0-10V Dimmung über Temperaturmessung

[Mathias D. (ummon)]

Hi Leute

Erstes mal hier und noch ein totaler Neuling, ich hoffe ich bin hier 
dennoch richtig. Bitte seht es mir nach wenn ich irgendwie falsch liegen 
sollte.
Es geht um folgendes :

LED mit Netzteil und 0-10V Dimmung. Wenn die LED zu warm wird sollte das 
Netzteil langsam runterregeln damit die Lebensdauer nicht total leidet. 
Sensor ( PT100, PT1000, TC ) ist hierbei recht egal ).

Bisher habe ich 2 Möglichkeiten ausfindig machen können, wäre schön die 
Teile wären größtenteils zu kaufen. Bin nicht so der Held am Lötkolben.

a) Temperaturregler mit 0-10V Ausgang.
Leider sind die Teile so groß dass die kaum in die Leuchte passen, 
überleben meist nur 50°C Gehäusetemperatur und können sonst sehr teuer 
werden
b) Temperatur-Messumformer auf 0-10V. Hier stimmen jedoch die 
einstellbaren Bereiche ( 0-100°C ... ) selten mit dem gewünschten 
Bereich ( 80-100 °C ) überein.

Hat hier vielleicht jemand eine Idee in welche Richtung ich mich weiter 
informieren könnte ?
Danke !

Mathias

[Florian H. (flowbi)]

Die Helligkeit der LEDs über die Spannung regulieren zu wollen, ist in 
der Regel nicht sehr sinnvoll.
Überhaupt stellt sich die Frage warum man die LEDs nicht so betreibt 
(inklusive Kühlkörper), dass diese nicht zu heiß werden.

[Mathias D. (ummon)]

Hi Florian,

Entschuldige wenn ich Dich nicht recht verstanden haben sollte - aber es 
soll nicht die Spannung verändert werden mit der die LED betrieben wird, 
sondern die im Netzteil vorgesehene 0-10V Dimmung angesteuert werden.
Leider kann ich nicht garantieren dass die im Datenblatt vorgesehenen 
Umgebungsbedingungen stets eingehalten werden, von daher würde ich hier 
gerne noch eine zusätzliche Sicherung einbauen.

[Falk B. (falk)]

@ Mathias D. (ummon)

>LED mit Netzteil und 0-10V Dimmung. Wenn die LED zu warm wird sollte das
>Netzteil langsam runterregeln damit die Lebensdauer nicht total leidet.
>Sensor ( PT100, PT1000, TC ) ist hierbei recht egal ).

Kann man machen.

>Bisher habe ich 2 Möglichkeiten ausfindig machen können, wäre schön die
>Teile wären größtenteils zu kaufen. Bin nicht so der Held am Lötkolben.

Da liegt das Problem.

Eigentlich kann man deine Aufgabe locker mit einem kleinen OPV und 
bissel Beschaltung lösen, es ist ein einfacher Subtrahierverstärker. Der 
ist klein und billig. Dazu muss maber ein wenig den Lötkolben schwingen.

[Mathias D. (ummon)]

Hi Falk,
Danke für die Antwort - gut zu wissen dass man das generell in den Griff 
bekommen kann.
Bevor das nichts wird würde ich dann halt in den sauren Apfel beißen, 
vielleicht ein guter Anlass mir diese Fähigkeiten mal anzueignen.

[Harald W. (wilhelms)]

Falk B. schrieb:

> Dazu muss man aber ein wenig den Lötkolben schwingen.

...am besten so, das man mit der Spitze ab und zu die Lötstelle trifft.
:-)

[Joachim B. (jar)]

Falk B. schrieb:
> Dazu muss maber ein wenig den Lötkolben schwingen.

vorher sollte man wissen wo der Griff ist.

[Mathias D. (ummon)]

Um den Dingen mal vorzugreifen - wo man den Kolben in der Wand einsteckt 
ist mir soweit auch klar ;-)

( Ok, man findet ja echt schöne Einführungstexte und -Videos zu dem 
Thema. Spannende Sache )

[Mathias D. (ummon)]

Nach dem Hinweis dass das Thema mit einem Op-Amp relativ simpel zu 
regeln ist habe ich mir das Thema am Wochenende mal angeschaut.
Ich habe nun eine erste Idee wie man sich etwas zusammenbasteln könnte. 
Es würde mich freuen wenn ich Feedback bekommen könnte ob das so klappen 
könnte oder da ein paar dicke Anfänger-Denkfehler drin stecken.

