Heizbare Sitzauflage fürs Auto mit MOSFET schalten

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28.12.2007, 18:32
Cairol

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Heizbare Sitzauflage fürs Auto mit MOSFET schalten

Hallo Zusammen!

Folgendes hab ich vor:
Unser Zweitwagen (VW Lupo) hat leider keine Sitzheizung und es stinkt mir im Winter immer an den Allerwetesten zu frieren...
Deshalb möchte ich eine Schaltung aufbauen mit der ich über das 12V-Bordnetz - am besten direkt ohne Relais - eine heizbare Sitzauflage schalten kann.
Normalerweise würde man die Heizmatte einfach in den Zigarettenanzünder einstecken und wenn man sie nichtmehr braucht wieder rausziehen, aber es passiert doch schnell dass man aussteigt und vergisst sie auszustecken. Dann ist nach 2-3 Stunden die Batterie zu leer gesaugt um den Wagen wieder zu starten - bei den aktuellen Temperaturen sowieso.

Der Zigarettenanzünder hat leider Dauerplus und ich möchte eine Lösung die total "Plug-and-Play" ist, bei der ich also keine Veränderungen an der Elektrik vom Wagen vornehmen muss. (Also möglichst nix mit Klemme 15, Radio oder sonstwas anzapfen...)
Es soll eine kleine Box werden die zwischen dem Stecker und der Heizauflage angeschlossen wird.

Jetzt hab ich mir überlegt, man könnte als Schalter an das Fahrer-Gurtschloss einen Reed-Sensor anbringen und am Gurt"haken" einen Permanentmagneten.
Beim Anschnallen wird so der Reedkontakt geschlossen und die 12V vom Bordnetz auf den MOSFET-Gate-Anschluss geleitet (natürlich mit Rv) und der FET schaltet die Heizung auf der D-S-Strecke ein.
Das erfüllt dann sogar 2 Zwecke (komisches Wort..):
1. hat man einen Anreiz sich anzuschnallen, weil man sonst eben nen kalten Hintern hat, :wink: und
2. kann man die Heizung nicht mehr vergessen abzuschalten, weil man sich zum Aussteigen ja zwangsläufig abschnallen muss

Im Anhang findet ihr einen Schaltplan zum aktuellen Planungsstand.

Was ich jetzt aber noch wissen müsste wäre:
a) Ist die Schaltung prinzipiell OK?
b) Welchen Wert müssen RG und R1 haben? (Oder noch besser: wie kann ich sie berechnen/bestimmen?)
c) muss ich noch irgendwelche Filter oder spezielle Schutzmechanismen einbauen damit der MOSFET in der PKW-Bordnetz-Umgebung überhaupt mal richtig funktionieren kann und auch dauerhaft überlebt? (Z-Diode, Freilaufdiode o.ä.?)

Noch ein paar Hintergrundinformationen:
# Der MOSFET ist ein N-Kanal-Power-FET mit 55V / 8 mOhm / 110 A. Er muss damit stationär nur ca. 70mW verdauen, wenn ich das richtig gerechnet habe. (Datenblatt:http://javascript:openreq('http://ww...3205.pdf'))
# Der Reedkontakt kann max. 500 mA schalten (Ptot = 5 Watt)
# Die Heizung hat ca. 3 A Stromaufnahme @ 12V
# S1 ist ein zusätzlicher Hauptschalter

Ich freue mich auf eure Kommentare!
28.12.2007, 19:16
nikolaus10

Ein Widerstand vom Gate nach Masse wuerde den MOSFET sicher ausschalten. Sonst kann sich da was kapazitives aufbauen.

MFG
28.12.2007, 20:36
Ratber

Yo und noch ein paar Zehner- bzw. Surpressordioden wären nicht schlecht wenn du keinen Logikfet für den automotiven einsatz nehmen solltest.
Die Spannungsspitzen im Bordnetz sind auch in modernen Fahrzeugen nicht ohne,da ist auch ein dicker Fet schnell mal gehimmelt..

Ne eigene Sicherung ist auch nicht verkehrt.

