Arduino Forum

International => Deutsch => Topic started by: KX1095 on Apr 17, 2019, 09:10 pm

Title: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 17, 2019, 09:10 pm
Hallo Mitglieder des Arduino.cc-Forums,

ich habe mich nun doch durch gerungen meinen ersten Beitrag zu veröffentlichen, denn ich bräuchte etwas fachkundige Hilfe (bzw. Bestätigung).

Zu meinem Projekt:

Ich möchte mit einem 'standalone' Arduino Uno (Atmega 328P) eine kleine "US-Standlicht" Schaltung realisieren, d.h. 2 Glühbirnen à 12V mit 21 Watt. Dabei möchte ich nicht nur ein Steuersignal für die Lampen erzeugen, welche gedimmt werden sollen, sondern möchte auch das Original-Signal abgreifen, auswerten und je nach dem ein Relais schalten.

Selbstverständlich habe ich mir bereits einige Gedanken gemacht, mich hier und da belesen und hab mir da mal etwas zusammen gereimt und gerechnet. Würde meine Schaltung mit den verwendeten Bauteilen funktionieren, oder muss ich Angst haben das mir nachher mein Auto abbrennt?  :D


Ich bedanke mich schon einmal im voraus für eure Hilfe.


MfG
KX1095
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: HotSystems on Apr 17, 2019, 09:19 pm
Die komplette Schaltung habe ich noch nicht angesehen, aber mir fällt auf, dass du keinerlei Abblockkondensatoren verwendest. Ebenso fehlen die Kondensatoren am Spannungsregler, der ohne diese eigenständig schwingen kann und damit kaum eine stabile Spannung erzeugt.

Warum setzt du statt des Längsreglers nicht besser einen StepDown-Regler ein ?
Damit sparst du dir die Verlustleistung, die in deinem Fall in Wärme umgesetzt wird.

Und zur Info:
Es gibt keinen Arduino Uno Standalone.

Edit:
Und du verwendest keinen Quarz ?
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: uwefed on Apr 17, 2019, 09:42 pm
Das Relais wird nicht lange durchhalten.
Grüße Uwe
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 17, 2019, 09:53 pm
Hallo Dieter,

danke für die schnelle Antwort, dass hatte ich nicht erwartet.  :)


Abblockkondensatoren? Kannst du mir das näher erläutern? Ich bin noch relativ neu in der Materie und habe davon auch noch nichts gelesen.

Quote
Ebenso fehlen die Kondensatoren am Spannungsregler
Welchen Kondensator würdest du am empfehlen? Wie viel Mikrofarad benötigt man für einen Spannungsregler?
Was die Berechnung von Kondensatoren betrifft kenne ich mich eigentlich null aus.


Quote
Warum setzt du statt des Längsreglers nicht besser einen StepDown-Regler ein ?
Wie bereits geschrieben, habe ich mir das hier und da zusammengereimt. Ich weiß nicht was mir mehr Vorteile bringt, die Platine soll möglichst klein und Stromsparend sein (um die Starter-Batterie vom Auto zu schonen). Was würdest du mir Raten?


Quote
Du verwendest keinen Quarz ?
Im späteren Aufbau verwende ich natürlich einen Quarz, ich wollte hier das Schema möglichst einfach halten.


Quote
Und zur Info:
Es gibt keinen Arduino Uno Standalone.
Entschuldigung..  :smiley-zipper:

Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 17, 2019, 10:03 pm
Hallo Uwe, kannst du deine Aussage begründen? Warum hält das Relais nicht lange?
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: HotSystems on Apr 17, 2019, 10:13 pm
Abblockkondensatoren? Kannst du mir das näher erläutern? Ich bin noch relativ neu in der Materie und habe davon auch noch nichts gelesen.
Das wundert mich.

Jeder digitale Baustein sollte lt. Datenblatt einen Abblockkondensator (100nF keramik) an Vcc erhalten.

Quote
Welchen Kondensator würdest du am empfehlen? Wie viel Mikrofarad benötigt man für einen Spannungsregler?
Was die Berechnung von Kondensatoren betrifft kenne ich mich eigentlich null aus.
Hier solltest du dich an die Vorgaben im Datenblatt halten.
Ein Elko (nach Strombedarf) und ein keramischer 100n ist empfehlenswert.
Quote
Wie bereits geschrieben, habe ich mir das hier und da zusammengereimt. Ich weiß nicht was mir mehr Vorteile bringt, die Platine soll möglichst klein und Stromsparend sein (um die Starter-Batterie vom Auto zu schonen). Was würdest du mir Raten?
Die Vorteile hatte ich schon genannt.

