SMD- Temperaturschalter - elkoba.com · table gleitende Temperaturregelung sein, wenn es etwa gilt,...

4
Technischer Kundendienst Für Fragen und Auskünfte stehen Ihnen unsere qualifizierten technischen Mitarbeiter gerne zur Verfügung. ELV • Technischer Kundendienst • Postfach 1000 • D - 26787 Leer Reparaturservice Für Geräte, die aus ELV-Bausätzen hergestellt wurden, bieten wir unseren Kunden einen Reparaturservice an. Selbstverständlich wird Ihr Gerät so kostengünstig wie möglich instand gesetzt. Im Sinne einer schnellen Abwick- lung führen wir die Reparatur sofort durch, wenn die Reparaturkosten den halben Komplettbausatzpreis nicht überschreiten. Sollte der Defekt größer sein, erhalten Sie zunächst einen unverbindlichen Kostenvoranschlag. Bitte senden Sie Ihr Gerät an: ELV • Reparaturservice • Postfach 1000 • D - 26787 Leer ELV Elektronik AG • Postfach 1000 • D-26787 Leer Telefon 04 91/600 888 • Telefax 04 91/6008-244 Bau- und Bedienungsanleitung SMD- Temperaturschalter Best.-Nr.: 523-13 Version 1.1, Stand: Januar 2006 Entsorgungshinweis Gerät nicht im Hausmüll entsorgen! Elektronische Geräte sind entsprechend der Richtlinie über Elektro- und Elektronik- Altgeräte über die örtlichen Sammelstellen für Elektronik-Altgeräte zu entsorgen!

Transcript of SMD- Temperaturschalter - elkoba.com · table gleitende Temperaturregelung sein, wenn es etwa gilt,...

Page 1: SMD- Temperaturschalter - elkoba.com · table gleitende Temperaturregelung sein, wenn es etwa gilt, einen sonst bei jeder Umgebungstemperatur mitlaufenden (ner-venden) Netzteilventilator

1ELVjournal 1/03

Technischer Kundendienst

Für Fragen und Auskünfte stehen Ihnen unsere qualifizierten technischenMitarbeiter gerne zur Verfügung.

ELV • Technischer Kundendienst • Postfach 1000 • D - 26787 Leer

Reparaturservice

Für Geräte, die aus ELV-Bausätzen hergestellt wurden, bieten wir unserenKunden einen Reparaturservice an. Selbstverständlich wird Ihr Gerät sokostengünstig wie möglich instand gesetzt. Im Sinne einer schnellen Abwick-lung führen wir die Reparatur sofort durch, wenn die Reparaturkosten denhalben Komplettbausatzpreis nicht überschreiten. Sollte der Defekt größersein, erhalten Sie zunächst einen unverbindlichen Kostenvoranschlag. Bittesenden Sie Ihr Gerät an:ELV • Reparaturservice • Postfach 1000 • D - 26787 Leer

ELV Elektronik AG • Postfach 1000 • D-26787 LeerTelefon 04 91/600 888 • Telefax 04 91/6008-244

Bau- und Bedienungsanleitung

SMD-Temperaturschalter

Best.-Nr.: 523-13

Version 1.1,

Stand: Januar 2006

Entsorgungshinweis

Gerät nicht im Hausmüll entsorgen!Elektronische Geräte sind entsprechend der Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte über die örtlichen Sammelstellen für Elektronik-Altgeräte zu entsorgen!

Page 2: SMD- Temperaturschalter - elkoba.com · table gleitende Temperaturregelung sein, wenn es etwa gilt, einen sonst bei jeder Umgebungstemperatur mitlaufenden (ner-venden) Netzteilventilator

2 ELVjournal 1/03

Kontrollieren und reagieren

Anlässe, einen solchen temperaturge-steuerten Schalter einzusetzen, gibt es vie-le. Denn es muss nicht immer die komfor-table gleitende Temperaturregelung sein,wenn es etwa gilt, einen sonst bei jederUmgebungstemperatur mitlaufenden (ner-venden) Netzteilventilator bei normalenUmgebungstemperaturen und nicht vollerAuslastung der Leistung des Gerätes we-nigstens zeitweise abzuschalten. Oder - essollen bestimmte Klimatisierungseinrich-tungen in Haus und Garten bei Erreicheneines Temperaturgrenzwertes geschaltetwerden. Da kommen Jalousieantriebe eben-so in Betracht wie die motorisch betriebe-

ne Dachluke im Gewächshaus oder ein-fach nur das Einschalten eines kleinenLüfters. Mitunter reicht aber auch nur dieoptische Signalisierung eines erreichtenZustands, um sich informieren zu lassen.