Also - ich habe eine gegebene Temperatur am LED, will von 80 .. 100 °C 
Spannungen von 10 .. 0 V erzeugen um das NT zu regeln und von der 
LED-Versorgung 30 VDC vorliegen. Genauigkeit, Rauschen usw ist mir 
relativ egal, es soll nur dunkler werden ab 80 °C.

- Temperaturmessung würde ich über ein PT1000 machen wollen, dann habe 
ich keine Probleme mit Kaltstellenkompensation.
80 .. 100 °C -> 1300 .. 1380 Ohm
- Widerstand -> Spannung wäre jetzt mein erster Gedanke über eine 
Wheatstone-Brücke, je nach Wahl der Widerstände so ungefähr
1300 .. 1380 Ohm -> 0 .. 0,4 V
- Das dann zur Verstärkung in den Op-Amp, Schaltbeispiel ´Inverting 
Amplifier´ mit Wahl der Widerstände für 25-fache Verstärkung.
0 .. 0,4 V -> 0 .. -10 V
- Über Spannungsteiler baue ich mir 10 V und lege die an den 
nicht-invertierenden Eingang an. Ich hoffe das hätte den Effekt von
0 .. -10 V -> 10 .. 0 V
Fertig

Den Op-Amp würde ich mit 30 V versorgen, an den negativen 
Versorgungseingang würde ich 0 V anlegen, dann kann meine 
Ausgangsspannung auch nie negativ werden ( und negative Spannungen hätte 
ich eh nicht )

Vermute das alles ist nen bisschen empfindlich was die Stabilität der 
Versorgungsspannung angeht und auch nicht wirklich justierbar.

[Achim S. (Gast)]

Mathias D. schrieb:
> - Das dann zur Verstärkung in den Op-Amp, Schaltbeispiel ´Inverting
> Amplifier´ mit Wahl der Widerstände für 25-fache Verstärkung.
> 0 .. 0,4 V -> 0 .. -10 V

zeichne bitte mal auf, wie genau du dir die Nachverstärkung vorstellst. 
"Inverting Amplifier" klingt nicht so gut, denn die Brücke liefert ihre 
Ausgangsspannung nicht bezogen auf Masse: du brauchst eher einen 
Differenzverstärker, bei dem du die Brückenwiderstände bei der 
Verstärkungseinstellung berücksichtigen musst.

Wenn es nicht so supergenau sein muss (dafür aber einfach und 
zuverlässig) kannst du auch über einen Spannungsteiler mit einem PTC 
nachdenken, der die passende Curietemperatur hat. Dieser hier
http://www.digikey.de/product-detail/de/PRF18BD471QB5RB/490-8501-1-ND/4380764
Ändert seinen Widerstand zwischen 80° und 100° um ca. eine Größenordnung 
(siehe Kennlinie auf S. 74 bzw. 72 in folgenden Dokument)
http://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/library/catalog/products/thermistor/ptc/r90e.ashx#page=70

Wenn du damit einen Spannungsteiler baust, brauchst du fast keine 
Nachverstärkung. Das zweite Dokument enthält auch Beispiele für die 
Nachverstärkung mit einem Transistor, dessen BE-Durchlassspannung als 
"Schwelle" genutzt werden kann, damit innerhalb eines engen 
Temperaturfensters wirklich von 0% auf 100% abgeregelt werden kann.

[Achim S. (Gast)]

noch ein Post Scriptum: was für eine Versorgung hast du eigentlich für 
die Brücke geplant, um bei 20° Temperaturdifferenz eine 
Spannungsdifferenz von 0,4V zu erhalten? Willst du mit den vollen 30V 
auf die Brücke gehen (und damit >10mA durch den Pt1000 schicken)? Das 
werden die meisten Pt1000 nicht so gerne mögen.

[Falk B. (falk)]

@Mathias D. (ummon)

>Also - ich habe eine gegebene Temperatur am LED, will von 80 .. 100 °C
>Spannungen von 10 .. 0 V erzeugen um das NT zu regeln und von der
>LED-Versorgung 30 VDC vorliegen. Genauigkeit, Rauschen usw ist mir
>relativ egal, es soll nur dunkler werden ab 80 °C.

OK.

>- Temperaturmessung würde ich über ein PT1000 machen wollen, dann habe
>ich keine Probleme mit Kaltstellenkompensation.

Kann man machen, ist aber Overkill. PT100/1000 nimmt man für 
Präzisionsmessungen, nicht für solche einfach Dinge wie du sie machen 
willst.

>80 .. 100 °C -> 1300 .. 1380 Ohm
>- Widerstand -> Spannung wäre jetzt mein erster Gedanke über eine
>Wheatstone-Brücke, je nach Wahl der Widerstände so ungefähr
>1300 .. 1380 Ohm -> 0 .. 0,4 V

Es reicht ein Spannungsteiler mit dem NTC.

