Jak ograniczyć prąd w układzie sterowania wentylatorem 24V z mikrokontrolera?

Witam,
Buduję układ, w którym mam zamiar z mikrokontrolera wysterować pracę wentylatora - tzn. muszę go włączać albo wyłączać.
Wentylator musi być zasilany napięciem 24V, zmierzyłem prąd przy starcie - 0,2A, podczas pracy - 0,1 A, natomiast jeśli go przytrzymam to prąd wzrasta do 0,5A.


Na ten moment mam zbudowany taki układ oparty na tranzystorze Darlingtona, wysterowuję go z mikrokontrolera.
Dla tak zbudowanego ukłądu, zwierając wyjście gdzie wpięty powinien być wentylator otrzymałem prąd 2,5A, taki prąd na wyjściu nie jest mi potrzebny więc moje pytanie brzmi - w jaki sposób ograniczyć ten prąd? Poprzez zastosowanie większego rezystora w bazie? Czy poprzez dodanie rezystora do kolektora?
Myślę, że ograniczenie do 1A będzie bezpieczne.

Z góry dzięki!

Pozdro!

Jeżeli wentylator jest na napięcie 24VDC to weźmie tyle prądu ile potrzebuje, nie ma potrzeby ograniczania.

Może nie ma potrzeby stosowania Darlingtona, dać nieco mniejszy R94 i tranzystor BD138 z najwyższej grupy współczynnika wzmocnienia - będzie miał niższe napięcie kolektor-emiter; albo i MOSFET z kanałem P (ale to będzie więcej elementów, o ile nie użyjesz MOSFET-a z dopuszczalnym napięciem bramki minimum 24V). Ograniczanie prądu ma sens, jeśli chcesz zapobiec przegrzaniu silniczka wentylatora w razie jego zatrzymania - on pewnie długo 0,5 A nie wytrzyma.

_jta_ napisał:

Może nie ma potrzeby stosowania Darlingtona, dać nieco mniejszy R94 i tranzystor BD138 z najwyższej grupy współczynnika wzmocnienia - będzie miał niższe napięcie kolektor-emiter; albo i MOSFET z kanałem P (ale to będzie więcej elementów, o ile nie użyjesz MOSFET-a z dopuszczalnym napięciem bramki minimum 24V). Ograniczanie prądu ma sens, jeśli chcesz zapobiec przegrzaniu silniczka wentylatora w razie jego zatrzymania - on pewnie długo 0,5 A nie wytrzyma.

Wolę zastosować Darlingtona, gdyż w planach jest wykonanie jeszcze dwóch kanałów na większe obciążenie, więc chcę żeby wszystkie kanały były takie same. Jeśli uważacie, że Darlingoton jest dobrym rozwiązaniem to go zastosuję. Docelowo chyba wykorzystam jakiś montowany SMD np. MJD127T4.

W kwestii ograniczenia prądu mam dwa aspekty:
1. Nie chcę żeby w przypadku jakiegoś zwarcia na wyjściu doszło do spalenia Darlingtona więc chcę ten prąd ograniczyć do takiego który go nie spali. Żeby to osiągnąć wystarczy zmniejszyć rezystor w bazie?
2. Zabezpieczenie urządzeń wyjściowych, żeby nie zostały uszkodzone - np. zatrzymanie wentylatora, tak jak pisałeś wyżej. Też ograniczyć prąd poprzez rezystor czy zastosować jakiś bezpiecznik ?

Dziękuję za pomoc!

To nieco skomplikowane układy. Zobacz np. https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3880829.html#19942924 - kiedyś wykombinowałem taki układ stabilizatora napięcia z ograniczaniem prądu.

Jest też układ "źródła prądowego" na dwóch tranzystorach o jednakowej polaryzacji (tu by były PNP, albo MOSFET z kanałem P i PNP): w emiterze (albo w źródle dla MOSFET-a) daje się opornik, i spadkiem napięcia z tego opornika steruje się PNP, włączony między bazę PNP mocy (bramkę MOSFET-a) z +zasilania - to powoduje ograniczenie prądu na tyle, by napięcie na oporniku nie przekroczyło około 0,65V (czyli np. opornik 3,3Ω da ograniczenie prądu do około 0,2A); można to rozbudować, sterując tego PNP sumą napięcia z opornika i jakiejś części spadku napięcia na tranzystorze mocy - wtedy przy zwarciu prąd będzie mniejszy, niż ograniczenie prądu wtedy, gdy pobierany prąd nie przekraczał ograniczenia (taka charakterystyka nazywa się "foldback"), ale trzeba uważać, żeby z tym nie przesadzić - jeśli przy zerowym napięciu na wyjściu prąd byłby ograniczony do zera, to zasilanie wentylatora się nie włączy. A to ograniczenie zależy od temperatury - im jest cieplej, tym mniejszy jest prąd, od którego zaczyna się ograniczenie.

