N-Mosfet IRF530 w układzie PID grzeje się - czy to normalne? Jak temu zaradzić?

Witam, mam o to układ, który jest podlaczony pod wyjscie analogowe w sterowniku PLC. W skrócie służy do grzania czujnika temp jako regulacja PID. Wszystko działa poprawnie, jedynie mosfet strasznie sie grzeje, jak go dotkne to mozna niezle sie poparzyc. Moje pytanie czy to normalne i czy nic sie takiego nie stanie? i jak temu zaradzic.

Pozdrawiam

Jakie ma napięcie bramka-źródło?

Student23 napisał:

W skrócie służy do grzania czujnika temp jako regulacja PID.

Jeśli wyjście jest analogowe i sterujesz nim analogowo (czyli napięcie przyjmuje dowolną wartość z przedziału 0-10V) to grzanie jest naturalne - wyposaż tranzystor w radiator.
Albo zastosuj PWM.

napiecie bramka-źrodlo -> +/- 20 V

A nie mozna jakiegos rezystora wpiać w ktores miejsce aby ogarniczyc prad tak zeby sie mniej grzał. Z tym radiatorem raczej ciezki temat, chyba ze sa takie małe.

Student23 napisał:

napiecie bramka-źrodlo -> +/- 20 V

To jest dopuszczalne. Ja pytam, jakie on ma w tym układzie, zmierzone.

Student23 napisał:

A nie mozna jakiegos rezystora wpiać w ktores miejsce aby ogarniczyc prad tak zeby sie mniej grzał.

W szereg z żarówką, ale wtedy będziesz miał grzejący się rezystor i słabiej świecącą żarówkę. Sam tranzystor też nie przestanie się grzać.

Student23 napisał:

Z tym radiatorem raczej ciezki temat, chyba ze sa takie małe.

Są małe, ale przeznaczone do odprowadzania małych mocy.

Najprościej - jak napisał jdubowski - zastosuj PWM.

Jeśli pracujesz bez radiatora, tranzystor przy tej mocy nie ma szans na niezawodną pracę.

Gdyby żarówka była liniowa tranzystor miał by do rozproszenia w najgorszym przypadku 5W, w rzeczywistosci może byc nieco gorzej, bo rezystancja żarówki maleje przy spadku napiecia.

Cytat:

Z tym radiatorem raczej ciezki temat, chyba ze sa takie małe.

Kawałek blachy o powierzchni >50cm2 wystarczy, albo fabryczny radiator o Rth(ra)<15K/W, lub przykręcenie do metalowej obudowy (z przekładką izolacyjną)

Ciężki temat? nie zostawiłeś sobie ani troche miejsca na poprawki? zakładałeś że nie popełniasz błędów

Witam.

Ja uważam, iż ten tranzystor nie jest w pełni otwarty.

Nota katalogowa: RDS = 0.160 oma przy UGS=10V
I = 21W / 12V = 1,75A

Spadek napięcia na tranzystorze.
1,75A * 0,160 = 0,28V
P= I * U = 1,75 * 0,28 = 0.49W

Należy w bramce zmniejszyć rezystor.

yokoon napisał:

Ja uważam, iż ten tranzystor nie jest w pełni otwarty.

Skoro służy jako regulator liniowy, to raczej nie jest w pełni otwarty.

yokoon napisał:

Należy w bramce zmniejszyć rezystor.

Który?

Te rezystory sluza jako dzielnik napiecia. Wyjscia cyfrowe sa na 24 V i chcialem je obnizyc do 12 V. Tak mi Polecono. Czyli jak bede mial radiator bedzie ok, albo poprostu nie podlaczam takiego ukladu do wyjscia analogowego. A czy jak wiatrak komputerowy miałbym zamiast zarowki, to takie samo grzanie by było?. Wowczas wiatrak moglbym podpiac do analoga, a zarowke do PWM

Ok dziękuje bardzo za odpowiedź. Czyli generalnie te dwa rezystory 10k szeregowo są źle, jeden wywalic i stawić 100 ohm badz 1k ohm. A z tym wyjsciem analogowym nie da rady ogarnac (chodzi mi tutaj o radiator i jakas kombinacja rezystorow), kurcze liczylem ze wlasnie jakos z tego bede mogł sterowac, mozna jakos szybko przerobić ten moj schemat by to jakos funkcjonowalo??

