Bezpieczna temperatura pracy Arduino

0

Kwestia jest następująca: robię coś w oparciu o Arduino Mega.

Ponieważ jest to projekt, który będzie zamknięty w plastikowej puszce, a następnie pojedzie w świat, muszę się zabezpieczyć przez ewentualnym przegrzaniem. W obudowie będzie Arduino, kilka przekaźników na 230V, a przede wszystkim (boję się, że on może najbardziej grzać) zasilacz impulsowy. Obudowa będzie szczelnie zamknięta, żadnego wiatraczka ani innego chłodzenia nie przewiduję, a urządzenie może pracować przez kilka godzin bez przerwy. Dlatego też chcę wsadzić do środka obudowy termometr, który będzie monitorował temperaturę i w razie stwierdzenia, że jest za wysoka - ma się odpalić alarm dźwiękowy.

I teraz pytanie właściwe - jak sądzicie, jaką temperaturę ustawić, żeby całość mogła bezpiecznie działać? Szukałem w necie, ale opinie są różne. Fajnie, jakbyśmy ustalili dwie temperatury - bezpieczną max. temperaturę pracy oraz temperaturę krytyczną, osiągnięcie której powinno skutkować wyłączeniem urządzenia.

1

ATmega do 85*C, pytanie jak pozostałe komponenty, w szczególności zasilacz.

0

No właśnie samo Mega to jedno. ale na płytce jest jeszcze parę innych modułów, do tego są przekaźniki itp. Najbardziej w tym wątku liczę na opinie wynikające z realnego doświadczenia osób, które się tym mocno zajmują, bo same tabelki produktowe można sobie znaleźć, ale nie zawsze realne użytkowanie pokrywa się z teorią. Trochę jak spalanie deklarowane przez producenta samochodu a realne wyniki osiągane w ruchu ;)

1

większość elektroniki działa do 80 - 85C, przekaźniki to do temperatury topnienia plastiku :). Elementy dyskretne mają zazwyczaj powyżej 100C. Wg mnie bezpieczna to do 70C, krytyczna powyżej 80C

1

Jeśli chciałbyś to zrobić porządnie to należało by przejrzeć noty katalogowe wszystkich komponentów użytych do budowy urządzenia, odczytać ich parametry pracy i do tego się dostosować. Po czym wykonać odpowiednie testy. Ale może to być bardzo czasochłonne więc można założyć jakąś bezpieczną temperaturę graniczną np. 70*C i wykonać odpowiednie testy czy urządzenie się nie grzeje podczas pracy. Można podczas testów nieco bardziej obciążyć zasilacz aby mieć dodatkowy margines bezpieczeństwa.

Nie wiem co to za urządzenie ale zwróć uwagę, że niektóre elementy mogą zmieniać swoje parametry pod wpływem temperatury w istotny sposób. Jest to bardzo ważne np. podczas projektowania precyzyjnych układów pomiarowych.

0

Akurat żadnych pomiarów tu nie będzie, urządzenie posiada ekranik, klawiaturę oraz kilka przekaźników, którymi steruje zgodnie z ustawieniami wprowadzonymi przez użytkownika.
Co do temperatury - zanim założyłem watek to myślałem o ok. 60 stopni do ostrzeżenia oraz 70 jako skrajną wartość, powyżej której mamy shutdown.

1

Co do temperatury - zanim założyłem watek to myślałem o ok. 60 stopni do ostrzeżenia oraz 70 jako skrajną wartość, powyżej której mamy shutdown.

To powinny być bardzo bezpieczne zakresy. Pod warunkiem, że podczas normalnej pracy temperatura nie wzrasta zbytnio. I jeszcze jedna sprawa do rozwagi, czyli temperatura otoczenia. Jeśli urządzenie będzie wystawione na zewnątrz w słonecznym miejscu to te wartości mogą okazać się zbyt małe.

1

Z reguły zasilacze generują tym więcej ciepła im bliżej pobierany prąd sięga ich limitów, więc czasem użycie zasilacza o większym zapasie mocy powoduje obniżenie jego temperatury. Policz maksymalny prąd, jaki będziesz ciągnął układem, obciąż takim prądem wybrany zasilacz i mierz temperaturę przez dłuższy czas w zamkniętej obudowie. Będziesz miał pogląd na możliwy zakres.