Edit:
Was das Relais betrifft, hatte Uwe ja geschrieben.
Die Kontakte halten den Strom der Lampen nicht aus.
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: uwefed on Apr 18, 2019, 12:55 am
Hallo Uwe, kannst du deine Aussage begründen? Warum hält das Relais nicht lange?
Die Kontakte des Relais schaffen laut Datenblatt 2A. Eine 12V 21W Lampe bei 13,8V (volle Btterie) hat schon mehr als 2A. Dazu kommt daß eine Lampe ein Kaltleiter ist und darum beim Einschalten ein vielfaches des Nennstroms saugt.
Grüße Uwe
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: combie on Apr 18, 2019, 08:09 am
Um KFZ Leuchten zu schalten, hat  sich die Infinion PROFET Reihe (https://www.infineon.com/cms/de/product/power/smart-low-side-high-side-switches/automotive-smart-high-side-switch-profet/) bewährt
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: postmaster-ino on Apr 18, 2019, 11:18 pm
Hi

Weiter spricht gegen Relais, daß der Kontakt mechanisch hergestellt wird und mechanische Kontakte prellen - Das kombiniert mit MAX-Belastung (oder sogar drüber) lässt die Kontakte binnen kurzer Zeit schwer altern.
Was man aber elektronisch schalten kann, sollte man auch so schalten - zumindest die Betriebs-Schaltungen sollten elektronisch erledigt werden - Sicherheitsschaltungen gerne auch mechanisch - Da ist's auch egal, ob Da was leidet - beim Thema Sicherheit ist die Lebenserwartung des Kontakt ein nicht Mal sekundäres Problem.

MfG
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 19, 2019, 10:36 am
Erst einmal Danke für eure Antworten.


Also bei den ProFETs sehe ich ehrlich gesagt nicht ganz durch, welche für mein Projekt geeignet währen... :/
Kann mir bei der Auswahl jemand helfen?


Zum Thema Relais, mit was für Strömen muss ich rechnen wenn ich eine Glühbirne mit 21W schalten will?
Ich möchte halt die originale Ansteuerung erhalten lassen und nur bei Gelegenheit das Relais anziehen, das PWM-Signal erzeugen und an die Birnen weiterleiten.
Könnt ihr mir vielleicht ein passendes Relais empfehlen?


Ich hab mich auch schon Mal nach StepDown-Wandlern umgesehen, aber finde dazu immer nur fertige Modulbausteine. Ich möchte mir aber ein schönes, kleines PCB designen wo alles in allem ist und ich keine "hässlichen" Module drauf stecke/löte. Gibt es da keine sinnvolle Lösung für eine derartige Stromversorgung eines Atmega's?


Und nochmal zu den Abblockkondensatoren, da reichen so zu sagen ein paar Kondensatoren zwischen plus und minus, einmal vor dem Spannungswandler (12V Leitung), einmal vor den VCC/AVCC Eingang vom Atmega und sonst? Benötige weitere?
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: combie on Apr 19, 2019, 01:05 pm
Quote
mit was für Strömen muss ich rechnen wenn ich eine Glühbirne mit 21W schalten will?
Heiß, ist ja gar kein Problem!
21W/12V = XXX A

Für den Kaltstrom, müsstest du mal dein Multimeter an eine solche kalte Birne halten und den Widerstand messen..
12V / Messwert in Ohm = Strom in A


-------------
Quote
Also bei den ProFETs sehe ich ehrlich gesagt nicht ganz durch, welche für mein Projekt geeignet währen... :/
Kann mir bei der Auswahl jemand helfen?
Da sucht man sich den Passenden aus der Liste.

BMW hat z.B. lange Zeit, und für alle möglichen Dinge (Fernlicht/Nebel/Hecklichter/Motore) BTS426L1 und auch BTS425L1 eingesetzt.
Und für meine Zwecke waren BTS441T stets angemessene Helferlein.

Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: postmaster-ino on Apr 19, 2019, 01:23 pm
Hi

Der FET muß die Spannung ab können und den möglichen Strom.
Erschwerend kommt hinzu, daß im Auto auch durchaus Spannungsspitzen von mehreren hundert Volt auftauchen und der Arduino vor diesem unsauberem Netz geschützt werden will - sonst stirbt Dir Der einfach nach kurz oder lang.
Abblock-Kondensatoren: an jedem IC Spannungs-Pin (also JEDEM GND/Vcc), ein 78xx wünscht die Dinger auch davor und dahinter, hier werden auch noch Elkos benötigt, damit der Längsregler sauber arbeitet - nur nebenher erwähnt.
Die Referenz-Spannung abzublocken ist mit Sicherheit ebenfalls kein Fehler, also AVcc-GND.

Eine 'Glühbirne' hat einen wesentlich höheren Einschaltstrom als Nennstrom.
Der Nennstrom ist I=P:U -> 21W:12V-->~unter 2A ... Das kann nahezu jeder Feld-Wald-und-Wiesen-FET. (okeeeh ... ein 2N7000 kann's nicht, ist aber auch kein LL und steht hier somit eh nicht zur Debatte ... also etwas auf den Strom muß man dann wohl doch schauen ... aber bei 2A ist's wirklich keine Kunst Was zu finden)
Den Einschalt-Strom kannst Du grob bestimmen, indem Du den Widerstand der kalten 'Birne' misst - Der wird erst durch die Glüh-Temperatur auf Soll-Maß ansteigen und dann den Strom auf diese knapp 2A begrenzen.
I(Einschalt)=12V:R(Kalt)
Wenn hier 'etwas Luft' ist, schadet Das dem FET nicht - im Gegenteil.

Mit Relais kannst Du die Umschaltung zwischen Normalbetrieb (Arduino hat Nichts zu Melden oder ist gar nicht vorhanden) und Spezial-Betrieb (der Arduino schaltet die Relais 'scharf' und die Blinker werden ab jetzt vom Arduino befeuert) umschalten.
Da stört auch das Prellen nicht sonderlich, da die Last
- in Ruhe eh vom KFZ geschaltet wird
- aktiv vom FET
Das Relais klackt nur zur Umschaltung, selber hat Es mit dem Blinker-Birnchen Nichts zu tun.

MfG
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: agmue on Apr 19, 2019, 02:12 pm
Ich möchte mit einem 'standalone' Arduino Uno (Atmega 328P) eine kleine "US-Standlicht" Schaltung realisieren, ...
Könntest Du jemandem, der mit einem VW-Käfer groß geworden ist, das bitte näher erklären?

... das PWM-Signal erzeugen ...
Warum nimmst Du ADC4/5 für PWM und nicht einen Pin, an dem auch PWM rauskommt? Die PWM-Frequenzen sind unterschiedlich, könnte ein Auswahlkriterium sein.

Ich hab mich auch schon Mal nach StepDown-Wandlern umgesehen, aber finde dazu immer nur fertige Modulbausteine. Ich möchte mir aber ein schönes, kleines PCB designen wo alles in allem ist und ich keine "hässlichen" Module drauf stecke/löte. Gibt es da keine sinnvolle Lösung für eine derartige Stromversorgung eines Atmega's?
Da das Projekt OpenSource ist, gibt es Varianten zum Arduino-UNO mit einer anderen Erzeugung der 5V, da könntest Du mal abschauen und das auf Deine Platine kopieren.
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 21, 2019, 02:49 pm
Hallo Leute, ich danke euch wieder für eure Hilfe und wünsche euch allen ein frohes Osterfest.

Für die Spannungsversorgung habe ich mich nun für ein L7805 Spannungsregler entschieden. An den Input-Pin von diesem ein 10nF Kondensator und an den Output-Pin ein 33nF Kondensator. Scheint mir die beste Lösung zu sein um ein Atmega mit seinen 5V zu versorgen.


Den Kaltwiderstand meiner Glühbirnen habe ich gemessen, es sind circa 50Ohm (45-47 im 2000 Ohm-Messbereich). Was ich nun aber nicht verstehe, wenn ich mit der Gleichung I = U / R den Einschaltstrom errechne komme ich nur auf einen Wert von 12V/50Ohm = 0,24A.... ?!
Kann mir das einer genauer erklären, oder habe ich mich schlicht und ergreifend verrechnet?
Den Einschaltstrom müsste ich ja auch für die Wahl der richtigen ProFETs wissen.

Ich habe sonst mit Elektronik echt wenig zu tun, ich bin eigentlich gelernter Anwendungsentwickler und programmiere lieber.

