Lüfter steuern mit Transistor und ATmega

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wer

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02. Juli 2012
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  1. Assembler
Hallo,

ich habe noch ein Problem und würde gerne so da dran gehen, daß ich versuche es selbst zu lösen, indem ich hier meine Gedankengänge schildere und gegebenenfalls einen Warnschuß vor den Bug kriege, sobald ich Blödsinn verzapfe.:)

Ich möchte einen Lüfter ein, bzw. ausschalten mit einem atmega168.

Der Lüfter hat 12V und schluckt 750mA.
Soweit ich die richtige Stelle im Manual gefunden habe, kann ein atmega168 Pin 40mA Strom liefern.

Ich habe jetzt zunächst nur auf den Lüfterstrom geschaut und danach den BC161-10 ausgesucht, der verträgt einen Kollektorstrom von 1A (maximal 1,5A).
Jetzt habe ich mir den Basisstrom I_BM dieses Transistors angeschaut. Der liegt bei 200mA. Das wäre deutlich zu viele für meinen IO-Pin. Ich bräuchte also noch einen Transistor der dazwischen vermittelt.

Ist das soweit richtig gedacht?
Ist I_BM überhaupt die richtige Größe?
 
wer schrieb:
Ist I_BM überhaupt die richtige Größe?
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Nein, das ist der höchst zulässige Grenzwert (dieser wird beschrieben in Linited Values / Absolute Maximum Ratings).

Für dich ist u.a der Wert hfe wichtig, das ist die Gleichstrom-Verstärkung. Ich würde hier anstelle eines PNP Typs einen NPN Typ (in Emitterschaltung) verwenden.

Dirk :ciao:
 
wer schrieb:
...würde gerne so da dran gehen, daß ich versuche es selbst zu lösen, indem ich hier meine Gedankengänge schildere und gegebenenfalls einen Warnschuß vor den Bug kriege, sobald ich Blödsinn verzapfe...
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Sehr gute Herangehensweise...
wer schrieb:
...Der Lüfter hat 12V und schluckt 750mA.
Soweit ich die richtige Stelle im Manual gefunden habe, kann ein atmega168 Pin 40mA Strom liefern...
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Vorsicht! So'n Lüfter ist'ne induktive Last. Da erwarte ich erstens einen deutlich höheren Anlaufstrom als angegeben, zweitens eilt der Strom der Spannung nach (zwar kein Wechselstrom, aber Du willst ja schalten) - mehr sag ich erstmal nicht, Du willst es ja so...;)
Die 40mA beim AVR sind absolute maximum Ratings - sie mal lieber bei den el. Characteristics nach (auch wegen der Angaben in den Fußnoten)...
wer schrieb:
...Jetzt habe ich mir den Basisstrom I_BM dieses Transistors angeschaut. Der liegt bei 200mA....
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dasselbe...
wer schrieb:
...Das wäre deutlich zu viele für meinen IO-Pin. Ich bräuchte also noch einen Transistor der dazwischen vermittelt.

Ist das soweit richtig gedacht?
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Im Prinzip schon, nennt sich dann Darlington-Stufe/Transistor/Schaltung...
Aber warum muß es unbedingt ein PNP sein? Und stell mal bitte Deine geplante Schaltung rein...

Edit: Dirk war schneller mit dem Tippen...
 
LotadaC schrieb:
Vorsicht! So'n Lüfter ist'ne induktive Last. Da erwarte ich erstens einen deutlich höheren Anlaufstrom als angegeben,
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mehr als doppelt so viel?

LotadaC schrieb:
zweitens eilt der Strom der Spannung nach (zwar kein Wechselstrom, aber Du willst ja schalten) - mehr sag ich erstmal nicht, Du willst es ja so...;)
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Puhh! Ich hab keine Idee, was das in meinem speziellen Fall bedeutet!

LotadaC schrieb:
Die 40mA beim AVR sind absolute maximum Ratings - sie mal lieber bei den el. Characteristics nach (auch wegen der Angaben in den Fußnoten)...
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Ja, das Kleingedruckte!;) Ok, dann wären das 20mA bei 5V.

LotadaC schrieb:
Im Prinzip schon, nennt sich dann Darlington-Stufe/Transistor/Schaltung...
Aber warum muß es unbedingt ein PNP sein? Und stell mal bitte Deine geplante Schaltung rein...
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So ist die Idee:
PHP: 
             o-----o-------  +12V
             |     |
            .-.    |
            | |    |
            | |    |
            '-'    |
             |   |<
             o---|
             |   |\
            .-.    |
            | |    |
            | |    |
            '-'    |
             |    .-.
             |    | |
     ___   |/     | | RL
   -|___|--|      '-'
           |>      |
             |     |
             o-----o-----  GND
 
Hallo,

wer schrieb:
LotadaC schrieb:
zweitens eilt der Strom der Spannung nach (zwar kein Wechselstrom, aber Du willst ja schalten) - mehr sag ich erstmal nicht, Du willst es ja so...;)
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Puhh! Ich hab keine Idee, was das in meinem speziellen Fall bedeutet!
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Es gibt einen schönen Spruch: Bei Induktivitäten, Ströme sich verspäten :cool:

Das heißt auf hochdeutsch:

- Wenn du an einer Spule eine Spannung anlegst dann blockt die erstmal ab und es fließt kein Strom. Der Strom fängt erst langsam an zu fließen bis er dann das Maximum erreicht hat.

