Heater beheizen - 3D Drucker

[DjEKI]

Moin,

Ich habe Teacup Firmware auf mein Arduino Uno geflasht (GRBL Shield wird genutzt) und für den Heater wird eine Art pwm frequenzy genutzt. Ich denke mal, das sind impulse die fürs Heizen bestimmt sind. Ich nutze Pronterface und habe den Sensor und den Heater noch nicht angeschlossen und nur die Pinausgänge gemessen. Es schwangt von 0-5V und bleibt oft zwischen 2V und 3V stehen. Jedenfals sehr ungünstig für ein Relais. Was könnte ich als Bauteil nutzen, damit der Heater beheizt werden kann?
Mein Extruder (http://www.ebay.de/itm/3D-Drucker-Print-Head-Extruder-0-2mm-0-3mm-0-4mm-Nozzle-Thermostable-RepRap-/121564027408?pt=LH_DefaultDomain_77&hash=item1c4dc7da10)

mfg

[Geistesblitz]

Womit hast du denn gemessen? Digitalmultimeter? Das glättet die Spannung durch seine Funktionsweise, die einzelnen Impulse lassen sich da nicht erkennen.

Relais sind generell nicht für PWM geeignet, zumindest die bei Mikrocontrolleranwendungen, da die Frequenzen einfach viel zu hoch sind. Da kommt der Schalter schon mechanisch gar nicht hinterher und zittert nur ein bisschen herum. Da wäre zum Schalten sicherlich ein geeigneter Mosfet besser geeignet, am besten Logic-Level damit du keinen Mosfettreiber brauchst. Dazu wissen andere hier aber sicher mehr.

[DjEKI]

Ja, mit ein normalen multimeter. Pwm könnte ich ausschalten, aber ich würde gerne ein paar vorschläge hören.

[redround]

Soweit ich das sehe, läuft die Heizung mit 12 V DC und hat eine Leistungsaufnahme von 35 Watt. Macht also rund 3 Ampere Strom. Da reicht ein Wald- und Wiesen-Mosfet wie der IRLZ34 (gibt's ab 0,35 €) zum Schalten locker aus. Da kannst Du dann auch theoretisch die PWM anlassen ... wobei ich bezweifle, dass das bei einer Heizung Sinn macht.

[DjEKI]

Mosfet ist das einzige, was ich noch nicht kenne. Habe mir mal die Funktionsweise angeschaut und schaut nach einem Thyristor aus. Danke für den Tipp :) Was sind da eigentlich die Unterschiede?

Werden Mosfets auch in Car Hifi Verstärker genutzt? Da habe ich bei mir noch ein 800 Watt Digital Verstärker zu liegen von hifonics Atlas.

[Geistesblitz]

Nein, Thyristoren sind anders. Die bleiben nämlich nach dem Einschalten leitend und schalten erst ab, wenn die Versorgungsspannung unter einen bestimmten Wert sinkt. Die werden eher bei Wechselstrom für Phasenanschnittssteuerung benutzt, wobei da allerdings Triacs üblicher sind. Mosfets arbeiten hingegen wie Schalter, liegt die Gatespannung an werden sie leitend und wird die Gatespannung zu Null sperrt er auch wieder (wobei es da auch unterschiedliche Typen gibt). Einen Logic-Level Mosfet kann man direkt mit 5V am Gate voll durchschalten, da bräuchte man wohl höchstens einen Pulldown-Widerstand. Der Mosfet sollte ein N-Channel-Typ sein, damit das mit der Spannung auch hinhaut. Solche Mosfets können halt sehr Leistungsfähig und können teils ziemlich hohe Ströme und Spannungen mit recht wenig Verlustleistung schalten, je nach Typ. Ob sowas in deinem Verstärker drin ist, weiß ich nicht, wieso denn nicht gleich ein passendes Bauteil ordern?

[redround]