Genauso vielseitig einsetzbar ist unserkleiner Temperaturschalter. Er erfasst Tem-peraturen sehr genau über einen NTC-Sen-sor, der sowohl direkt auf der Platine derSchaltelektronik als auch über ein Kabelabgesetzt betrieben werden kann. Damitist es auch möglich, die Temperatur direktim thermischem Kontakt, z. B. mit einemKühlkörper, zu kontrollieren.

Die kompakte Bauweise lässt auch ei-nen nachträglichen Einbau in vorhandeneGeräte zu. Dennoch sind die Platzverhält-nisse auf dem Baustein relativ großzügig,

sodass der Temperaturschalter sich auchhervorragend als SMD-Einsteigerprojekteignet.

Schaltung

In Abbildung 1 ist das Schaltbild desTemperaturschalters dargestellt. Als Tem-peratursensor kommt ein NTC-Widerstand(Abbildung 2) zum Einsatz, der an ST 5und ST 6 angeschlossen wird. Dieser Sen-sor, auch Thermistor genannt, weist einennegativen Temperatur-Koeffizienten auf,d. h. bei steigender Temperatur sinkt derWiderstandswert. Bei einer Temperatur vonz. B. 25°C nimmt der NTC einen Wider-standswert von genau 10 KΩ an. Der Kenn-linienverlauf des Sensors ist in Abbildung 3zu sehen.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Sensorsist der, dass für alle Temperaturen im Be-reich von -30 bis +110°C die Widerstands-werte des Sensors genau bekannt sind (sie-he Tabelle 1). Hierdurch ist es möglich,ohne einen aufwändigen Abgleich dieSchaltschwelle nur anhand der Daten ausdieser Tabelle einzustellen. Die genaueVorgehensweise dazu ist im Abschnitt „In-betriebnahme und Abgleich” erklärt.

Um eine von der Betriebsspannung un-abhängige Schaltschwelle zu erreichen,wird die Versorgungsspannung mit IC 1auf 5 V stabilisiert. Die Auswertung derSensorwerte erfolgt mit dem als Kompa-rator geschalteten OperationsverstärkerIC 2 A vom Typ LM358. Der Temperatur-sensor bildet mit dem Widerstand R 4einen Spannungsteiler, dessen Mittelpunktam Eingang Pin 2 von IC 2 A liegt. DieSpannung an Pin 2 ist somit abhängig vomWiderstandswert des Temperatursensors.

Der zweite Spannungsteiler, mit demman die Schaltschwelle (Spannung an Pin 3)einstellt, besteht aus den Widerständen R 5bis R 7. Damit der Komparator im Bereichdes Schaltpunktes nicht schwingt, ist einMitkoppelwiderstand vom Ausgang Pin 1zum Eingang Pin 3 geschaltet. Hierdurchwird eine Schalthysterese von ca. 1 K (Kel-vin) erreicht.

Sinkt die Spannung an Pin 2, bedingtdurch eine Temperaturerhöhung, unter denWert an Pin 3, so schaltet der Ausgang(Pin 1, IC 2 A) auf High-Pegel (5 V) und

SMD-Temperaturschalter

Technische Daten:

Spannungsversorgung: 7 V - 15 V/DCStromaufnahme: ........................ 5 mA - mit LED: ............................. 20 mAEinstellbereich: -10° C bis 100° C (Trimmer) -30° C bis 110° C (Festwiderstände)Schalthysterese: ........ ca. 1 K (Kelvin)Schaltausgang: ... max. 500 mA (O.C.)Abmessungen: ................. 38 x 25 mm

Mit dieser kleinen SMD-Schaltung ist eine Temperatur-überwachung für den Bereich von -30˚C bis 100˚C sehreinfach realisierbar. Beim Überschreiten einer vorwählbarenTemperatur wird ein Schaltausgang aktiviert.Als Temperaturaufnehmer dient ein NTC-Sensor, der beiBedarf auch abgesetzt von der Platine montiert werdenkann. So ist die Temperaturüberwachung sehr flexibel undaufgrund der geringen Größe auch nachträglich in Geräteneinsetzbar.