0

Co do pobieranej mocy - jak pisałem wcześniej, za wiele tam nie będzie: Arduino, ekranik, klawiatura oraz kilka (może uda się ograniczyć ich ilość do 2) przekaźników.

Pytanie - moc to jedna kwestia, ale jeszcze mamy temat napięcia. Arduino może być zasilane napięciem w granicy 7-12V. Jak uważasz - lepiej dać mniej czy więcej? Wychodząc z założenia, że to moc grzeje, przy większym napięciu mamy niższy amperaż - mam rację? Czyli wyższe napięcie (teoretycznie) powinno się mniej grzać. Proszę o potwierdzenie albo sprostowanie.

1

Co do zasilania to im niższe tym lepiej. Podejrzewam, że w Arduino występuje liniowy stabilizator napięcia na 5V. Więc różnica będzie wytracona jako ciepło. Więc 7V to najlepsza wartość. Możesz sprawdzić czy ten stabilizator to LDO, ale pewnie nie. W przypadku LDO napięcie można jeszcze obniżyć do np. 5.5V ale najlepiej doczytać co producent takiego stabilizatora zaleca.

0

No właśnie tutaj jest pewna rozbieżność między zaleceniami producenta a realnym życiem.

Producent deklaruje 7-12V, ale bez problemu działa na 5V. Zresztą Arduino można spokojne zasilać z USB, czyli 5V. I teraz mamy dylemat - czy dać (sprawdzone, że działa) 5V, czy trzymać się zaleceń producenta? Poza tym masz rację, że nadmiar napięcia będzie wytracany na jakimś stabilizatorze co może być lekką grzałką, ale z drugiej strony @Marooned wspomniał o temperaturze zasilacza w funkcji obciążenia i ten wątek chciałem pociągnąć.

1

To już trzeba rzucić okiem na schemat tej płytki Arduino. Podejrzewam, że zasilanie z USB "omija" stabilizator liniowy - jeśli tak to jest to najlepsza opcja. Ale to tylko moje gdybanie - schemat tej płytki jest potrzebny żeby coś więcej powiedzieć.

Co do zasilacza, to jest on impulsowy czy klasyczny (trafo+mostek+stabilizator)?

0

W temacie zasilacza - myślałem o impulsowym, takie zresztą posiadam na stanie, więc nie muszę niczego załatwiać.

A co do zasilania 5V - wprawdzie niezgodne z wytycznymi producenta, ale sprawdzone, że działa. Tylko boję się, że może być w dłuższej perspektywie problem ze stabilnością. A co do budowy samego układu - nie wiem, czy zasilanie z USB i gniazda DC idzie innym torem.

1

jeśli będziesz miał tam zasilacz porządny zasilacz z Out = 5V to nie podłączaj go do arduino pod JAPAN JACK tylko pod USB albo 5V - ominiesz niepotrzebny stabilizator. Żeby go pod USB podpiąć kup najtańszy kabel USB i zaadoptuj go do własnych potrzeb :). Tu masz zdjęcie gdzie się można podłączyć
Zasilanie arduino
i opis https://www.open-electronics.org/the-power-of-arduino-this-unknown/

0

No w sumie to na to nie wpadłem, żeby się podpiąć "od tyłu" do zasilania :D Ciekawy pomysł, poczytam o nim i na pewno rozważę :)

0

@abrakadaber: w podanym przez Ciebie linku jest taki fragment - "One has to consider that, in general, regulators do not like voltages being applied to their output, but in this particular case this situation turns out to happen even when powering Arduino from the USB port, therefore we may assume that the designers judged this problem as harmless.