>nicht-invertierenden Eingang an. Ich hoffe das hätte den Effekt von
>0 .. -10 V -> 10 .. 0 V

Nicht hoffen, machen.

>Den Op-Amp würde ich mit 30 V versorgen, an den negativen
>Versorgungseingang würde ich 0 V anlegen,

Kann man machen, wenn es der richtige Typ ist. LM358 bzw. LM324 geht.

>Vermute das alles ist nen bisschen empfindlich was die Stabilität der
>Versorgungsspannung angeht und auch nicht wirklich justierbar.

Das kann man ja ggf. ändern.

Zeichne einen Schaltplan, stell ihn hier ein, dann kann man darüber 
reden.

[Mathias D. (ummon)]

Vielen Dank @Falk und Achim - ich habe wohl zu lange in einem 
Kalibrierlabor gearbeitet. Dass es zur Temperaturmessung nicht nur RTD 
und vielleicht noch TC gibt ist mir gar nicht in den Sinn gekommen.
Aber natürlich, PTC/NTC sind mit ihren extremen Temperaturkoeffizienten 
ideal für meine Zwecke, Plusminus 3 K stören da ja nicht sonders.
Ich werde mal nen bisschen die entsprechenden Datenblätter lesen, der 
verlinkte PTFM mit Schraubbefestigung von Murata sieht ja schon ziemlich 
ideal aus. Melde mich dann die Tage wieder.
Klasse =)

[Mathias D. (ummon)]

Nach dem Vorschlag von Achim S. habe ich das alles mal sehr einfach 
zusammengebastelt. Erstes mal mit den Zeichentools, hoffe was ich meine 
ist ersichtlich.

- Spannungsteiler von 30 auf 15 V ( der Thermistor kann nur 16 V ab )
- Thermistor Murata PTFM Typ BC - laut Kurven mit ~ 200 Ohm bei 85°C und 
~700 bei 95°C. Aber das müsste ich genauer austesten.

So wie ich das sehe hat die Schaltung primär das Problem unter 85°C auch 
gerne mal deutlich über 10 V auszugeben - aber das kann mir relativ egal 
sein, sollte mich sogar ein bisschen gegen Unsicherheiten bei der 
Speisespannung absichern.

[Route_66 H. (route_66)]

Mathias D. schrieb:
> - Spannungsteiler von 30 auf 15 V ( der Thermistor kann nur 16 V ab )

Wird so nicht funktionieren, Er wird durch deinen Sensor und den 400 
Ohm Widerstand viel zu stark belastet!

[Mathias D. (ummon)]

Route 6. schrieb:
> Wird so nicht funktionieren, Er wird durch deinen Sensor und den 400
> Ohm Widerstand viel zu stark belastet!

Ähem, ja doch - hätte ich wohl auch sehen können, zu sehr 
eins-nach-dem-anderen gedacht. Dank Dir. Mal überlegen ...

[Achim S. (Gast)]

ein Festspannungsregler anstelle des ersten Spannungsteilers könnte dir 
weiterhelfen. Aber Achtung: ein 7812 kommt mit 30V am Eingang zwar noch 
klar, aber 35V sind sein max. rating.

Den zweiten Teiler (aus PTC und bei dir 400Ohm) würde ich möglichst noch 
etwas höherohmig auslegen (bei 12V an ~500Ohm fließen immerhin schon 
24mA. Da das Gesamtsetup aus 30V gespeist wird verheizt es fast 1W).

Du willst die 0-10V also so durchlaufen, dass bei hohen T niedrigere 
Spannungen rauskommen, richtig?

Wenn du den gesamten Bereich 0-10V in einem engeren Temperaturband 
durchlaufen willst, wäre vielleicht die oben angehängte Schaltung was 
für dich. Die BE-Durchlassspannung eines Bipolartransistors ist zwar 
keine besonders genaue Schaltschwelle, aber solange der PTC deutlich 
niederohmiger ist als 500Ohm wird der npn sperren, wenn der PTC deutlich 
höherohmig ist als 500Ohm wird er leiten. Und die Zenerdiode am Ausgang 
begrenzt die Spannung für die nächste Stufe auf <=10V.

[Mathias D. (ummon)]

Das sind sehr gute Hinweise die meinen Horizont noch nicht übersteigen, 
vielen Dank Achim.
Ich habe jetzt einfach mal die entsprechenden Bauteile bestellt, Zeit 
dass ich ein bisschen praktische Erfahrung gewinne. Hoffe ja sehr dass 
die elegante Lösung mit dem Transistor klappt, der geringe Verbrauch ist 
ja wirklich sehr attraktiv an der Schaltung.