Nur mal so für den Hinterkopf.
28.12.2007, 21:28
Cairol

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Hmmm....und wie groß sollte der Gate-GND-Widerstand ca. sein?
Ich hab beim suchen schon Werte zwischen 1k und 1 MOhm in Schaltungen gesehen.
Und gibt das keine Probleme mit der Gate-Spannung? Der FET braucht ja mindestens 4-6 Volt um anständig durchzuschalten.

Ist eine Transil-Diode mit 15 Volt OK? (Reichelt-Code: 1,5KE 15K)

Anbei die aktualisierte Schaltung.
(Wird jetz immer hier auf dem aktuellen Stand gehalten)
28.12.2007, 21:39
shaun

Nein, die Supressordiode kommt parallel zur D-S-Strecke.
Dann noch eine Z-Diode (15V) zwischen G und S, in Sperrrichtung natürlich.
Und dann viel Spaß mit dem Magnetengefummel :)
28.12.2007, 22:07
Cairol

Ist aktualisiert.
Und wie sieht's mit den beiden Widerständen aus?

Das mit dem Reed-Kontakt wird jetzt halt mal probiert.
Wenn es unzuverlässig ist, überleg ich mir was andreres. Aber die MOSFET-Beschaltung kann ich so oder so brauchen.
29.12.2007, 00:27
ba4_philipp

RG würde ich deutlich kleiner als R1 machen, wegen dem Spannungsteiler.
29.12.2007, 00:56
Cairol

Tja, ich kann nur raten: z.B. RG ca. 390 Ohm und R1 ca. 10 kOhm?
Irgendwo hab ich gelesen das die beiden Widerstänge relativ unkritisch sind, aber ich weiß nicht in welchem Bereich das wirklich gilt.

EDIT: Ich nehme jetzt doch lieber einen IRF3205-MOSFET. Der hat nur 1/3 RDSon vom IRLZ34N und vor allem +-20V Ugs. Das ist dann nicht so knapp wie die +-16 V vom IRLZ...
Im Auto kann die Spannung sicher auch mal 14-15 V Erreichen.
Dazu passend nehm ich wohl auch besser die 18 Volt-Typen bei Z- und Transil-Diode.
07.10.2008, 11:48
Cairol

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Wieder geht's hart in Richtung Winter und noch immer friert Cairol an den Hintern.

Ich musste den Thread jetzt wieder ausgraben.
Hatte über die Prüfungszeit alles mögliche im Kopf - nur nicht die Löterei und im Sommer hab ich über anderen Dingen gebrütet.
Aber wenn ich jetzt aufs Thermometer schaue denk ich schon wieder mit Bangen an die Fahrten im kalten Auto. :?

Es hat sich aber auch einiges getan, deshalb hier ein Update.

Die Reed-Kontakt-Geschichte hab ich fallen gelassen. Das wäre wirklich zu fummelig und außerdem bin ich nicht der einzige der in dem Wagen unterwegs ist.
Zum Einsatz kommt jetzt eine rein zeitgesteuerte Schaltung mit einem AT Tiny13 AVR.
Ich hab beim Entwurf der Schutzschaltung Tipps aus dem RN-Forum und dort verlinkten anderen Quellen verwendet.

Aber hier haben sich noch einige Fragen ergeben:
Bei der Eingangsschaltung vom Spannungsregler (oberer, rechter Teil im Bild) ist eine Sicherung, dann eine Spule und anschließend eine parallel zum Spg-Regler-Eingang gelegte 18V-Suppressordiode (ne TRANSIL) geschaltet.

In meiner Vorstellung sehe ich aber früher oder später die Sicherung fliegen (oder noch schlimmeres), weil irgendwann ein +-20, 50 oder 100V-Impuls von der Bordelektronik den Zigarrettenanzünder erreicht und damit die Durchbruchspannung der TRANSIL überschreitet, was zu einem satten Kurzschluss zwischen Bordnetz+ und Masse führt. (siehe Bild)
Schon klar dass das das normale Verhalten der TRANSIL ist, aber irgendiwe hab ich das Gefühl, das noch was fehlt.
Ich hab mit dem Gedanken gespielt, noch einen Widerstand in Reihe zur Spule zu schalten um den Strom in diesem Fall zu begrenzen.