Jakaś wersja takiego źródła prądowego jest w https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic635529.html#3299426

_jta_ napisał:

To nieco skomplikowane układy. Zobacz np. https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3880829.html#19942924 - kiedyś wykombinowałem taki układ stabilizatora napięcia z ograniczaniem prądu.

_jta_ napisał:

Jakaś wersja takiego źródła prądowego jest w https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic635529.html#3299426

To chyba przerost formy nad moją wiedzą i umiejętnościami....

A ograniczenie prądu bazy nie wystarczy do ograniczenie prądu kolektora?

Jadam1 napisał:

A ograniczenie prądu bazy nie wystarczy do ograniczenie prądu kolektora?

Można eksperymentować, ale jest to dosyć trudne i inne dla każdego tranzystora.
Zrobienie źródła prądowego 0,5 A zasilanego z 24 V dla zwarcia potrzebuje radiatora do tranzystora, bo należy odprowadzić 12 W mocy wydzielonej w nim.

Jadam1 napisał:

To chyba przerost formy nad moją wiedzą i umiejętnościami....

Pozostaje dobrać bezpiecznik.

kazikszach napisał:

Zrobienie źródła prądowego 0,5 A zasilanego z 24 V dla zwarcia potrzebuje radiatora do tranzystora, bo należy odprowadzić 12 W mocy wydzielonej w nim.

Minimalny układ, który nie wymagałaby dokładnego dobierania oporników do tranzystora, i pozwalał zmniejszyć maksymalną moc traconą ze 3x, zawierałby: tranzystor mocy (PNP, albo MOSFET z kanałem P), opornik (zależny od prądu), tranzystor BC557, transoptor i jeszcze 4-5 oporników (w tym ograniczający prąd wejściowy transoptora). Możliwe dwie wersje: włączana prądem transoptora i wyłączana prądem transoptora (zasadnicza różnica byłaby taka, że w stanie wyłączenia układu podającego sygnał na transoptor pierwsza wyłączałaby wiatraczek, druga włączała.

ledo99 napisał:

Nie wiem czy nie lepiej byłoby zrobić to na LM317 albo nawet na jakimś nowoczesnym DC/DC do sterowania diodami LED - tam wzmacniacz i zabezpieczenia nad-prądowe są w standardzie a wejście do sterowania np PWM możesz od razu podpiąć do uC.

Szukałem takich driver'ów i wszystkie mają raczej mniejszy prąd. Wentylator pobiera 0,5A gdy się go zatrzyma.

_jta_ napisał:

Minimalny układ, który nie wymagałaby dokładnego dobierania oporników do tranzystora, i pozwalał zmniejszyć maksymalną moc traconą ze 3x, zawierałby: tranzystor mocy (PNP, albo MOSFET z kanałem P), opornik (zależny od prądu), tranzystor BC557, transoptor i jeszcze 4-5 oporników (w tym ograniczający prąd wejściowy transoptora). Możliwe dwie wersje: włączana prądem transoptora i wyłączana prądem transoptora (zasadnicza różnica byłaby taka, że w stanie wyłączenia układu podającego sygnał na transoptor pierwsza wyłączałaby wiatraczek, druga włączała.

Mi bardziej odpowiada wersja włączana prądem transoptora. Czy możesz coś zaproponować?
A może faktycznie za bardzo kombinuję i nie ma konieczności aż tak zabezpieczać tego wyjścia?

Są jeszcze bezpieczniki polimerowe - po przekroczeniu nominalnego prądu nagrzewają się, przez to zwiększają opór i ograniczają prąd. A jak się wyłączy prąd, i ostygną, to na nowo przewodzą.

ledo99 napisał:

? Do wyboru do koloru...
https://kamami.pl/sterowniki-led/184730-bcr450.html
https://kamami.pl/sterowniki-led/563447-dd311-to-252.html
https://kamami.pl/sterowniki-led/571538-stcs2aspr-powerso-10.html
https://kamami.pl/sterowniki-led/187509-stcs2spr.html

PS ja brałbym BCR450 z zewnętrznym tranzystorem - ma wszystko czego potrzebujesz.

