Schaltung für Lüftersteuerung u. Temperaturmessung

[phischmi]

Hallo zusammen,
ich arbeite schon seit einiger Zeit an meinem ersten Arduino-Projekt.
Es handelt sich dabei um eine einfache Schaltung, welche zum einen auf zwei Kanälen Temperaturen messen soll und zum anderen einen 4-Pin PC-Lüfter per PWM regeln soll. Gedacht ist das Ganze im Übrigen zur Automatisierung eines kleinen Kaffeerösters :)

Die Temperaturmessung erledige ich über zwei AD595AQ (im THT-Format habe ich nichts anderes gefunden). Die Steuerung des Lüfters habe ich so einfach wie möglich gehalten. Dieser hängt an einer separaten 12V-Leitung und wird über ein PWM-Signal vorm Arduino geregelt.

Aktuell ist die Schaltung auf einem Breadboard aufgebaut und funktioniert grundsätzlich auch, da ich jedoch plane, mir eine Platine ätzen zu lassen und das ganze als Shield aufzubauen, wollte ich gerne eure Meinung einholen, da es sich wie gesagt um mein erstes Elektronik-Projekt handelt und ich mir alles von Grund in den vergangenen Wochen angelesen habe.

Meine vorrangigen Fragen lauten:

Reicht die 5V-USB-Versorgung des Arduino für die beiden AD595AQ grundsätzlich aus, oder sollte ich lieber die Versorgungsspannung des Lüfters auch für die 595er nutzen (habe noch einen TSR 1-2465 von Traco hier rumliegen)?
Der AD595 ließe sich auch direkt an 12V betreiben (5-15V Input), mit höheren Spannungen erhöht sich aber auch die Fehleranfälligkeit aufgrund von Selbsterhitzung. Evtl. spielt das in meinem Anwendungsfall aber auch keine Rolle :huh:

Würdet ihr den Lüfter zusätzlich über einen Transistor steuern (AN/AUS)?
Aktuell läuft dieser kurz an und stoppt dann durch das PWM-Signal direkt wieder. Kein Problem für mich, aber vielleicht für den Lüfter?!
Ist hier evtl. auch eine Diode nötig bzw. sinnvoll?

Was sollte ich außerdem noch beachten, was ich bisher evtl. überhaupt nicht auf dem Schirm habe?

Grundsätzlich möchte ich die Schaltung so einfach wie möglich und nur so komplex wie nötig halten :)

http://up.picr.de/31141700je.jpg

http://up.picr.de/31141701cw.jpg

Die vier Klemmen ganz links sind für den Lüfter, wobei ich das Tachosignal aktuell noch nicht verarbeite. Die zwei einzelnen Klemmen (Mitte und rechts) sind für die Temp.-Fühler und die Klemme links unten für die 12V-Versorgung.
Die grünen Leitungen gehen an den Arduino (zusätzlich zu +5V und GND).
Von links: PWM, (Tacho), Temp1, Temp2


Vielen Dank für eure Antworten!

Philipp

[wkrug]

Mit den Lüftern solltest Du austesten, ob die mit PWM ansteuerbar sind.
Wenn ja, brauchen die Lüfter eine bestimmte mindest Pulsweite, bis sie anlaufen.
Aus diesem Grund würde ich das Tachosignal aufbereiten und an den Controller legen, damit sichergestellt werden kann, das der Lüfter auch anläuft.

So wie Ich das sehe läuft das auf eine Regelung hinaus und das ist bei thermischen Geschichten oft nicht so ganz einfach.

[phischmi]

Hallo,

nein, eines (PID)-Regelung soll das tatsächlich nicht werden :)
Der Lüfter hat eine separate Leitung für das PWM-Signal, welche ich über die erste grüne Leitung von links ansteuere. Der Lüfter bekommt somit konstant 12V und eben das separate Steuersignal, welches ich im Arduino aufbereite (25.000Hz). Der Lüfter hat eine eigene Steuerelektronik.

Die Frage ist nun vor allem, ob diese Steuerelektronik eine zusätzliche Freilaufdiode überflüssig macht, oder ich diese dennoch verbauen sollte?

Würdet ihr den Lüfter zusätzlich an einen Transistor hängen um ihn komplett vom Strom trennen zu können? Wo lägen die Vorteile?


Philipp

[wkrug]

Die Frage ist nun vor allem, ob diese Steuerelektronik eine zusätzliche Freilaufdiode überflüssig macht, oder ich diese dennoch verbauen sollte?
Diese Frage sollte sich mit dem Datenblatt des Lüfters klären lassen.

Ausserdem sollte der Controller keine höhere Spannung als die Betriebsspannung ( 5V ) an seinen Ports zugemutet werden.
Eventuell wäre auch ein Widerstand zwischen dem Controller Ausgang und dem Lüfter Eingang sinnvoll.

Ich würde schon eine Abschaltung des Lüfters vorsehen, aber eher auf der +V Seite, als da einfach die Masse abzuschalten.
Das ist zwar geringfügig aufwändiger, aber der Controller wird es eher überleben.

Man kann solche Sachen auf dem Layout vorsehen und wenn man feststellt das man sie nicht braucht relativ einfach überbrücken.
Nachträglich da Bauteile hinzuzufügen ist wesentlich schwerer.