Powiedz proszę - czy sam się bawiłeś już w podpinanie na dłuższy czas zasilania do pinów, czy podałeś link jako ciekawostkę, ale sam tego nie robiłeś? Jak pisałem na początku - puszka idzie w świat i nie będę miał z nią więcej styczności, więc potrzebuję zrobić to w sposób jak najmniej awaryjny. Pomijam fakt braku mostka w tym rozwiązaniu, który w razie odwrotnej polaryzacji podpiętej do gniazda zasilania może uratować sytuację, bo zakładam, że po zamknięciu obudowy nikt nie będzie tam grzebać. Ale zastanawia mnie to, o czym piszą - czyli długotrwałe podawanie zasilania na wyjście stabilizatora.

1

Mam wrażenie, że chcesz wyprodukować dla kogoś urządzenie, ale błądzisz nieco we mgle. Nie sfajcz komuś chaty :)

Jak już zostało wyjaśnione, napięcia 7-12V idą przez liniowy regulator, który różnicę wytraca na cieple, więc tego chcesz uniknąć. Jeśli masz już na pokładzie zasilacz (nie napisałeś ile daje na wyjściu), to fajnie, jakby dawał 5V byś mógł zasilić płytkę bezpośrednio, z pominięciem LDO.

Nie napisałeś na jakiej płytce bazujesz, więc ciężko coś więcej powiedzieć. Atmegi zostały zaadaptowane do wielu wariantów Arduino.

1

Podpinanie "od tyłu" niesie pewne ryzyko, ponieważ w wewnętrznej strukturze stabilizatora liniowego z serii 7805 znajduje się seria tranzystorów bipolarnych sterujących wyjściem. Zbyt duża różnica napięć (ok 7V o ile dobrze pamiętam) może spowodować przebicie złącz B-E tych tranzystorów. A do tego nie wolno dopuścić. Czasami stosuje się diodę zabezpieczającą pomiędzy wejściem a wyjściem takiego stabilizatora. Ale z całą pewnością wchodzisz w "szarą strefę". Prawdopodobnie będzie ok ale gwarancji nikt Ci nie da. Lepiej już wylutować taki stabilizator jeśli Twój zasilacz daje stabilne 5V.
Co do zabezpieczeń przed odwrotną polaryzacją, pamiętaj, że na każdej diodzie (prostowniczej, krzemowej) występuje spadek napięcia ok 0.6V - trzeba to uwzględnić.

1

@cerrato: mam kilka modułów na arduino pro mini w domu i wszystkie mam zasilane bezpośrednio z 5V i nie zauważyłem żadnych objawów.
Gdzieś też czytałem, że w nieoryginalnych płytkach montowane stabilizatory są "takiej sobie" jakości i jednak do pracy ciągłej zaleca się dostarczyć napięcie z pominięciem stabilizatora - ma to w szczególności znaczenie jeśli do arduino masz podpięte dużo rzeczy, które w sumie konsumują dużo prądu.

1

@rrowniak, ale skoro zasila "od tyłu", to 5V, a nie 7V, które mogłoby upalić płytkę.
A do zabezpieczania przed odwrotną polaryzacją stosujesz diodę Schottky’ego by mieć 0,3V spadku.

0

@rrowniak: co do spadków napięć na diodach - wiem, zresztą właśnie stąd wynika ta sugerowana wartość napięcia zasilającego min. 7V. W przypadku brania z USB albo "od tyłu" można podać już napięcie w wysokości docelowej, gdyż nie będzie dalej "obrabiane".
W temacie ewentualnego uszkodzenia stabilizatora - zakładając nawet, że takie coś by się stało, to czym to grozi? Z tego co rozumiem (aczkolwiek elektronikiem nie jestem) to wtedy napięcie "cofnie się" i będzie przebicie z wyjścia na wejście. Mam rację? Czy w takim razie w czymś to będzie przeszkadzać, jeśli nie będę chciał korzystać z gniazda zasilania?