Szukałem tych driverów, ale widocznie za słabo...

W każdym razie patrzyłem na tego BCR450 i mam wątpliwość w kwestii tego że stosuję tranzystor mocy PNP z obciążeniem w kolektorze, gdybym chciał zastosować NPN, wtedy muszę obciążenie umieścić w emiterze, czy mogę to tak zrobić?

_jta_ napisał:

Są jeszcze bezpieczniki polimerowe - po przekroczeniu nominalnego prądu nagrzewają się, przez to zwiększają opór i ograniczają prąd. A jak się wyłączy prąd, i ostygną, to na nowo przewodzą.

Też już o tym myślałem, ostatecznie tak to załatwię, ale pomysł z sterownikiem LED również jest warty przeanalizowania.

Cytat:

czy mogę to tak zrobić?

Nie bardzo. Nie osiągniesz maksymalnych obrotów.
W przypadku zastosowania tranzystora npn, wentylator wpinasz między jego kolektor i plus zasilania.

Ograniczanie prądu zazwyczaj w jakiś sposób go mierzy, a to zwykle łączy się ze spadkiem napięcia na oporniku, przez który płynie prąd, aby można było zmierzyć ten spadek napięcia i określić prąd (są sposoby, żeby nie mieć spadku napięcia, ale to już nieco trudniejsze, np. czujnik pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd). I ten spadek napięcia zmniejsza obroty silnika - dla prostego układu (z tranzystorem PNP / P-MOSFET) traci się około 1V, czyli jakieś 4÷5% obrotów przy zasilaniu 24V.

_jta_ napisał:

Ograniczanie prądu zazwyczaj w jakiś sposób go mierzy, a to zwykle łączy się ze spadkiem napięcia na oporniku, przez który płynie prąd, aby można było zmierzyć ten spadek napięcia i określić prąd (są sposoby, żeby nie mieć spadku napięcia, ale to już nieco trudniejsze, np. czujnik pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd). I ten spadek napięcia zmniejsza obroty silnika - dla prostego układu (z tranzystorem PNP / P-MOSFET) traci się około 1V, czyli jakieś 4÷5% obrotów przy zasilaniu 24V.

Uważam, że taki spadek obrotów będzie akceptowalny, natomiast z gotowych sterowników typu BCR450 znalazłem tylko NPN, natomiast nie znalazłem takich do współpracy z tranzystorami PNP, czy możesz zaproponować jakiś układ na tranzystorach ?

T1 jest tranzystorem mocy i z jego kolektora jest wyjście, T2 sterującym. Vdd to 24V zasilające układ. R1 to opornik do określania prądu. Przy wyłączonym transoptorze prąd R4 powoduje podanie na bazę T2 sygnału, który go włącza, a on powoduje wyłączenie T1. R5 powoduje "foldback" - im niższe napięcie na wyjściu, tym mniejszy prąd dopuszcza ograniczenie.

Cześć,
Wracam z efektami mojej pracy i Waszej pomocy.
Zrealizowałem układ, który przedstawiłem na początku z zastosowaniem bezpiecznika polimerowego w emiterze w celu ograniczenia prądu. Zastosowałem bezpiecznik na 1A, po testach wyszło, że prąd troszkę przekracza 1A, ale o kilkadziesiąt mA, więc to jest akceptowalne.


Natomiast apetyt rośnie w miarę jedzenia i zamiast tranzystora THT chcę zastosować SMD, a także chcę sterować dodatkowym/innym większym obciążeniem, które pobiera prąd w okolicach 1A.
Dlatego chciałem zapytać, co teraz zrobić?
Jeśli chodzi o tranzystory Darlingtona SMD, to np. w TME są ograniczone do 20W, a to jest za mało na moje obciążenie 1A. Testowałem tranzystor MJD127T4G i przy 0,5A prądzie pobieranym, zasilaniu 24V, tranzystor już był bardzo ciepły.

Czy zamiast tranzystora Darlingtona SMD mogę zastosować MOSFET'a SMD? Pozwoli mi na wysterowanie obciążenia 1A bez większego nagrzewania tranzystora?