Reicht der aktuelle Aufbau aus um die Schaltung vor dem Tod zu bewahren, oder könnten sich meine Befürchtungen bewahrheiten?
Außerdem weiß ich nicht, ob da bi-direktionale TRANSILs notwendig wären (wegen den negative Spitzen z.B.)

Wär super wenn mir die Leute mit Erfahrung auf dem Gebiet weiterhelfen könnten.

Das wird übrigens meine erste geätzte Platine werden.
Hab mal einen Prof angehauen wie's damit in der FH aussieht - und tatsächlich - die haben ein Labor mit Ätzanlage und CNC-Bohrmaschine. Solange ich nicht anfange massenhaft Layouts anzuschleppen, kann ich die kostenlos machen lassen. :)
(gehört sich auch so - ich zahl ja schließlich genug Studiengebühren...:evil:)
08.10.2008, 09:50
Ratber

Zitat:

In meiner Vorstellung sehe ich aber früher oder später die Sicherung fliegen (oder noch schlimmeres), weil irgendwann ein +-20, 50 oder 100V-Impuls von der Bordelektronik den Zigarrettenanzünder erreicht und damit die Durchbruchspannung der TRANSIL überschreitet, was zu einem satten Kurzschluss zwischen Bordnetz+ und Masse führt. (siehe Bild)
Schon klar dass das das normale Verhalten der TRANSIL ist, aber irgendiwe hab ich das Gefühl, das noch was fehlt.
Ich hab mit dem Gedanken gespielt, noch einen Widerstand in Reihe zur Spule zu schalten um den Strom in diesem Fall zu begrenzen.

F1,L1 und D3 dienen an dieser Stelle als Absicherung gegen Störungen.
Du könntest meinentwegen D3 noch einen oder zwei Kerkos (zb. 100nF+ 1µF) beistellen (direkt) um Spikes noch besser abzufangen.
Aber im Grunde sollte die Beschaltung erstmal reichen.
Falls es doch eine Spitze schaffen sollte kostet dich das nur eine Sicherung und evtl. D3 aber du kannst dir dann noch Gedanken über weitere Schutzmaßnahmen machen. ;)
08.10.2008, 14:15
Cairol

Das hört scih ja ermutigend an.

Nur noch der offene Fragen-Teil: vor der D3-Transil ist ja eine Verpol-Schutzdiode drin, dann ist eine Uni-direktionale Transil sicher OK.
Bei der Transil am FET (D1) hab ich aber keine solche Diode vorgesehen. Muss diese Transil dann Bi-Direktional sein um den FET bei negativen Spikes zu schützen?

Gruß, Cairol
08.10.2008, 22:47
Ratber

Zitat:

Zitat von Cairol

Bei der Transil am FET (D1) hab ich aber keine solche Diode vorgesehen. Muss diese Transil dann Bi-Direktional sein um den FET bei negativen Spikes zu schützen?

Nein, wenn du dir das Datenblatt zum IRLZ34N anschaust wird dir im Schaltzeichen sicher die "fette" Diode auffallen die in Sperrichtung gezeichnet ist.
Diese Diode ist zwar mehr parasitär aber erfüllt prima den erwünschten Effekt.
11.10.2008, 14:40
Elefunty

Wenn du D1 so in Flussrichtung einbaust, wird sie ganz schnell übern Jordan gehen. Mich wundert allerdings, dass ich der erste bin, dem das auffällt?!

Ele
11.10.2008, 15:05
Ratber

Zitat:

Zitat von Elefunty

Wenn du D1 so in Flussrichtung einbaust, wird sie ganz schnell übern Jordan gehen. Mich wundert allerdings, dass ich der erste bin, dem das auffällt?!

Ele

Ich sehe da jetzt keinen Fehler in der Schaltung.
vieleicht habe ich aber auch Tomaten auffe Augen.