Bau- und Bedienungsanleitung

Page 3: SMD- Temperaturschalter - elkoba.com · table gleitende Temperaturregelung sein, wenn es etwa gilt, einen sonst bei jeder Umgebungstemperatur mitlaufenden (ner-venden) Netzteilventilator

3ELVjournal 1/03

über den Widerstand R 2 wird der Tran-sistor T 1 angesteuert. Der aktive Aus-gang wird optisch mit der LeuchtdiodeD 1 angezeigt. Mit dem Open-Collector-ausgang ST 3 und ST 4 sind externe Schalt-funktionen steuerbar. Da sich bereits eineSchutzdiode (D 2) auf der Platine befin-det, kann z. B. direkt ein Relais ange-schlossen werden.

Nachbau

Damit die Abmessungen der Platinemöglichst kompakt bleiben, sind alle Bau-teile der Schaltung, bis auf den NTC-Wider-stand, in SMD-Technik ausgeführt. Die klei-ne Platine mit den Abmessungen von nur38 x 25 mm passt bei Bedarf auch in einentsprechendes kleines Kunststoffgehäuse.

Da die Platine nur sehr geringe Abmes-sungen hat, empfiehlt es sich, diese miteinem Stück doppelseitigem Klebebandauf der Arbeitsunterlage zu fixieren. BeimVerlöten der SMD-Bauteile sollte ein Löt-kolben mit sehr schlanker Spitze verwen-det werden. Außerdem empfiehlt sich derEinsatz von SMD-Lötzinn (0,5 mm). AlsWerkzeug ist außerdem eine Pinzette mitsehr feiner Spitze erforderlich, mit der dieSMD-Bauteile gut fixiert werden können.

Die Bestückungsarbeiten sind anhandder Stückliste und des Bestückungsplans

durchzuführen. Wichtige Zusatzinforma-tionen dazu kann auch das Platinenfotoliefern.

Die SMD-Bauteile sind an der für siejeweils gekennzeichneten Stelle auf derPlatine mit einer Pinzette zu positionieren,und es ist zuerst nur ein Anschlusspin an-zulöten. Nach Kontrolle der korrekten Po-sition können die restlichen Anschlüsse,unter Zugabe von nicht zu viel Lötzinn,verlötet werden. Bei dem Elko und denHalbleitern ist wie üblich auf die korrekteEinbaulage bzw. Polung zu achten. DerPluspol des Tantalelkos C 2 ist an derStrichmarkierung erkennbar. Die Einbau-lage der beiden ICs ist durch eine abge-flachte Gehäuseseite erkennbar, die mitder Strichmarkierung im Bestückungsdruckkorrespondieren muss. Sollten die rechteng liegenden IC-Anschlüsse durch Zuga-be von etwas zuviel Lötzinn versehentlichkurzgeschlossen werden, kann man über-schüssiges Lötzinn sehr einfach mit Ent-lötlitze absaugen.

Abschließend erfolgt eine sorgfältigeSichtkontrolle auf exakte Bestückung undeventuelle Lötbrücken.

Inbetriebnahme und Abgleich

Der NTC-Widerstand kann direkt an diePlatine angelötet oder auch abgesetzt mon-tiert werden. Auf eine Polung der beidenAnschlüsse braucht man dabei nicht zuachten. Bei einer abgesetzten Montage desSensors sollten die beiden Anschlüssegegeneinander isoliert werden (Isolier-bzw. Schrumpfschlauch).