PS: @agmue die US Fahrzeuge haben als Seitenmarkierungsleuchten meist die Blinkerbirnen mit 30-50% Leuchtkraft permanent an, dass möchte ich auch realisieren aber die Originale Ansteuerung vom KFZ soll auch erhalten bleiben, deshalb auch das Relais was nur zwischen den "Signalgebern" hin und her schaltet.
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: combie on Apr 21, 2019, 03:57 pm
Quote
Den Kaltwiderstand meiner Glühbirnen habe ich gemessen, es sind circa 50Ohm
Ich komme bei einer 5W 12V Birne auf etwas über 2 Ohm.
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 21, 2019, 04:03 pm
Ich habe jetzt nochmal im 200 Ohm Messbereich gemessen, da zeigt mir mein Multimeter einen Wert von 41,5.

Also um es kurz zu machen, gehen wir Mal davon aus, daß die Glühbirnen einen Kaltwiderstand von Minimum 1 Ohm haben.. das heißt ich müsste mit Strömen bis 12A rechnen?

Dann werde ich mir am besten Bauteile mit diesen und höheren Spezifikationen raussuchen und mein Schaltplan anpassen, dann sollte doch eigentlich nichts mehr schief gehen, oder? Lieber überdimensioniert und als zu klein.
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: postmaster-ino on Apr 21, 2019, 04:16 pm
Hi

Was sagt Dein Messgerät, wenn Du die Mess-Strippen direkt miteinander verbindest?
Dort sollte was mit 0,0Ω angezeigt werden - denke, hier hast Du (ggf. Aufgrund leerer Batterien) einen deutlich höheren/falscheren Wert.

Im Betrieb wird die 21W-'Birne' diese 21W auch nehmen - an 12V - also besagte 2Ω aufweisen - in kaltem Zustand wird Das um Welten geringer ausfallen.

MfG
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 21, 2019, 04:41 pm
Ich habe mir jetzt den Batterietester rausgesucht, die Batterie im Multimeter ist randvoll.
Wenn ich die Messespitzen zusammenhalte, habe ich einen Wert von 0,3/0,4.
Habe die Glühbirne jetzt einfach nochmal gemessen, nun ist Kaltwiderstand bei 26,0 Ohm ...
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: uxomm on Apr 21, 2019, 04:48 pm
Messspitzen fest auf die Kontakte pressen!
Oxydschichten auf Metalloberflächen ergeben einen Übergangswiderstand.
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 21, 2019, 05:11 pm
Habe ich gemacht, habe auch etwas von der Oxid-/Kalkschicht (war weiß) weggekratzt und gemessen.
Hatte die Birne zuletzt auch in die Originalfassung von einem Ersatzscheinwerfer reingemacht und da an den Kupferkabeln gemessen..

Gibt es nicht einen Wert der ungefähr passt, also so das ich auf jeden Fall auf der sicheren Seite bin?
Da kann ich dann nämlich passende ProFETs und ein passendes Relais raussuchen und mein Schaltplan anpassen.

Ich danke euch für eure Mühen.

MfG
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: combie on Apr 21, 2019, 06:15 pm
Quote
Gibt es nicht einen Wert der ungefähr passt, also so das ich auf jeden Fall auf der sicheren Seite bin?
Hier könntest du mal nachlesen (https://de.wikibooks.org/wiki/Interessante_Messungen/_Glühlampe)

Code: [Select]
// Glüh Obst (konfigurierbarer Bereich)
float U = 13.5;  // Volt
float P = 21.0;  // Watt

float umgebungsTem = 20.0; // °C
float brennTemp  = 2600.0; // °C

float tempKoeffizient = 4.8E-3; // von Wolfram



// ----------------------------

float deltaTemp = brennTemp - umgebungsTem;

float Rheiss = U * U / P;

float Rkalt = Rheiss/ (1.0 + tempKoeffizient * deltaTemp);

float Ikalt = U / Rkalt;


void setup()
{
 Serial.begin(9600);
 Serial.println("Start");
 Serial.print("Rheiss "); Serial.println(Rheiss,6);
 Serial.print("Rkalt  "); Serial.println(Rkalt,6);
 Serial.print("Ikalt  "); Serial.println(Ikalt,5);

}

void loop()
{

}
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: KX1095 on Apr 21, 2019, 07:15 pm
Danke der Link hat mir sehr geholfen.