Erklär mal.
12.10.2008, 18:27
Cairol

D1 ist doch auch ne Transil. Sollte schon OK sein. Is ja wie D3 geschaltet.
13.10.2008, 19:53
PsiQ

Ist ja alles schön und gut, aber warum denn immer so kompliziert?

Google doch mal nach:
Zeitrelais 12V
oder
Timer 12V

.. gibts fertiges für günstig Geld,
wenns sein muß kannste das noch bauteilmäßig wegen den temperaturbereichen+Überspannungsschutz+Leistung anpassen, und fertig isses...

µC is ja schön, aber warum denn immer so kompliziert und anfällig..

http://www.luedeke-elektronic.de/pro...Kemo-B133.html

oder hier:
http://www.auvito.de/zeitschalter-ze...9/details.html
13.10.2008, 23:52
Cairol

Ich hab erst überlegt, ob ich das mit nem NE555 bauen soll.
Aber das war mir zu unflexibel (ich möchte mehrere direkt anwählbare Heiz-Zeiten für unterschiedliche Strecken und diese später ggf. leicht ändern können) und zu laaaangweilig ;)

Mein Antrieb ist in erster Linie der Erwerb von Erfahrung.
Ich hab noch nie n MOSFET angesteuert, also mach ich die Heiz-Steuerung eben mit MOSFET.
Und aus den o.g. Gründen nehm ich dafür lieber n uC und keinen NE555.

Du hast schon recht - man muss das Rad nicht neu erfinden.
Aber wenn ich mir für 15 € n fertiges Modul liefern lasse, hab ich
1. keine Herausforderung
2. keinen Erfahrungszuwachs
3. nicht genau das was ich möchte und
4. keinen Spaß

Zitat:

wenns sein muß kannste das noch bauteilmäßig wegen den temperaturbereichen+Überspannungsschutz+Leistung anpassen

Und da geht's schon los unlustig zu werden.
Im dümmsten Fall darf man für alle diese Punkte in der fertigen Schaltung rumfrickeln, rumlöten und muss evt. doch wieder eigene Bauteile kaufen.
Meine Schaltung kostet keine 10 € und macht genau das was ich mir vorstelle.

Ich hab bis jetzt exakt 1 Projekt abgeschlossen wo ich eine komplett selbst entwickelte Schaltung verwendet habe.
Wenn ich mal 100 oder 1000 Schaltungen realisiert habe, werde ich vielleicht etwas pragmatischer bei solchen Sachen, aber bis dahin hab ich's gerne etwas komplizierter.

Gruß, Cairol
14.10.2008, 14:52
PsiQ

Kannst ja auch nur den Schaltplan von dort verwenden :-)
die 10euro würde ich auch nicht zahlen..

Wenn du nen mosfet verwendest, kannste auch gleich pwm machen=tempreglung, eventuell gleich mit nem tempfühler und regelkreis..

..Schau doch mal aufm schrott (ebay) was n originalsitz mit heizung kostet,
sind meist gar nicht so teuer so dinger.

Zur pwm sitzheizungsregelung müssteste hier (im PIC Forum)
von vor nem jahr rum auch bei den PIC Prozessoren was finden können.
Da hab ich ne 2xpwm regelung gebaut, mit PIC16
da findeste jedenfalls ne funktionierende, kfz-taugliche Schaltung :-)
Knackpunkt dabei war mit originalen Schaltern ne beliebige nachrüstheizung anzusteuern.
14.10.2008, 17:09
Cairol

Den MOSFET per PWM regeln? Hmm.....du hast mich da auf ne Idee gebracht...aber nicht für diese Schaltung. Da kommt sicher keine Temp.-Regelung rein.
Die Sitzauflage heizt bei 12-14V nicht so stark, dass man sich das Gesäß verbrennt. Passt gerade (zumindest für meine 4 Buchstaben).
Ein NTC-Fühler wäre sogar schon vorgesehen, aber nicht zur Reglung der Heiz-Temperatur.