Poza tym PWM narazie ciezko bedzie realizowac bo pracuje na sterowniku z wyjsciami przekaznikowymi... Jedynie podlaczajac pod wyjscie cyfrowe.

Rozumiem, że to samo bedzie sie tyczylo jak mam uklad analogiczny, tylko zamiast zarowki mam wentylator, jego również pod wyjscie analogowego nie moge podpiąć.

Ok, przepraszam troche niejasnosci wprowadziłem.Chce zrealizowac taki uklad (miedzy nimi bedzie jeszcze czujnik temperatury). Zarówka i wentylator beda zrealizowane na regulatorze PID dlatego dąże do tego by wykorzystać wyjscie analogowe w sterowniku. Jest to obojetne czy zastosuje to wyjscie do zarowki czy wentylatora. Bo obecnie nie moge zrealizowac PWM ( wyjscia przekaznikowe sterownika). Jeżeli znowu zle te rezystory mam, to prosze o korekte.

Póki co narazie żarówka tak bedzie pracowac załącz/wyłącz, jak bede mogl korzystac ze sterownika z wyjsciami tranzystorowymi to zrealizuje to na pwm. A do tego czasu chcialem skorzystać z tego wyjscia analogowego. Sterowanie regulatorem PID z zarowka badz wentylatorem zalaczany bedzie w zaleznosci od wartosci zadanej i wartosci aktualnej temperatury.

Rozumiem ze grzanie tranzystora powoduje jego wadliwa prace i w tym przypadku radiator jest konieczny i w duzym stopniu zalagodzi to zle działanie?

Cytat:

Rozumiem ze grzanie tranzystora powoduje jego wadliwa prace i w tym przypadku radiator jest konieczny i w duzym stopniu zalagodzi to zle działanie?

Tranzystor zamienia energie elektryczną na ciepło, dzieki temu żarówka dostaje mniej, najwieksze straty w tranzystorze są gdy moc wydzielona w żarówce wynosi ok 1/4 mocy nominalnej. Przy 100% i 0% straty mocy w tranzystorze są małe.

Tranzystor wydziela taką moc jak wynika z parametrów żarówki i wysterowania z PLC z tym nic nie zrobisz, ale stosując radiator możesz zmniejszyć temperaturę struktury z niebezpiecznych >200°C (teoretycznie przy 5W mogła by przekroczyć 300°C ale to oszacowanie zgrubne nie uwzględnia konwekcji) do <100°C co jest dla tranzystora temperaturą bezpieczna (Tjmax zazwyczaj jest w zakresie 125-175°C)

W teorii można dołożyć modulator PWM i sterować nim analogowo (ale patrząc na schemat widzę ze będzie ciężko). Tak jak piszą koledzy - używasz tranzystora w trybie liniowym i oznacza to ze musi on wytracać moc proporcjonalnie do zadanej przez ciebie nastawy - radiator jest niezbędny i proporcjonalny do mocy strat (w uproszczeniu potraktuj tranzystor jako zwykły rezystor, moc wyliczona powiększ o rezystancje termiczna tranzystora i radiatora - wybierz z katalogu radiator spełniający wymagania z odpowiednim zapasem).

wszystkim bardzo dziękuje za odpowiedzi. Widze, że to ważne zagadnienie a troche mam niejasności. Jezeli to nie problem to prosiłbym o odpowiedz na poniższe pytania:

1. W przypadku gdy zamienie żarówke, na wentylator i podepne wedlug schematu do wyjscia analogowego to również tranzystor bedzie sie grzał mocno i konieczny jest radiator?

2. Czy jak według noty, maksymalna strata mocy jest 79 W, to radiator na taka moc w zupelności starczy by nie było problemu z funkcjonowaniem żarówki i tranzystora

3. Jak kolega wyżej pisał, najwieksze straty mocy w tranzystorze sa gdy żarówka (21 W) wynosi 1/4 mocy nominalnej czyli 5,25 W. Dzieje sie tak, dlatego że tranzystor jest najcieplejszy gdy na wyjsciu analogowym bedzie wartosc 5 V z przeidzału 0-10? .

4. Nie wiem własnie jak to wszystko dobrac i zmierzyć, by wiedzieć jaki ma byc radiator by działalo wszystko ok.
Jak załacze program, to żarówka szybko uzyskuje 100% napięcia, albo 0 % i tak w kołko. Zadko kiedy widzie by świeciła delikatnie. Wówczas co powinienem pomierzyc?? i czy te rezystory w tym drugim zamieszczonym schemacie sa dobrane prawidlowo?