Will man Oberflächentemperaturen

Bild 1: Schaltbild des SMD-Temperaturschalters

10K

R4

100n SMD

C3 C1

100n SMD

C2

10u/16VSMD Tantal

+

ST5

ST6

100n SMD

C5

C4

100n SMD

R2 1K

R1

1K

rotSMD

D1

LL41

48

D2

ST2

ST1

ST3

ST4R9

470K

R5

10K

R3

10K

IC1

78L05A/SMD

INOUT

GND

R7 50

K

T1

BCX54

R8

IC2

1

2

3

LM358

A +

+

-

B

IC2

7

6

5

LM358

+

+

-

IC2

4

8

LM358R

61K

NTC

Schaltschwelle(Open

Collector)

+

-

-

+UB

7 V - 15 V

Ausgang

*si

ehe

Text

messen, z. B an einem Kühlkörper, soempfiehlt es sich, etwas Wärmeleitpastezu verwenden, um einen besseren thermi-schen Kontakt zu erzielen.

Als Betriebsspannung für den Tempera-turschalter ist eine Gleichspannung zwi-schen 7 V und 15 V erforderlich. Diesebraucht nicht stabilisiert zu sein, da dieStabilisierung durch IC 1 vorgenommenwird.

Die Einstellung der Schaltschwelle kannauf zwei verschiedene Arten erfolgen. Beider ersten und einfachsten Möglichkeit wirdzur Einstellung ein Multimeter benötigt.Da die Widerstandswerte des Temperatur-sensors für den gesamten Temperaturbe-reich bekannt sind, lässt sich auch die Span-nung ermitteln, die sich über dem NTC-Widerstand einstellt. Diese Spannungen(USensor) sind in der dritten Spalte der Tabel-le 1 angegeben. Mit einem Multimeterwird nun die Spannung an Pin 3 von IC 2 Agemessen und mit dem Trimmer R 7 auf

Bild 2: Temperatursensor 103AT-2

Stückliste: SMD-Temperaturschalter

Widerstände:1kΩ/SMD/1206 ................ R1, R2, R610kΩ/SMD/1206 ......................R3-R5470kΩ/SMD/1206 ..........................R9SMD-Trimmer, 50kΩ .....................R7

Kondensatoren:100nF/SMD/1206 .............. C1, C3-C510µF/16V/SMD..............................C2

Halbleiter:78L05/SMD .................................. IC1LM358/SMD ................................ IC2BCX54/SMD .................................. T1LL4148 .......................................... D2LED/SMD, rot ............................... D1

Sonstiges:Temperatursensor 103AT-2 ....... NTC

Ansicht der fertig bestückten Platinedes SMD-Temperaturschalters mitzugehörigem Bestückungsplan

031225601A

Page 4: SMD- Temperaturschalter - elkoba.com · table gleitende Temperaturregelung sein, wenn es etwa gilt, einen sonst bei jeder Umgebungstemperatur mitlaufenden (ner-venden) Netzteilventilator

4 ELVjournal 1/03

den gleichen Wert eingestellt, den man fürdie gewünschte Temperatur der Tabelle 1entnommen hat.

Wer eine stabile und sehr exakte Einstel-lung benötigt, für den empfiehlt sich diezweite Variante: Hierbei wird der Trimmer

R 7 nicht bestückt bzw. ausgelötet. Statt-dessen werden für R 6 und R 8 zwei Fest-widerstände eingebaut. Der Widerstand R 8dient als paralleler Ersatz für den Trimmer.Der Gesamtwiderstand der Reihenschal-tung aus R 6 und R 8 muss genau den

ebenfalls der Tabelle 1 zu entnehmendenWert ergeben.

Ein Beispiel: Der Schaltpunkt soll z. B.bei 65°C liegen. Der Widerstandswert be-trägt hierfür laut Tabelle 2,588 kΩ. Wirmüssen also zwei Widerstände in Reiheschalten, um auf diesen Wert zu gelangen.Hierfür geeignet wäre z. B. ein 2,2-kΩ-und ein 390-Ω-Widerstand, dessen Ge-samtwiderstand 2,59 kΩ beträgt. Für R 6wird nun ein 390-Ω- und für R 8 ein 2,2-kΩ-Widerstand eingebaut. Um die Genauig-keit noch zu erhöhen, sollten Widerständemit einer Toleranz von 1% zum Einsatzkommen. Verwendet man Widerstände ausden Reihen E 24 oder sogar E 96, kann manjede beliebige Kombination genau herstel-len.