MOSFET steht für "Metal-Oxid FeldEffekt Transistor". Er gehört als zur Familie der Transistoren. Unterschieden werden MOSFETs nach ihrem Aufbau in N-Kanal und P-Kanal Typen sowie nach der Höhe der erforderlichen Spannung am Steuer-Eingang - dem Gate. Vereinfacht kann man sich einen MOSFET als variablen Widerstand vorstellen (übrigens kommt daher ursprünglich auch der Name des Transistors). Bei einem sog. N-Kanal Logik-Level MOSFET wie dem IRLZ34 reicht eine Spannung von 5 Volt am Gate um den MOSFET "durchzusteuern" ... er also praktisch voll leitend wird. Im Datenblatt nennt man den minimalen Restwiderstand, den der MOSFET in diesem Zustand hat Rdson. In diesem Zustand kann der max. Strom durch den MOSFET fließen (beim IRLZ34 lt. Spezifikation bis zu 27 Ampere). Bei einer Signalspannung am Gate von 0 Volt hat er hingegen einen praktisch unendlichen Widerstand und es fließt kein Strom durch ihn. Bei einer Gate-Spannung "dazwischen" wird er "etwas leitend", setzt dabei aber eine hohe Verlustleistung in Wärme um. Deshalb sollte man, wenn man nicht ganz genau weiß was man tut, MOSFET's immer nur voll oder gar nicht durchsteuern (beim IRLZ34 5 Volt oder 0 Volt am Gate).

Wichtig bei MOSFETs ist auch noch zu wissen, dass sie speziell für Gleichspannungs-Lasten gemacht sind. Bei einem N-Kanal MOSFET wie dem IRLZ34 wird die Last (in Deinem Fall die Heizung) auf einer Seite mit dem positiven Pol der Spannungsquelle (in Deinem Fall +12 V) verbunden und die andere Seite des der Last mit dem sog. Drain-Anschluss des MOSFETs. Der sog. Source-Anschluss den MOSFETs wird dann mit dem negativen Pol / Bezugpotential der Schaltug verbunden. Er leitet also den fließenden Strom nach GND ab. Das nennt man üblicherweise "Low-Side-Switch".

Wenn Du Dir unsicher bist, wie man sowas am besten aufbaut, kannst Du auch fertige Module wie dieses hier nehmen: http://shop.cboden.de/Schaltgeraete/4fach-MOSFET-Platine-10-A-pro-Kanal.html Damit kannst Du dann 4 Kanäle mit bis zu 10 A pro Kanal schalten. Zusätzlich hat das Ding auch eine galvanische Trennung über Optokoppler, so dass Deine Steuerung geschützt ist, falls mal irgendwas auf der Lastseite "schief läuft".

[DjEKI]

Jo, danke euch beiden :)

Naja, Wenn man schon ein paar Bauteile hat, warum die nicht nutzen ^^ Ich schau mal später, was für Bauteile es sind.

mfg

[DjEKI]

Hier so einen könnte ich ausbauen http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf640n.pdf

[redround]

das ist zwar ein N-Kanal MOSFET, allerdings kein Logic-Level. Der braucht dann am Gate eine Spannung von mindestens 10 Volt um voll durch zu schalten. Das geht natürlich auch, allerdings kannst Du den dann nicht so einfach an den Mikro-Controller-Pin hängen, da der ja nur 5 Volt liefert. Du brauchst also einen Pegelwandler. Das kann ein zusätzlicher Transistor sein oder etwa ein Opto-Koppler (letzterer hätte auch den Charme der galvanischen Trennung von Last- und Steuerteil).

[DjEKI]

Danke, mit Transistor kann ich dienen :D
Aber wenn ich wieder etwas bei conrad bestellen sollte, dann bestelle ich mir den, den du mir empfohlen hast.

[DjEKI]

So, ich nu wieder ^^

Ich mache meine Mosfets nur kaputt, weil ich überhaubt nicht verstehe, wieviel Volt und Ampere ein Gate benutzen soll. Redround erzählte was von 10V und ich konnte das in der Tabelle nicht finden. Ich arbeite immer mit ein Widerstand am Gate, so kenn ich es auch an einem Transistor. Dann habe ich eniges in Youtube angeschaut und die zeigten, dass sie keinen Widerstand benötigten. Als ich es ohne Widerstand angelötet habe, schaltete D und S immer durch, auch wenn G nicht angeschlossen war. Also Defekt.
Zum Glück hängen noch mehr Mosfets dranne, das sind aber alles diese hier http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/172900/UTC/50N06.html
Wie kann ich jetzt erkennen, wieviel Volt und Ampere ich nutzen darf an einem Gate.
Meine Versuche mit den 50N06 waren, 5V 6Ohm (gemessen 0,11A). Der Multimeter der am Heater angeschlossen war, zeigte 1,7A an. 2,1A wäre es ohne dem Mosfet. Wenn ich 33KOhm anschließe passiert gar nichts. Direkter Anschluss würde sicherlich zerstören. 12V wollte ich jetzt nicht nutzen, da ich nur Widerstande bis zu 5W habe.
Den hier habe ich auch mal ausprobiert, sind aber bestimmt andere Mosfets http://www.s-aeg.de/ratgeber-akku/stromkreis-einer-airsoftwaffe/mosfet/einfache-mosfet-schaltung