Einen Original-Sitz MIT Heizung einbauen?
Äääh....in meinem ersten Posting hab ich glaub ich was von "Plug-and-Play" geschrieben.
Den Fahrersitz samt Seiten-Airbag aus- und n anderen einzubauen geht mir dann doch zu sehr in Richtung "Plug-and-Pray"[-o< .
Außerdem gibt's bei eBay eh keine Sitze oder Lenkräder mit Airbag (verboten wg. Sprengstoff)...
14.10.2008, 22:12
Ratber

Re: Heizbare Sitzauflage fürs Auto mit MOSFET schalten

Ne kleine Idee zu......

Zitat:

Zitat von Cairol

Jetzt hab ich mir überlegt, man könnte als Schalter an das Fahrer-Gurtschloss einen Reed-Sensor anbringen und am Gurt"haken" einen Permanentmagneten....

Du kannst s auch eleganter machen indem du deiner Heizmatte noch einen selbstgestrickten "Sitzbelegtschalter" implantierst.
Im Grunde nur ein Dehnmesstreifen bzw. etwas Kapazitives und eine Hand voll Hühnerfutter.
Sobald du dich auf die Matte setzt wird sie aktiviert.
Der Stromverbrauch liegt im Bereich einige Mikroampere also unterhalb der Batterieselbstentladung.

Ein anderer Ansatz wäre die Bordspannung selber als Schaltkriterium zu nehmen.
Das hätte so nebenbei noch den Vorteil das die Heizung bei schwacher Ladung nicht zusätzlich die Batterie belastet.
(Lieber mit kaltem Hintern Fahren als garnicht)
16.10.2008, 14:08
Cairol

"Dehnmessstreifen" sagt mir was. Aber was soll das Hühnerfutter in meinem Auto? :-s
Da brauch ich aber gute Argumente für meinen Eltern...

Ne im Ernst, die Ideen sind beide gut.
Die Detektion ob der Motor läuft oder nicht über die Spannung zu erkennen hätte den Vorteil, das ich nicht an (oder IN) der Heizmatte rumfrickeln müsste.
Eigentlich war meine Schaltung und das Platinen-Design Ready2Ätz, aber ich seh schon, da muss ich wohl noch mal ran...
Danke auch! :evil: :wink:

EDIT: Wenn ich das so mache, dann muss ich aber den ADC-Eingang der die Bordspannung misst schützen.
Ich hab von einer hier öfters zitierten Seite folgende Schaltung gefunden:

Code:

+-|>|- +5V | Eingang --10k--+--10k--+--| CMOS-Eingang | | 10nF +-|<|- GND | GND

"CMOS-Eingang" wird wohl die Seite des Mikrocontrollers sein, wenn ich das richitg interpretiere.
Dort heißt es auch, das die internen Schutz-Dioden z.B. eines uC's (naja, es steht eigentlich "des CMOS-IC's" aber das passt ja hier schon) i.d.R. ausreichend wären.

Kann man das so rennen lassen?
16.10.2008, 22:43
Ratber

Zitat:

EDIT: Wenn ich das so mache, dann muss ich aber den ADC-Eingang der die Bordspannung misst schützen.
Ich hab von einer hier öfters zitierten Seite folgende Schaltung gefunden:

Ich geh mal etwas mehr ins Detail und habe da einige Punkte als Denkanstoß bzw. Korrektur.

Was ich mit der Erkennung über die Bordspannung meine weißt du ja.
Den richtigen Schaltpunkt bzw. die Schaltpunkte (Hysterese) musst du selber herausfinden.
Kann bei modernen Fahrzeugen etwas anders sein als bei älteren.

In dem Zusammenhang ist es Sinvoll die mittlere Spannung zu erfassen und kurzzeitige Schwankungen (Schaltspitzen größerer Verbraucher usw.) möglichst auszublenden.
Da würde ich den 10nF größer machen.(zb. 50µF)
Zur Sicherheit würde ich dem Kondensator noch eine Z-Diode beistellen.

Die Eingangsbeschaltung als Spannungsteiler (Bemessen an der Referenzspannung) ausführen denn mehr als max 5V kann der Controller nicht verarbeiten (Bordspannung = 12V)

Ein Weiterer Gedanke ist das die Schaltung ständig aktiv ist also darf der Stromverbrauch nicht so hoch sein das sie die Batterie gefärden könnte.