Z góry wielkie dzięki za pomoc!

Pozdrawiam!

Cytat:

są ograniczone do 20W, a to jest za mało na moje obciążenie 1A. Testowałem tranzystor MJD127T4G i przy 0,5A prądzie pobieranym, zasilaniu 24V, tranzystor już był bardzo ciepły.

No będzie i to nie wynika zależności wprost od mocy dopuszczalnej, a od tej, aktualnie wydzielanej i zdolności do jej oddawania do otoczenia.
Czyli w zasadzie od prądu i spadku napięcia.
Ten ostatni, na Darlingtonach sięga 2-2,5 V. Stąd moc wydzielana wynosi ok. 1 W, a to za dużo dla elementu SMD bez radiatora.
MOSFET o niskim Rdson, niewątpliwie będzie chłodniejszy.

Jeśli to ma być P-MOSFET (odpowiada PNP) używany do włączania/wyłączania prądu, to AO3407A (SMD, 30V, 4,3A), u Piekarza 6,70zł za 10 sztuk (mniej nie sprzedają). Uwaga: dopuszczalne napięcie bramka-źródło +-20V (zalecane do włączenia -10V), nie wolno podać 24V. I nie można nim ograniczać prądu tak, by to w nim wytracać część napięcia - wtedy się przegrzeje, jego zaletą jest mały opór włączenia, a nie dopuszczalna moc strat (ta niestety jest dużo za mała na regulator liniowy).

_jta_ napisał:

Jeśli to ma być P-MOSFET (odpowiada PNP) używany do włączania/wyłączania prądu, to AO3407A (SMD, 30V, 4,3A), u Piekarza 6,70zł za 10 sztuk (mniej nie sprzedają). Uwaga: dopuszczalne napięcie bramka-źródło -20V (zalecane do włączenia -10V), nie wolno podać 24V. I nie można nim ograniczać prądu tak, by to w nim wytracać część napięcia - wtedy się przegrzeje, jego zaletą jest mały opór włączenia, a nie dopuszczalna moc strat (ta niestety jest dużo za mała na regulator liniowy).

Tyle, że ja muszę zasilać napięciem 24V. Znalazłem taki FQD11P06TM, P-MOSFET, bramka-źródło -30V, DPAK. Trochę duży i drogi, ale jest SMD, tak jak chciałem. Jest sens stosowania takiego MOSFET'a? Czy może zostać przy aktualnym rozwiązaniu czyli Darlington THT BD680AG albo jakiś inny, troszkę większy, żeby moc była lepiej rozpraszana. Bo rozumiem, że Darlingtona w SMD nie ogarnę dla takich prądów.

Bardzo dziękuję za pomoc!

Przede wszystkim: czy tranzystor ma działać jako wyłącznik, czy regulator liniowy? W tym drugim przypadku niezbędny będzie radiator, bo moc strat może sięgać kilkunastu W.

FQD11P06TM z radiatorem (sporym - np. 3°K/W, albo mniej - kawałek blaszki nie wystarczy) może być do pracy jako regulator liniowy, AO3407A nie.

AO3407A jest dużo mniejszy, jako przełącznik ma około 4x mniejszy opór w stanie włączenia, więc mniej będzie się grzał, dopuszczalny prąd dla obu jest podobny.

Ograniczenie napięcia bramka-źródło można uzyskać wstawiając diodę Zenera (i opornik do ograniczenia prądu).

_jta_ napisał:

Przede wszystkim: czy tranzystor ma działać jako wyłącznik, czy regulator liniowy? W tym drugim przypadku niezbędny będzie radiator, bo moc strat może sięgać kilkunastu W.

Tranzystor ma działać tylko jako wyłącznik. Natomiast chciałbym uniknąć dodatkowych elementów, więc może zastosować ten FQD11P06TM zamiast tego, który zaproponowałeś?

@_jta_
Cześć, zdecydowałem się jednak nie kombinować z tranzystorami i chcę pozostać przy tranzystorze Darlingtona do sterowania wyjściami. Prawdopodobnie zostanę przy BD680AG.
Natomiast chciałbym odpowiednio wykonać ten układ z tranzystorem żeby działał dobrze jako wyłącznik. Na ten moment mam rezystor w bazie 10k i w zasadzie tyle, czy stosowanie dodatkowych rezystorów jest konieczne?

Pozdrawiam!