mfg EKI

[redround]

wie ich schon sagte, machst Du Dir das Leben selbst schwer, indem Du keinen Logic-Level-Mosfet nimmst. Das von Dir verlinkte Datenblatt zum 50N06 sagt: RDSON = 23 mOhm @ 10 V GS. Steht gleich auf der ersten Seite. RDSON ist - wie ich weiter oben schon geschrieben habe - eine der wichtigten Infos zu einem Mosfet aus dem Datenblatt. Das heißt, dass der 50N06 einen Widerstand von 23 mOhm hat, wenn er mit einer Spannung zwischen Gate und Source von 10 Volt angesteuert wird. Er verträgt aber locker auch 12 Volt.

Versuch es mal so:
30083

Wobei dabei das Signal des Controllers invertiert wird ... deshalb soll es mal nur das Prinzip veranschaulichen. Wie gesagt: nimm einen Logic-Level-Typ und Du hast die ganzen Probleme nicht.

Wenn Du - wie in Deinem Versuch - das Gate nur mit 5 Volt ansteuerst, schaltet der MOSFET nicht vollständig durch. Deshalb fließt auch nicht der volle Strom in Deine Heizung. Dafür wirst Du vielleicht gemerkt haben, dass sich der MOSFET deutlich erwärmt hat. Wie ich auch bereits oben sagte: wenn man nicht 100% weiß was man tut, sollte man das Gate eines MOSFET immer nur voll ansteuern. Beim 50N06 heißt das entweder 0 Volt oder >=10 Volt (wobei auch 12 Volt am Gate überhaupt kein Problem sind) ... aber nicht mit 5 Volt!!!

PS: das Gate eines MOSFET's wirkt übrigens wie ein kleiner Kondensator. Das muss nur einmal aufgeladen werden um den MOSFET durchzusteuern. Danach fließt in das Gate kein nennenswerter Strom mehr (zumindest nicht, bis der MOSFET wieder "umgeschalten" werden soll). Deshalb reichen normale 1/4 Watt Widerstände am Gate vollkommen aus.

PPS: ich will Dir wirklich nicht zu nahe treten ... aber es scheint, als hättest Du mit dem Ganzen doch einiges an Schwierigkeiten. Vielleicht solltest Du doch lieber zu einem fertigen Modul wie dem von mir oben ebenfalls bereits verlinkten greifen oder zumindest auf einen Logic-Level-Typ umsteigen.

[DjEKI]

Soll ich dein Schaltplan noch ausprobieren? Obwohl mein Schaltplan mit Transistor hätte ganz anders ausgesehen. Naja, ausprobieren könnte man es ja^^

Ich wollte nur heute noch etwas machen, daher habe ich den Mosfet nicht bestellt, da es nicht heute ankommen würde.

Naja, der 50n06 funktioniert zumindest mit ein 6 Ohm Widerstand und 5V. Ich finde, dass ist doch mal ein Anhaltspunkt.
Das was du gesagt hast, dass es wie ein Kondensator wirkt, ist interessant. Aber trotzdem muss es doch eine bestimmte mA vorhanden sein, um das Gate zu öffnen.

[redround]

Nochmal: den 50N60 mit 5 Volt am Gate anzusteuern ist falsch! Es muss entweder mit 0 Volt oder mit - in Deinem Fall - 12 Volt verbunden werden. Der fließende Strom ist dabei zu vernachlässigen, weshalb man zum Testen auf einen Gate-Widerstand sogar komplett verzichten kann. Probier es aus: Häng die Heizung an einem Ende an + 12 V und am anderen Ende an den Drain-Pin des Mosfets. Den Source-Pin des Mosfets verbindest Du mit GND. Dann verbinde das Gate einfach einmal mit + 12 V und danach mit GND ... ganz ohne Widerstand. Dann wirst Du sehen, dass der Mosfet einmal schaltet und einmal sperrt.

Der Vorwiderstand am Gate dient lediglich zur Reduzierung der EMV Störungen ... oder wie in meinem Schaltbeispiel als Pullup-Widerstand. Zur Begrenzung des fließenden Stroms ist er aber eigentlich nicht erforderlich.

[DjEKI]

Wenn du das so meinst, dann ist das Mosfet kaputt. Jedenfals ist es jetzt bei mir kaputt, denn der ist nur noch auf Dauerlast. Auch wenn kein Strom an Gate angeschlossen ist.