- Wenn du nun die Spannung wieder wegnimmst die den Strom erzeugt hat, dann versucht die Spule den Strom aufrecht zu halten. Da du aber keine Verbindungen mehr an den Anschlüssen der Spule hast, baut sie selber eine Spannung auf um damit den Strom zu erhalten. Eine offene Verbindung hat aber nen relativ hohen Widerstand. Also wird die Spannung auch sehr hoch. Das ist dann die Induktionsspannung die dir gerne die Halbleiter vernichtet.

Diese Induktionsspannung wird bei Schaltwandlern mit einer Schottky-Diode in geregelte Bahnen geleitet. Da arbeitet die Spule dann als Energiespeicher.

Ein anderer Anwendungsfall ist bei den Atmels beim Pin AVcc zu sehen. Da eine Spule allergisch auf schnelle Spannungsänderungen reagiert (wie bereits geschrieben) blockt sie hier hohe Störfrequenzen weg. Sie arbeitet als Tiefpaß oder auch Entstörfilter.

Gruß
Dino
 
dino03 schrieb:
Es gibt einen schönen Spruch: Bei Induktivitäten, Ströme sich verspäten :cool:

Das heißt auf hochdeutsch:

- Wenn du an einer Spule eine Spannung anlegst dann blockt die erstmal ab und es fließt kein Strom. Der Strom fängt erst langsam an zu fließen bis er dann das Maximum erreicht hat.

- Wenn du nun die Spannung wieder wegnimmst die den Strom erzeugt hat, dann versucht die Spule den Strom aufrecht zu halten. Da du aber keine Verbindungen mehr an den Anschlüssen der Spule hast, baut sie selber eine Spannung auf um damit den Strom zu erhalten. Eine offene Verbindung hat aber nen relativ hohen Widerstand. Also wird die Spannung auch sehr hoch. Das ist dann die Induktionsspannung die dir gerne die Halbleiter vernichtet.
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Danke Dino! Ich glaube das ich das bis hierher verstanden haben. Das heißt: Ohne weitere Vorkehrungen muß ich damit rechnen, daß die Spannung an R_L sehr hoch und damit die Spannung U_CE negativ und ebenfall hoch werden kann.
dino03 schrieb:
Diese Induktionsspannung wird bei Schaltwandlern mit einer Schottky-Diode in geregelte Bahnen geleitet. Da arbeitet die Spule dann als Energiespeicher.

Ein anderer Anwendungsfall ist bei den Atmels beim Pin AVcc zu sehen. Da eine Spule allergisch auf schnelle Spannungsänderungen reagiert (wie bereits geschrieben) blockt sie hier hohe Störfrequenzen weg. Sie arbeitet als Tiefpaß oder auch Entstörfilter.
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Wo schaut man nach, wie man das mit der Schottky-Diode macht? Terminus technicus?
 
LotadaC schrieb:
Hmm... der Stapel scheint mir noch nicht hoch genug... (was draufklatsch)
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Ja, ja Ihr zwei! Ich werde fleisig lesen!

Aber irgendwie fehlt mir noch eine Erklärung, warum gerade die Thematik 'Gleichspannungswandler' hier angesagt ist. Ich will ja keine Spannung wandeln, ich will nur schalten.

LotadaC: Am Ende Deines Links ist von einer Schottky Diode die Rede. Aber warum die dort gezeigte Schaltung bei induktiven Lasten hilft? Davor ist von einer
Freilaufdiode die Rede. Das leuchtet mir eher ein.
 
Du kannst auch für die Freilaufdiode eine entsprechend dimensionierte Schottky nehmen. Schottky ist ein Diodentyp, der schneller schaltet, und das bereits irgendwo bei ca 0,3V oder so (konventionelle Sillizium-Dioden irgendwo bei 0,7V).
Da Du ja so gern liest... (link)
 
Dann wäre ich also jetzt bei so einer Schaltung:
PHP: 
             o------------o-------  +12V 
             |            | 
            .-.           | 
            | |           | 
            | |           | 
            '-'           | 
             |          |< 
             o----------| 
             |          |\ 
            .-.           | 
            | |           | 
            | |    o-->|--o 
            '-'    |      |
             |    .-.    .-.
             |    | |    | |
     ___   |/     | | RF | | RL
   -|___|--|      '-'    '-'
           |>      |      |
             |     |      |
             o-----o------o-----  GND
Von dem pnp-Transistor ward Ihr nicht begeistert. Wegen pnp an sich, oder wegen des speziellen Typs (BC161-10)?
 
LotadaC schrieb:
Nachschlag...
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Vielleicht hast Du recht und ich sollte gar keinen bipolaren Transistor nehmen. Da würde ich aber gerne später noch mal drauf zurückkommen. Im Moment will ich bei einer Lösung mit normalen Transistoren bleiben.