Zunächst würde ich wenn unbedingt schon nen Controller den Tiny 13-20 gegen einen Tiny13V10 tauschen.

Argument 1:
Es ist hier nur sehr wenig Rechenpower nötig also tuts auch 1 Mhz.

Argument 2:
Er ist mit hinunter auf 1.8V betreibbar und verbraucht da dann max 240µA bei 1 Mhz. (Mit weniger Takt noch weniger)

In diesem Zusammenhang kann man den Stromfressenden Spannungsregler durch eine "weiche" Versorgung tauschen.
(Is einwenig Rechnerei)

Achtung: Ugs vom Fet beachten (Ja das Leben ist nicht leicht)

Zusätzlich ist zu überlegen ob man den Controller nicht die meiste Zeit "Schlafen" legt um den Verbrauch drastisch zu senken.
Idle braucht er lt. Datenblatt nur max 0.1µA.

Du kannst also desweiteren überlegen "wie schnell" deine Heizung reagieren soll nachdem du den Motor gestartet hast.
Wenn du zb. mit 30 Sekunden einverstanden bist dann muss der Contr. auch nur alle 30 Sek. aufwachen und messen.
Das spart weitere Energie.

Zuletzt einen Gedanken an den Mosfet vergeben und nachlesen wie hoch die Leckströme sind denn die sind ja auch mit im Boot.
In diesem Zusammenhang und abhängig von der Mattenleistung bzw. der Verlustleistung über einen Bipolaren Typ nachdenken.
In Zusammenhang mit Ugs (siehe oben) ebenfalls. (Ich sagte ja, das Leben ist ..... )

Wie gesagt, nur mal so zum überdenken.
17.10.2008, 20:13
Cairol

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Die Schaltung oben war etwas verrutscht. Habs grade korrigiert.

Hmmm...ich messe zwar nur alle 10 Sekunden, aber sind fg=0,3 Hz für den Tiefpass nicht etwas extrem (niedrig)?

Z-Diode und 1/5-Spannungsteiler hab ich hinzugefügt.
Den Tiny lass ich sowieso auf 1 MHz internem Takt laufen, da war noch nie mehr geplant.
Wird aber trotzdem mit 5V versorgt. Sonst wird (wie du schon angesprochen hast) trotz Logic-Level der FET in Schwierigkeiten kommen.
Leckstrom vom FET sind ca. 25 uA - also vernachlässigbar.
Ich werde den Spannungsregler nicht abschalten, aber einen Typ verwenden der nur ca. 1mA nebenher laufen lässt. Das währen dann < 4 Ah die über den gesamten Winter aus der Batterie gesaugt werden. (Ohne die Ladung durch die Lima zu berücksichtigen)

Bipolar-Transistor wär wohl möglich, aber zum einen sind mir 0,5 Watt Pv vom FET lieber als 2-3 W vom BiPo-T und zum anderen war von vorne herein ein MOSFET geplant.
*trotzig-auf-den-boden-stampf* [-( O:)
18.10.2008, 10:16
Ratber

Zitat:

Hmmm...ich messe zwar nur alle 10 Sekunden, aber sind fg=0,3 Hz für den Tiefpass nicht etwas extrem (niedrig)?

Du möchtest doch die mittlere Bordspannung messen und nicht irgendwelche spitzen oder ?

Zitat:

Ich werde den Spannungsregler nicht abschalten, aber einen Typ verwenden der nur ca. 1mA nebenher laufen lässt.

Ja,das reicht dann auch.

Zitat:

Bipolar-Transistor

Das war als Alternative gedacht wenn die Versiorgung des Tiny niedriger wird als Ugs vom Fet.

Du bleibst jetzt beim Regler mit niedrigem Querstrom mit 5V für den Controller und einem Logifet mit tragbarem Leckstrom.

Damit wäre das Thema "Verbrauch der Steuerung" auch soweit erledigt.