[redround]

das kommt daher, dass die Gate-Kapazität geladen ist ... womit wir wieder beim Verhalten des Kondensators wären. Jetzt verbinde das Gate mal mit GND und Du wirst sehen, dass der MOSFET sperrt. Deshalb sagte ich ja: zum Testen das Gate wechselweise mit GND und mit +12V verbinden. Der MOSFET ist also keineswegs defekt.

[021aet04]

Wenn du umschaltest musst du so schnell wie möglich einen definierten Pegel annehmen. Also nicht mit Drähten z.b. 12V abklemmen und dann 0V anklemmen. In dieser Zeit hat das gate einen undefinierten Zustand und dadurch auch die DS-Strecke. Dadurch wird der fet sehr schnell sehr heiß.

Ich finde das du die ganze sache etwas falsch angehst. Du solltest dich einmal richtig einlesen (Grundlagen, auf was muss man achten,...) und nicht einfach probieren, wenn es kaputt geht einfach den nächsten, ...

MfG Hannes

[DjEKI]

Ich habe mir 3 Tutorials von youtube angesehen:
https://www.youtube.com/watch?v=rTiwv_2Vi60
https://www.youtube.com/watch?v=GrvvkYTW_0k
https://www.youtube.com/watch?v=Te5YYVZiOKs
Also, die Funktionsweise ist mir bekannt. Das was redround mir sagt, das fuktioniert nicht. Jedenfals nicht mit den 50N06. Mit ein Widerstand von 6 Ohm schließt es wenn ich das Kabel rann halte und wenn ich es wegnehme, dann öffnet es. Wenn ich den Widerstand weglasse, gibt es am Kabel ein kleines funken und schon bleibt der Durchflass permanent bestehen. So wie redround es mir sagt, geht es nicht, oder ich bin zu doof dafür ^^
Das 50N06 habe ich abgelötet und wieder angelötet. 5 Mosfets wo ich glaube,die sind defekt, haben alle noch eine Durschleife ohne Spannung am Gate zu bekommen. Sollten alle Mosfets sich nicht schon längst entladen haben?

Bis jetzt habe ich soweit getestet, dass ich mit ein 6Ohm Widerstand und 12V mit 400mA am Gate, das Mosfet gut nutzen kann. Die Heizung bekommt die Volle Leistung ab, also 2.1A und das Mosfet wird nicht warm.

[redround]

Wenn Dir die Funktionsweise wirklich bekannt wäre, müssten wir diese Diskussion nicht führen.

wenn ein Mosfet sperrt wenn man sein Gate mit Spannung versorgt und Leitet, wenn man es mit GND verbinded, dann deutet das darauf hin, dass es entweder ein P-Kanal-Mosfet oder ein sog. "Verarmungs-Typ" ist ... dann ist es aber kein 50N06!

Mach doch einfach mal einen Schaltplan von dem, was Du jetzt hast. Ich sehe zum Beispiel kein Szenario mit einem 50N06, bei dem am Gate 400mA fließen würden!

[DjEKI]

https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FQ/FQP50N06.pdf

Da steht auch ein fqp davor, das könnte der also sein.

Aber es ist jetzt auch egal, die dinger sind einfach nur müll. Ich bestell die Tage die du mir empfohlen hast und gut ist. (Nicht den Treiber, der ist übertrieben für 1 Heizelement)
redround,ich kann dir die defekten per post schicken und ein paar neue hinzulegen, und wenn die bei dir funktionieren, wie sie es sollten, dann bin ich einfach zu blöd für mosfets.

Ich hätte gerne dieses Modu (http://www.ebay.de/itm/1-Stuck-IRF520-MOS-FET-Driver-Treiber-Modul-3-3V-5V-fur-Arduino-MCU-ARM-Neu-Hot-/390966068761?pt=LH_DefaultDomain_77&hash=item5b0764c619)l, aber den finde ich hier in Deutschland nicht ...

mfg

[redround]

es ist doch kein Drama, sich so Ding selber zusammen zu bauen ... wenn man halt den richtigen Mosfet dafür nimmt. Das Gate des IRLZ34 kannst Du direkt an den Controller-Pin hängen. Alles was Du dann noch brauchst ist ein 100k Widerstand zwischen Gate und Source ... fertig ist Laube. Um EMV-Störungen zu minimieren kannst Du noch einen kleinen Widerstand (irgendwas zwischen 10 und 100 Ohm) zwischen Controller-Pin und Gate hängen ... muss aber nicht unbedingt sein.

[DjEKI]

Ok, danke.