[Klebwax]

Die Frage ist nun vor allem, ob diese Steuerelektronik eine zusätzliche Freilaufdiode überflüssig macht, oder ich diese dennoch verbauen sollte?

Würdet ihr den Lüfter zusätzlich an einen Transistor hängen um ihn komplett vom Strom trennen zu können? Wo lägen die Vorteile?


Diese Teile sind dafür gebaut, auf einem PC-Mainboard zu werkeln. Die Spec dazu stammt von Intel (https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/1503111.htm), da kommen auch die 25kHz für die PWM-Ansteuerung her. Die brauchen selbstverständlich keine zusätzliche Freilaufdiode. Sie hätte auch keine Wirkung, da eine eigene Steuerung eingebaut ist und die wirklichen Motoranschlüsse gar nicht von außen zugänglich sind.

Es macht auch keinen Sinn, den Lüfter extra abzuschalten. Die Steuerelektronik im Lüfter würde da ständig an und abgeschaltet. Wie sie sich dabei benimmt, ist nicht vorauszusagen. Und wozu extra abschalten, der Schalter ist ja schon eingebaut. PWM Duty-Cycle auf 0, das ist aus. Da man auf den PC-Mainboards keinen 12V Schalter haben möchte, hat man extra diese 4-Pin Lüfter erfunden.

MfG Klebwax

[phischmi]

Diese Teile sind dafür gebaut, auf einem PC-Mainboard zu werkeln. Die Spec dazu stammt von Intel (https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/1503111.htm), da kommen auch die 25kHz für die PWM-Ansteuerung her. Die brauchen selbstverständlich keine zusätzliche Freilaufdiode. Sie hätte auch keine Wirkung, da eine eigene Steuerung eingebaut ist und die wirklichen Motoranschlüsse gar nicht von außen zugänglich sind.

Es macht auch keinen Sinn, den Lüfter extra abzuschalten. Die Steuerelektronik im Lüfter würde da ständig an und abgeschaltet. Wie sie sich dabei benimmt, ist nicht vorauszusagen. Und wozu extra abschalten, der Schalter ist ja schon eingebaut. PWM Duty-Cycle auf 0, das ist aus. Da man auf den PC-Mainboards keinen 12V Schalter haben möchte, hat man extra diese 4-Pin Lüfter erfunden.

MfG Klebwax

Super! Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Genau darauf zielte meine Frage ab :)

Seht ihr denn sonst noch Optimierungspotenzial in der Schaltung, bevor ich mich das endgültige Layout mache?

@wkrug
Die Pulldown-Widerstände an den AD595ern sind z.B. optional geplant. Im Datenblatt werden sie nicht erwähnt, ich habe jedoch gelesen, dass sich dadurch die Genauigkeit verbessern lassen soll...

Die 595er werde ich nun vermutlich ebenfalls mit den 12V des externen Netzteils betreiben. Evtl. baue ich noch einen Jumper ein um ggf. auf die 5V des Arduino umschwenken zu können, sollte es Probleme geben.

[Manf]

Nur so nebenbei, für den Temperturbereich 300°C bis 1000°C könnte ich mir kaum etwas besseres vorstellen als Thermoelemente.
https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelement

Bis 150°C gibt es auch Silizium Widerstandssensoren die eine größere Empfindlichkeit haben und dann häufig nicht mit Spezialbausteinen betrieben werden.
https://de.wikipedia.org/wiki/Widerstandsthermometer#Silizium

Es kommt also auf den Temperaturbereich und die geforderte Genauigkeit an, ob sich die Funktion auch einfacher realisieren läßt.

[phischmi]

Es müssen Typ-K Thermoelemente des Rösters angeschlossen werden - daher der AD595AQ.
Der Temperaturbereich liegt zwischen 0° und 300°.

[Manf]

Dann ist das klar.
Grundsätzlich sollte jegliche aktive Schaltung die über Kabel angeschloosen ist einen kleinen Kondensator für die Betriebsspannung haben. Bei digitalen Schaltungen ist es unbedingt erforderlich. Bei Verstärkern erher auch.
Bei klassichen Operationsverstärkern ein paar µF als Elko und noch 100nF. Den 100nF würde ich schon empfehlen.

[phischmi]

Also verstehe ich das richtig, dass du an PIN 11 des AD595 jeweils einen Keramik-Kondensator mit 100nF anschließen würdest?

[Manf]

Ich habe jetzt in den Unterlagendes des AD595AQ speziell nichts dazu gefunden, aber wenn man die Schaltungen aus Sicht der Versorgungsspannung betrachtet dann ist das letzte Glied vor dem Verbraucher mindestens ein derartiger Kondensator.
Es ist eine Schaltung die mit kleinen Signalen arbeitet und die über Leitungen mit Spannung versorgt wird.
Setze mindestens einen für die Schltung rein, schaden kann er nicht.

[phischmi]

Alles klar! Danke für den Hinweis!
Werde dann pro IC einen 100nF Kerko einplanen.

Philipp

[phischmi]

Die fertige Schaltung sieht auf dem Breadboard dann so aus
http://up.picr.de/31167195gj.jpg
Die ICs sollen in passende Sockel verbaut werden und die Anordnung wird sich auch noch ändern, um die Anschlussklemmen näher an die entsprechenden Pins am AD595 zu rücken.
Danke für eure Hilfe!

Philipp