromgleichmäßig verteilt.

    Zitat Zitat von askazo
    So tragisch findeich das mit den parallel geschalteten Transistoren hier jetzt nicht.Die FETs werden ja als reine Schalter eingesetzt und sind damiteigentlich immer entweder voll gesperrt oder voll durchgeschaltet. Eskönnte höchstens sein, dass sich der Strom nicht ganz gleichmässigaufteilt und dass durch unterschiedliche Einschaltzeiten für einpaar µs ein Transistor alleine schaltet. Abgesehen davon ist der1205 bei entsprechender Kühlung für 37A Dauerstromausgelegt...

    Was Deine Störungen angeht könntest Du auchversuchen, die PWM-Frequenz extrem niedrig (1-2 Hz) zu wählen. DerHeizdraht reagiert sowieso relativ träge, die Funktion sollte alsonicht beeinträchtigt werden.

    Gruß,
    askazo
    Hab die Frequenz mehrfach verändert, selbst bei einem Hertz kann man den Schaltvorgang hören und mein Display wird gestört.

    Bin heute Mittag noch auf ne andere Idee gekommen, weiß aber nicht ob das funktioniert.
    Hab schon einiges gelesen dass die Spannung in einem PC Netzteil verändert werden kann, vielleicht bekomme ich die Ausgangsspannung ja über ein digitales Poti geregelt. Hab das Netzteil schon aufgeschraubt, hatte nur leider keine Zeit mehr mir das genauer anzuschauen, aber dann wäre das Problem weg. Sind zwei ICs drine, ein Komparator-IC (LM339) und eines um das PWM Signal zu steuern (KA7500B).

    Danke für eure Tipps!

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von 021aet04
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    Mit dem KA... solltest du die Spannung einstellen können, zumindest in bestimmten Grenzen. Ansonsten könntest du ein eigenes SMPS aufbauen und als Versorgung das AT(X) Netzteil verwenden.

    MfG Hannes

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo RoBo-CoP.
    Hast du schon ganz genau abgewägt, ob die Regelung bzw. PWM-Steuerung wirklich nötig ist?
    Lässt sich das Ziel nicht ebenso mit einem passend selbstgefertigten Heizwiderstand erreichen?
    Eventuell mit ein paar Zwischenabgriffen zur Beeinflussung des kontinuierlichen Heizstroms?

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Eben, für Heizung wäre z.B. http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=40240 wegen EMV Störungen sicher besser.
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Man kann MOSFETs schon ganz gut parallel schalten, aber man sollte jedem der MOSFETs einen eigenen Widerstand vor dem Gate spendieren. Sonst kann es leicht passieren das es beim umschalten ein paar HF Schwingungen gibt.

    Wirklich glätten muss man das PWM Signal nicht, es sollte reichen wenn die Flanken nicht mehr so steil sind. Bei einer sehr niedrigen PWM Frequenz (z.B. 1-10 Hz) wäre ggf. schon ein verlangsamen des Umschalten an den FETs ausreichend - die FETs werden dann aber etwas warm. Sonst wäre ein Kombination aus Drossel, Freilaufdiode und Kondensator (ein paar µF als Kondensator oder ggf. mehrere 100 nF) richtig. Einfach nur ein Kondensator ergibt eher noch mehr Störungen, wegen der Strompulse. Neben den Bauteilen kommt es da auch auf das Layout, besonders die Masseführung an.

  10. #10
    Benutzer Stammmitglied
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    Hallo,

    Hab beim googlen diese Link gefunden: http://lutz.rene-nitschke.de/pcnt/pcnt4.html
    Genau das hier verwendete Netzteil hab ich auch zur Verfügung, also hab ich mal ein Spannungsteiler von den 12V auf den pin 1 des KA7500 gemacht, hiermit kann ich die Spannung ohne Probleme bis auf 2,46V runter regeln. Die 2,46V liegen auch am pin 2 als ref Spannung an. Die Betriebsspannung des KA7500 beträgt ca. 25V der lm339 hat 5V welche aber nicht die 5V der Ausgangsspannung sind, da diese Beim Runter regeln konstant bleiben. Es scheint auch kein Unterspannungsschutz vorhanden zu sein. Nur mit ner Last hab ichs noch nicht getestet, da der Lüfter bei so einer kleinen Spannung ja nicht mehr läuft.

    Hier mein Aufbau: Der Pin 1 des KA7500B ist vom restlichen Layout getrennt

    Code:
    
    
               12V Output
    
                   |
                  .-.
                  | |<--------------  KA7500/ Pin1
              22k | |
                  '-'
                   |
                   |
                   |
                   |
                  .-.
                  | |
                  | | 5k1
                  '-'
                   |
                   |
             GND o-'
    (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
    Meine Idee das über einen Corntroller zu regeln wär jetzt über PWM ne Gleichspannung zu erzeugen und diese Vom Ausgang abzuziehen und auf den pin1 zu geben:

    Code:
                                          -------.
                                         | |\|   |
                                         '-|-\   |
                                           |  >--o
           100k     100k      100k        -|+/   |
      PWM -|___|-o--|___|--o-|___|--o-----'|/|   |
                 |         |        |            |
                 |         |        |            |
                ---       ---      ---           |
           6,8n ---   6,8n---  6,8n---           |
                 |         |        |            |    _20k
                 '------------------'     .------' .-|___|---.
       12V output                  gnd    |  ___   |         |
             |      .--------.            --|20k|--| |\|     |
            .-.     |        |                     ''|-\     |
            | |     |        |              ___      |  >----o--
        10k | |     | |\|    |       '-----|20k|--o--|+/
            '-'     '-|-\    |       |            |  |/|
             |        |  >---o-------'            |        KA7500B/ Pin1
             o--------|+/                         |
             |        |/|                         |
            .-.                                  .-.
            | |                                  | |
         7k | |                                  | | 20k
            '-'                                  '-'
             |                                    |
            gnd                                   gnd
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    Der Lüfter müsste dann über einen extra Spannungsregler seine 12V bekommen.
    Geh morgen übers Wochenend weg, werd das also nächste Woche mal aufbauen und testen.

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