Nie chciałem zakladać nowego tematu. Nie chodzi teraz o grzanie sie mosfeta, jednak o problem dostarczania napiecia na żarówke. Uklady sa podlaczone do wyjsc cyfrowych PWM. Problem jest taki, ze zasilanie 12 V ( rzeczywiscie dostarcza mi 11.7V ) po zalaczeniu zarówki na 100% mosfet dostarcza mi na jej wyjscie napiecie 9.7 V ( po zmianie na inna żarowke mam 10.6 V ), natomiast przy wentylatorze jest 11.4 V. Dlaczego to pisze i czemu pytam. Domyslam sie pewnie, że zarówka ma wieksza wydajność prądową i dlatego tak jest, chociaz moze nie w tym sęk.
Układ ten sluzy do grzania/chlodzenia czujnika temp LM35Dz jako regulator PID.
Programowo jest to wykonane napewno prawidlowo w sterowniku PLC s7-1200. Jednak, problem jest taki. czujnik temp mierzy mi aktualna temp np 24 stopnie, jak dotkne go nagrzewa sie spokojnie i wszystko dziala jak nalezy ( testowalem na innym tez takie cos) gdy wartosc zadana np jest 30 stopni to wiadomo zalacza sie grzanie, czyli dziala zarówka. gdy dochodzi do wartosci 29-30 zaczyna sie zalaczanie/wylaczanie i tutaj zaczynaja sie problemy, poniewaz temp na czujniku dziwnie spada badz skacze podczas zalaczania zarowki. Np zalaczona zarowka na chwile jest 29 stopni, wylaczy sie na niecale pol sek jest 27 stopni, zalaczy sie znowu to jest np 29.5. czasami dochodzi nawet do 33 a potem spada przy wylaczonej zarowce do 28.

Uklad z czujnikiem temp jest zasilany rowniez z zasilacza komputerowego i GND tych ukladów jest wspolne. I czy wlasnie ta roznica ze przez tranzystor mosfet dochodzi do zarowki napiecie 10.5, a rzeczywiste z zasilacza jest 11.7 moze miec wplyw na takie oscylacje??

Student23 napisał:

Jednak, problem jest taki. czujnik temp mierzy mi aktualna temp np 24 stopnie, jak dotkne go nagrzewa sie spokojnie i wszystko dziala jak nalezy ( testowalem na innym tez takie cos) gdy wartosc zadana np jest 30 stopni to wiadomo zalacza sie grzanie, czyli dziala zarówka. gdy dochodzi do wartosci 29-30 zaczyna sie zalaczanie/wylaczanie i tutaj zaczynaja sie problemy, poniewaz temp na czujniku dziwnie spada badz skacze podczas zalaczania zarowki. Np zalaczona zarowka na chwile jest 29 stopni, wylaczy sie na niecale pol sek jest 27 stopni, zalaczy sie znowu to jest np 29.5. czasami dochodzi nawet do 33 a potem spada przy wylaczonej zarowce do 28.

Bezwładność cieplna regulowanego obiektu daje znać o sobie, warto też zwrócić uwagę na to czy aby sam czujnik nie jest nagrzewany przez promieniowanie IR od żarówki (to zapewne zjawisko niepożądane).

Wracając do tego wyżej, zalaczam schemat wzmacniacza(LM358N) i czujnika. Dodam, że ten uklad jest zasilany z tego samego zasilacza co uklad z mosfetami. I mierzac multimetrem, jak wzmacniacz jest zasilany z 12 (rzeczywiscie 11.70 V) no to gdy szybko zalacza i wylacza sie zarowka oraz wentylator, to napiecie waha sie w graniach 11.55-11.75 i to moze powodowac te nagle skoki temp.

Jak zasilalem wzmacniacz z osobnego zasilacza i czujnik rownież, to skoków nie bylo takich naglych, ale znowu cos wariowalo, ze temp z czujnika spadala, bledny odczyt.

Czy ten uklad w ogole jest poprawny? cos powinno sie dodac. Prowadzacy powiedzial, ze powinno sie przy stosowaniu teogo samego zasilacza. Dodac do wzmacniacza stabilizator 7812, do czujnika byc moze tez stabilizator 7805 i jakis kondensator, kilka piko. Czy moglby ktos zaproponowac jakies rozwiazanie??