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Digitale, temperaturabhängige Lüfterregelung mit USB-Interface - Pumpensteuerung

Hardware Erweiterung: Pumpensteuerung




Pumpensteuerung



Beschreibung



Nachdem ich nun einige Anfragen für einen Controller von 12V Pumpen erhalten hatte, gibt es nun doch eine entsprechende Erweiterung für die Lüfterregelung. Die Erweiterung wird über den "I2C-Bus" mit der Regelung verbunden und kann über die Windows Software konfiguriert werden. Die Konfigurationsdaten werden in dem Eeprom der Regelung gespeichert.

Einstellung in PC-Software


Ziel dieser Erweiterung war es eine Schaltung zu entwickeln mit der es möglich ist, geläufige 12V Pumpen nach dem Start auf eine feste, einstellbare Spannung runter zu fahren. Im Gegensatz zu einigen Schaltungen wird hier die Pumpenspannung nicht über ein Poti eingestellt sondern kann bequem in der Windows Software festgelegt werden. Die Einstellgenauigkeit liegt bei 0,05V wobei aber sicher aufgrund der hohen Last nur 0,1V realistisch sind. Die hohe Genauigkeit wird mit einen 8bit DA-Wandler erreicht der direkt auf der Erweiterung sitzt. Stabilisiert wird die eingestellte Pumpenspannung durch eine 4,7V Z-Diode an dem DA-Wandler, dadurch ist die Pumpenspannung unabhängig Schwankungen auf der 12V Versorgungsleitung des PCs Netzteils. Die Ausgangsspannung wird damit also analog geregelt und benutzt keine PWM Ansteuerung. Der Einstellbereich geht von 0,0V - 12,0V bzw. von 0% - 100% ( je nach beschaltung der Z-Diode ) , da Pumpen allerdings eine Mindestspannung benötigen um richtig arbeiten zu können, sollte die Pumpenspannung nicht kleiner als 8,0V gewählt werden.

Der hier verwendete FET ist sehr niederohmig und hat damit, im Gegensatz zu normalen Transistoren, fast keinen Spannungsdrop. Das bedeutet für die Pumpe das sie auch mit den vollen 12V von dem PC Netzteil laufen kann und bei voller Aussteuerung keine Verluste an dem FET entstehen. Da der FET allerdings so niederohmig ist ( 0,1 Ohm ) sind aber auch sehr hohe Ströme möglich, damit bei einen Kurzschluss am Ausgang nicht gesamte Schaltung "abraucht", befindet sich auf der Erweiterung eine Feinsicherung die im Kurzschlussfall oder bei einer Überlast den gesamten 12V Lastkreis trennt.

Für die Überwachung der Pumpe wurde auch gesorgt, auf der Erweiterung befindet sich eine 3 poliger Molex Stecker an dem die Tacholeitung von der Pumpe eingeschleift werden kann. Die Tacholeitung wird allerdings nicht in der Geschwindigkeit ausgewertet sondern nur ob die Pumpe arbeitet oder nicht ( noch nicht in Firmware integriert ). Wenn die Tacholeitung auch wertmäßig überwacht werden soll, kann dafür die Erweiterung "Notabschaltung / Pumpenüberwachnung" benutzt werden.

Alternativ zu einer Pumpe kann auch ein ein normaler Lüfter an diese Erweiterung angeschlossen und in der Versorgungsspannung analog gesteuert werden. Der Lüfter wird dazu an dem Anschluss "Pump_Tacho" angeschlossen. ( Jumper "Signal_Power" schließen damit der Lüfter seine Versorgungsspannung bekommt ) Der Anschluss "Pump_Tacho" kann mit bis zu 0,5A belastet werden was ca. 6W entspricht, daß sollte auch für den größten 120er Lüfter ausreichend sein ;-).

 

Leistungsmerkmale

  • digital einstellbare Pumpenspannung ( 0,0V - 12,0V )
  • automatisches drosseln der Pumpenspannung nach dem Start
  • analog geregelte Pumpenspannung mit Einstellgenauigkeit von 0,05V , kein PWM !
  • im Falle eines Notalarms wird Pumpenspannung automatisch auf 12V angehoben
  • Pumpenausgang kann dauerhaft mit 2A und kurzzeitig mit bis zu 10A belastet werden, dafür muss allerdings ein entsprechender Kühlkörper an dem FET angebracht sein.

 

Belastbarkeit:

Mit dem in der Bauteileliste aufgeführten Kühlkörper für den FET ( V PR32/50,8-MC = 9 K/W ), können problemlosLasten bis 11W betrieben werden ( Laing Pro = 10W ). Für größere Lasten z.B. die Pumpe "Laing Ultra" = 18W wird ein größerer Kühlkörper mit einen Wärmewiderstand von maximal 5 K/W benötigt. Ein solch großer Kühlkörper ist allerdings nicht mehr als einfacher Aufsteckkühlkörper erhältlich und muss deshalb noch mechnisch befestigt werden, dabei muss unbedingt beachtet werden das die Kühlfahne von dem FET mit dem "Source"-Anschluss elektrisch verbunden ist und damit der Kühlkörper auf den vollen 12V liegt !