1

Dobra lektura:

https://www.rugged-circuits.com/10-ways-to-destroy-an-arduino/
Method #8: Apply 5V External Power with Vin Load
plus
https://forum.arduino.cc/index.php?topic=271158.0

1

@Marooned o ile mnie pamięć nie myli to 7V widziałem w nocie katalogowej TI. Ale nie mam żadnej pewności jak wygląda sprawa u innych producentów. Dla pewności zabezpiecza się stabilizator dodatkową diodą pomiędzy IN i OUT. Inna sprawa, że nie są to warunki pracy do jakiej są projektowane regulatory liniowe więc liczymy, na to że albo wewnętrzna architektura pozwala na coś takiego albo zadziałają zabezpieczenia.
@cerrato nie wiem czy jest sens zastanawiać się co będzie jak tranzystor dostanie przebicia bo trudno przewidzieć skutki. A zasada jest prosta - nie wolno do takiej sytuacji dopuścić. Na Twoim miejscu podał bym na wejście 7V (o ile Twój zasilacz daje 7V) i sprawdził czy coś się grzeje. Dla przykładu, jeśli pobór prądu to 100mA wtedy moc tracona wyniesie 200 mW - musisz organoleptycznie sprawdzić, czy jest to dopuszczalna wartość. Jeśli lutowanie wchodzi w grę to wylutuj ten stabilizator i zmostkuj IN z OUT podając 5V.
Chcesz spokojnie spać - wybierz najprostsze rozwiązanie.

0

@rrowniak: Właśnie się skłaniam ku opcji "standardowej". Jak pisałem - obawiałem się przegrzewania, ale walcząc z teoretyczną możliwością nagrzewania się, mogę spowodować popalenie się elektroniki. To, co mi podesłaliście wcześniej - w zakresie podpięcia zasilania w sposób niestandardowy, na pierwszy rzut oka wydawało się ciekawe, ale po doczytaniu okazuje się, że może być niebezpieczne. Dlatego sam także doszedłem do podobnego wniosku co Ty - wsadzić 7V w stosowne gniazdo i nie kombinować, bo mogę zrobić tym więcej szkód niż pożytku. Zwłaszcza, że (co już pisałem wcześniej) urządzenie idzie w świat, więc nawet nie będę miał możliwości interwencji jakby coś się działo (co innego, jakbym robił to na użytek własny).

Dzięki chłopaki w zaangażowanie w temat :)

2

To ja pozwolę się wtrącić. Co prawda nie robiłem takiego projektu nigdy na Arduino, ale może coś jednak pomogę. Wiele już zostało powiedziane. to ja dodam po pierwsze, że referencyjne schematy Arduino dostępne są na ich stronie : https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/arduino-mega2560-schematic.pdf i nie ma co się zastanawiać tylko trzeba na schemat popatrzeć i w razie problemów porównać z zakupioną płytką. W referencyjnej płytce widać regulator LDO MC33269. Spadek napięcia z jego noty to max 1,25V Dlatego zalecane napięcie przez Jack to 7V.
Nikt nie zadał pytania ile to urządzenie ma przepracować lat/czasu. Bo jeśli nie jest problemem abyś raz na rok czy dwa wysłał nowy element to może nie potrzebnie aż tak się przejmujesz tym grzaniem.
Jeśli urządzenie ma być długowiecznie i stabilne to po pierwsze sugerowałbym jednak użycie jakiegoś radiatora. Może po pomyśl aby obudowę podzielić jakby na 2 części, gdzie jedna będzie szczelna, przegrodą będzie radiator z żeberkami, a druga natomiast będzie służyć do wymiany ciepła i mieć np. dziurkowaną obudowę. Zasilacz najlepiej żeby miał duży zapas prądowy. Proponowałbym zasilacz 12V i zasilanie przez jack -może być jakiś zasilacz z routera, który ma 1,5 - 2A. Zasilacz będzie mały i mało się grzał. Takie zasilacze przy 2A mają nie więcej niż 35-40 stopni na obudowie ( doświadczalne nie z noty), a bardzo często walają się po kątach i są w miarę długowieczne. Poza tym dużo przekaźników tanich będzie na 12V.

0

Dzięki Jurku za wpis. Wcale się nie wtrącasz, a wręcz przeciwnie - napisałeś kilka ciekawych rzeczy.

Co do schematu płytki - nie jestem elektronikiem i rozgryzanie takich rzeczy to dla mnie średnia przyjemność ;) dałbym pewnie radę, zresztą już kilka razy miałem ze schematami do czynienia, ale nie mam tak, jak ktoś, kto w tym siedzi zawodowo, że rzucę okiem i od razu wszystko widzę.