LotadaC schrieb:
(Du suchst quasi einen, der primärseitig mit TTL-Logik-Pegeln klarkommt)
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Na ja, ich vermute, daß es das gar nicht gibt. Deshalb dieser zweistufige.

LotadaC schrieb:
Tante Edith hat für Dich noch diesen Link im allgemeinen, und diesen im speziellen rausgesucht...
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Eine interessante Liste! Da lacht mich jetzt der BD139 an. Das wäre ja dann auch ein npn Transistor (Dirk!);)
 
Also irgendwie komme ich nicht weiter. Überall wo ich was über Transistoren lese, da ist von der Stromsteuerkennlinie, der Spannungssteuerkennlinie und dem Ausgangskennlinienfeld die Rede. Wenn ich dann aber das Datenblatt zu einem speziellen Transistor (z.B. BC108 oder BD139) nachschlage, dann ist dort keine dieser Kennlinien drin. Das bedeutet doch wohl, daß man diese Kennlinien nicht wirklich benötigt, oder?
 
Hallo,

wer schrieb:
Also irgendwie komme ich nicht weiter. Überall wo ich was über Transistoren lese, da ist von der Stromsteuerkennlinie, der Spannungssteuerkennlinie und dem Ausgangskennlinienfeld die Rede. Wenn ich dann aber das Datenblatt zu einem speziellen Transistor (z.B. BC108 oder BD139) nachschlage, dann ist dort keine dieser Kennlinien drin. Das bedeutet doch wohl, daß man diese Kennlinien nicht wirklich benötigt, oder?
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Im Normalfall reicht eigentlich die Angabe aus den Tabellen. Aber manchmal benötigt man für eine genauere Aussage ob man den Transistor für etwas gebrauchen kann auch die Kennlinienfelder.

Die Transistoren BC107, BC108 sind eigentlich hoffnungslos veraltet. Die sind so alt wie der LM741 OPAmp und noch älter:rolleyes: Aber was solls. Sie funktionieren. Ich benutze bei mir die BC547 (npn), BC557 (pnp). Früher wären das die BC107 (npn), BC177 (pnp) gewesen. Die gabs sogar mal in einem TO18 Metallgehäuse.

Anhang anzeigen BC547B.pdf
Die wichtigste Kennlinie ist die Figure1. Also die mit der Kennlinienschar für den Basisstrom und den Achsen Ic und Uce. In diesem Diagramm ist meißt auch noch eine Kurve für Ptot drin. Also der maximalen Verlustleistung. So ein Diagramm gibt es auch für MOSFETs. Dann aber mit Gatespannung statt dem Basisstrom. Daran erkennt man wie weit ein Transistor bei einer bestimmten Ansteuerung durchschaltet. Also wieviel Spannung bei einem bestimmten Laststrom und einem bestimmten Basisstrom noch an ihm abfällt.

In Figure2 sieht man ab wieviel Spannung er langsam anfängt durchzusteuern. Es geht bei etwa knapp 0,6V langsam los. Das ist auch die typische Spannung für Silizium-Dioden (0,58..0,65V).

In Figure4 sieht man wieviel Spannung bei einem bestimmten Laststrom und voll durchgesteuertem Transistor noch an ihm abfällt. Das ist für die Berechnung der Verlustleistung recht wichtig. Man sieht dann ob der Transistor noch im grünen Bereich liegt oder ob man doch lieber einen größeren für die Schaltanwendung verwenden sollte. Bei der X-Achse haben die sich wohl verschrieben und Milliampere gemeint :rolleyes: Also bei 100mA Kollektorstrom fallen etwa 150mV an der Kollektor-Emitter-Strecke ab. Das wären dann ... 0,15V x 0,1A = 15mW . Einen ähnlichen Wert findet man auch in der Tabelle "Electrical Characteristics" wieder. Vce(sat) bei Ic=100mA und Ib=5mA (also gegenüber der Kurve im 1/10 Ic also 10mA). In der Tabelle stehen dann auch mit 200mV etwas mehr drin da der Transistor ja mit 1/20el Ic auch etwas weniger durchsteuert.

Gruß
Dino
 
dino03 schrieb:
Hallo,
Im Normalfall reicht eigentlich die Angabe aus den Tabellen. Aber manchmal benötigt man für eine genauere Aussage ob man den Transistor für etwas gebrauchen kann auch die Kennlinienfelder.
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Na ja, ich hätte mir jetzt halt gerne den BD139 vorgeknöpft, weil der den Strom verträgt, den mein Lüfter zieht.
Ich werde noch ein bischen weiter suchen, aber das was ich bisher fand, war ohne Kennlinien.

dino03 schrieb:
Die Transistoren BC107, BC108 sind eigentlich hoffnungslos veraltet.
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Der BC107 wurde in einem Buch besprochen, das ich dazu gelesen habe. Ich hätte halt gerne das Datenblatt mit den dort gemachten Angaben verglichen.
 
Es gibt im Datenblatt zum BD139 zwei verschiedene Werte von P_tot. Einer bei T_amb (1,25W) und einer bei T_c (12,5W). Was bedeutet T_amb bzw. T_c?
 
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