Der Kühlkörper darf also nicht einfach mit dem PC Gehäuse verschraubt werden !!!


Hier kann z.B. der FET mit einer "Glimmerscheibe für TO220" vom Kühlkörper elektrisch isoliert und dann problemlos im PC Gehäuse befestigt werden. Bei dem in der Bauteileliste aufgeführten Kühlkörper "V PR32/50,8-M" muss das alles nicht beachtet werden, weil dieser noch klein genug ist und damit mechanisch mit der Platine verbunden werden kann. ( verlötbar )



Anschlüsse / Jumper

 

I2C-Bus 1, I2C-Bus 2
Pin Funktion
1 GND
2 SDA
3 SCL
4 +5V

 

Pump_Power
Pin Funktion
1 GND für Pumpe
2 gesteuerte Versorgungsspannung für Pumpe

 

Pump_Tacho
Pin Funktion
1 GND
2 Versorgungsspannung ( falls nötig )
3 Tacholeitung Eingang

 

Power_Supply
Pin Funktion
1 n.c.
2 GND
3 GND
4 12V

 

Jumper
Jumpername Funktion
Signal_Power Zuschaltbare Versorgungsspannung für
den Anschluss "Pump_Tacho" falls
Signalversorgung für Tacholeitung benötigt
wird oder ein Lüfter an diesen Anschluss
betrieben werden soll.
Adress legt die I2C-Adresse dieser Erweiterung fest
[ Default = offen ]

 

Verdrahtung

Lüfterregelung V1.4d
( Anschluss: "I2C-Bus" )
Erweiterung "pump control"
( Anschluss: "I2C-Bus" ) ( Funktion )
Pin 1 Pin 1 ( GND )
Pin 2 Pin 2 ( SDA)
Pin 3 Pin 3 ( SCL )
Pin 4 Pin 4 ( +5V )



Schaltplan / Bestückungspläne


Bestückungsplan

Bestückungsplan

 

Platinenlayout ( Abmaße: 80 * 50mm )

Platinenlayout


Schaltplan

Schaltplan



Bauteileliste

 

Bauteil Wert Beschreibung Anzahl Reichelt Bestellnummer
IC1 PCF8591P Philips I²C-Bus Peripherie 1 PCF 8591 P
IC2 µA 741 Op-Amp, DIP-8 1 µA 741 DIP
Q1 IRF 5305 P-Kanal MOSFET 1 IRF 5305
C1 / C3 220nF Vielschichtkondensator 2 Z5U-2,5 220N
C2 100µF/25V Elektrolytkondensator, 6,3x11mm, RM 2,5mm 1 RAD 100/25
C4 / C5 / C6 100nF Vielschichtkondensator 3 Z5U-2,5 100N
D1 4,7V Z-DIODE 0,5W 1 ZF 4,7
R4 / R7 / R9 1,2kOhm Metallschichtwiderstand 1,20 K-Ohm 3 METALL 1,20K
R1 / R3 / R8 / R10 10kOhm Metallschichtwiderstand 10,0 K-Ohm 4 METALL 10,0K
R2 100kohm Metallschichtwiderstand 100,0 K-Ohm 1 METALL 100K
R5 / R6 5,6kohm Metallschichtwiderstand 5,6 K-Ohm 2 METALL 5,60K
Pump_Power 2pol. Anreihklemme 2-polig, RM5,08 1 AKL 057-02
Power_Supply 4pol. Stromversorgungsstecker f. 5 1/4 Zoll, Print, gew. 1 PSW 5
Tacho_Pumpe 3pol. Printstecker, 3-polig 1 PSS 254/3G
IC-Sockel 16pol IC-Sockel, 16-polig, superflach, gedreht, vergold. 1 GS 16P
IC-Sockel 8pol IC-Sockel, 8-polig, superflach, gedreht, vergold. 1 GS 8P
Kühlkörper für FET Kühlkörper mit Montageclip, 9 K/W 1 V PR32/50,8-MC
F1 Sicherungshalter Sicherungshalter, 5x20mm, max. 6,3A-250V 2 PL 120000
F1 Sicherung Feinsicherung 5x20mm, träge 2,5A 1 TRÄGE 2,5A
I2C-Bus  4-polig
36pol. Stiftleiste 1 SL 1X36G 2,54
Platine   Platine: "Pump Control V1.4" 1 Pump Control V1.4
Reichelt Warenkorb: "Pump Control V1.4"


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Published on: Tuesday, March 06 2012 (3936 reads)
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