Laut Theorie liegt der Kaltwiderstand der 21W Glühbirne bei 0,512 Ohm, wenn die Betriebstemperatur auch 2600°C beträgt (was ich stark vermute).

kann es vielleicht sein, dass ich den Messbereich von meinem Multimeter falsch gedeutet habe? Egal..


Im Endeffekt weiter in der Theorie..
Wenn ich nun mit dem errechneten Widerstandswert weiter rechne, d.h. 12V / 0,512 Ohm + 1Ohm (wo auch immer dieser "Messwiderstand" her kommt) ergibt das einen Einschaltstrom von 24,422 Ampere, kommt das hin?

Also suche ich mir jetzt am besten ProFETs und ein Relais welche mit mit Strömen bis zu 30A arbeiten können und auf der sicheren Seite zu sein?!
Gibt es gegen meine Theorie Einwände?

MfG
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: Tommy56 on Apr 21, 2019, 07:29 pm
Ich würde sagen der Messwiderstand tritt bei Dir nicht auf.

Dann wäre der Kaltstrom der Schaltung eher

12V / 0,512 Ohm = 23,43 A

Du wärest also mit 30A auf der sicheren Seite.

Gruß Tommy
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: uwefed on Apr 21, 2019, 09:07 pm
Quote
12V mit 21 Watt.
Das sind in Normalbetrieb mal 1,75A und 6.8 Ohm.

 
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: postmaster-ino on Apr 21, 2019, 10:40 pm
Hi

Trotzdem wird ein Halbleiter, Der 2A 'ab kann' ganz kurz nach Zuschalten der 21W-'Birne' in die ewigen Halbleiter-Jagdgründen eingegangen sein - da eben mehr Ampere zu bewälitigen sind - wenn auch nur ganz kurze Zeit - aber da der Halbleiter am Anfang der ganz kurzen Zeit stirbt, ist Er dann, wenn der Strom 'im grünen Bereich wäre' halt schon tot - blöd, zumindest als Halbleiter.

Wenn der Kalt-Widerstand mit 0,5Ω anzunehmen ist, wäre Es keine schlechte Idee, wenn Dein FET die zu erwartenden >=24A 'locker' schalten kann - hier muß kein 200A-Typ verbaut werden, aber 30A sollten Es schon werden - etwas Reserve schadet nicht.
Wobei auch ein 200A-Typ mit deutlich weniger Ampere jetzt auch nicht überfordert ist ... wenn's der FET halt kann, schadet Das nicht - kann aber sein, daß ein 'kleinerer FET' irgendwo bessere Daten bietet.
Für den Feld-Wald-und-Wiesen-Aufbau ist's eher wurscht, da zählt nur, daß der Kram nachher auch tut.

MfG
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: combie on Apr 22, 2019, 07:11 am
Quote
Für den Feld-Wald-und-Wiesen-Aufbau ist's eher wurscht, da zählt nur, daß der Kram nachher auch tut.
Naja..
Die Straßenverkehrsordnung (https://www.gesetze-im-internet.de/stvo_2013/) erwartet ein Zulassungsverfahren für Fahrzeuge und ihre Beleuchtungseinrichtungen.
Genaueres sollte sich in der Straßenverkehrszulassungsordnung (https://www.gesetze-im-internet.de/stvzo_2012/BJNR067910012.html) finden lassen.
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: postmaster-ino on Apr 22, 2019, 10:34 am
Hi

Naja - Straßenverkehr und Zulassung klingt jetzt auch eher nicht danach, daß Da ein selbst verlötetes Licht-Ding zum Einsatz kommen DARF - wenn's wider Erwarten doch vorkommt, sollte Da natürlich nicht gespart worden sein - aber für'n Acker reicht 'Klappt'.

MfG

*Edit*
für's (Feld) gegen für'n getauscht - passt besser zu Acker
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: combie on Apr 22, 2019, 11:20 am
Möchte nur nicht, dass darum irgendwelche Unbeteiligten, Probleme mit der Neuanordnung der Ohren (oder sonstigen Knöchelchen) bekommen.

Der Rest ist mir doch (in etwa) "so egal" (https://www.youtube.com/watch?v=RD36GsRheEY)
Title: Re: KFZ Projekt Hilfe - 12V Glühbirnen, MOSFET und standalone Arduino
Post by: postmaster-ino on Apr 22, 2019, 11:32 am
Nettes Liedgut!