Nach dem Abgleich kann die Platinenun an ihrem Einsatzort montiert werden.Dazu verwendet man zweckmäßigerweisedoppelseitiges Klebeband (Montageband),das, sorgfältig verarbeitet, die leichte Pla-tine sehr zuverlässig hält.

Bild 3: Kennlinienverlauf des NTC-Thermistors 103AT-2

Tabelle 1: Temperatursensor 103AT-2

031225602A

0,1k

1k

10k

100k

1000k

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Temperatur/°C

R/O

hm

Temp. (°C) RSensor (kΩ) USensor (V)-30 111,3 4,59-29 105,7 4,57-28 100,5 4,55-27 95,52 4,53-26 90,84 4,50-25 86,43 4,48-24 82,26 4,46-23 78,33 4,43-22 74,61 4,41-21 71,10 4,38-20 67,77 4,36-19 64,57 4,33-18 61,54 4,30-17 58,68 4,27-16 55,97 4,24-15 53,41 4,21-14 50,98 4,18-13 48,68 4,15-12 46,50 4,12-11 44,43 4,08-10 42,47 4,05-9 40,57 4,01-8 38,77 3,97-7 37,06 3,94-6 35,44 3,90-5 33,90 3,86-4 32,44 3,82-3 31,05 3,78-2 29,73 3,74-1 28,48 3,700 27,28 3,661 26,13 3,622 25,03 3,573 23,99 3,534 23,00 3,485 22,05 3,446 21,15 3,397 20,30 3,358 19,48 3,309 18,70 3,2610 17,96 3,2111 17,24 3,1612 16,56 3,1213 15,90 3,0714 15,28 3,0215 14,69 2,9716 14,12 2,93

Temp. (°C) RSensor (kΩ) USensor (V)17 13,58 2,8818 13,06 2,8319 12,56 2,7820 12,09 2,7421 11,63 2,6922 11,20 2,6423 10,78 2,5924 10,38 2,5525 10,00 2,5026 9,632 2,4527 9,281 2,4128 8,944 2,3629 8,622 2,3230 8,313 2,2731 8,014 2,2232 7,728 2,1833 7,454 2,1434 7,192 2,0935 6,940 2,0536 6,699 2,0137 6,467 1,9638 6,245 1,9239 6,032 1,8840 5,827 1,8441 5,629 1,8042 5,438 1,7643 5,255 1,7244 5,080 1,6845 4,911 1,6546 4,749 1,6147 4,593 1,5748 4,443 1,5449 4,299 1,5050 4,160 1,4751 4,026 1,4452 3,896 1,4053 3,771 1,3754 3,651 1,3455 3,536 1,3156 3,425 1,2857 3,318 1,2558 3,215 1,2259 3,116 1,1960 3,020 1,1661 2,927 1,1362 2,838 1,1163 2,751 1,08

Temp. (°C) RSensor (kΩ) USensor (V)64 2,668 1,0565 2,588 1,0366 2,511 1,0067 2,436 0,9868 2,364 0,9669 2,295 0,9370 2,228 0,9171 2,163 0,8972 2,100 0,8773 2,039 0,8574 1,980 0,8375 1,924 0,8176 1,869 0,7977 1,816 0,7778 1,765 0,7579 1,716 0,7380 1,668 0,7181 1,622 0,7082 1,577 0,6883 1,533 0,6684 1,492 0,6585 1,451 0,6386 1,412 0,6287 1,373 0,6088 1,336 0,5989 1,301 0,5890 1,266 0,5691 1,232 0,5592 1,200 0,5493 1,168 0,5294 1,137 0,5195 1,108 0,5096 1,079 0,4997 1,051 0,4898 1,024 0,4699 0,998 0,45100 0,973 0,44101 0,948 0,43102 0,925 0,42103 0,901 0,41104 0,879 0,40105 0,857 0,39106 0,836 0,39107 0,816 0,38108 0,796 0,37109 0,776 0,36110 0,758 0,35