W temacie długowieczności - nie ma takiej potrzeby, jak wytrzyma 2 lata to będzie już zupełnie ok. Chodziło mi raczej o taką sytuację, w której latem będzie 35 stopni, maszynka będzie pracować kilka godzin bez przerwy i się zagotuje/spali. Jeśli to jest mało realne, to możemy uznać temat za zakończony ;)

Widzę pewną rozbieżność między tym co Ty piszesz a tym, co chłopacy pisali. Ty sugerujesz 12V, a wcześniej były głosy, że im wyższe napięcie, tym więcej będzie musiał zredukować stabilizator, żeby zejść do 5V, a co za tym idzie - będzie się mocniej grzać. No to jak w końcu, jaki zasilacz? :p

1

Tak, czym wyższe napięcie i pobierany prąd przez regulator tym więcej mocy regulator musi oddać. Zobacz sobie na notę katalogową np tutaj: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC33269-D.PDF Jest wykres oddawanej mocy względem sposobu montażu. Na zdjęciach płytek Arduino zobaczysz, że te regulatory są montowane powierzchniowo i najczęściej są w obudowie SOT223. W nocie zobaczysz, że zalecają montaż na odpowiednio dużym kawałku miedzi. Ten obszar dookoła regulatora ma rozproszyć ciepło. Przy pobieranym prądzie pewnie jednak za dużo się nie nagrzeje. Jeśli masz ochotę pobawić się w kalkulacje to zobacz coś takiego: https://elektronikab2b.pl/technika/774-liniowe-regulatory-napiecia-dobor-ukladu-do-aplikacji. Ja skupiłem się jeszcze na innym problemie. Przekaźniki dają obciążenie indukcyjne ( w końcu cewka go włącza) może to powodować szpilki napięcia, które mogą nawet ubić Ci mikrokontroler bo na 5V nie ma dodatkowych zabezpieczeń. Zobacz sobie na YT jakiś filmik typu "why use diode in relay". Pewnie jakby w google wbić coś w stylu "relay diode arduino" też będzie trochę tematów. Nie chcę Ci mącić w głowie, bo wszystko ma wady i zalety i musisz dostosować rozwiązanie do potrzeb, a ja sam akurat takiego urządzenia jak opowiadasz na Arduino nie robiłem.
--Dodane--
No i przekaźniki też jednorazowo zabiorą dużo mocy na raz na start. Potem obciążany zasilacz 5V może dawać więcej ciepła niż ten większy plus ciepło z regulatora.

0

Nie rozumiem ostatniego akapitu - tego o pobieraniu mocy przez przekaznik. My będziemy z poziomu arduino zasilać je jedynie po stronie sterowania, dając prąd na cewkę, natomiast po drugiej stronie będzie podpięte 230V, zupełnie od całego urządzenia niezależne. Sam przekaznik raczej za wiele prądu nie ciągnie, prawda?

1

Cewka pobiera dużo prądu przez krótką chwilę ( oczywiście zależy od zastosowanego modelu/producenta). Do tego pisałeś o kilku przekaźnikach. Zobacz sobie jakiej mocy przekaźników potrzebujesz i ile mocy potrzebują cewki. Jak będziesz miał zasilanie 5V i chwilowe obciążenie powodujące spadek napięcia na zasilaniu o powiedzmy 0,5V to mikro kontroler może nie pracować stabilnie a np. resetować się. I oczywiście sam zasilacz obciążony będzie się grzał. Jak masz zapas napięcia to taki chwilowy skok o 0,5V zostanie zniwelowany przez regulator napięcia. i cały układ będzie działał stabilnie.
Czym większe napięcie cewki przekaźnika tym mniejszy prąd chwilowy dla niej.
Jak zerknąłem na gotowe płytki z przekaźnikami dostępne u majfrendów to jedna cewka miała moc 0,36W. - 5 przekaźników i mamy 1,5Watt potrzebnej chwilowej mocy czyi około 300mA przy 5V
Myślę, że czas na praktykę. Multimetr w dłoń. Zrób przykładowy układ w 2 wariantach bo pewnie zasilacze o różnych wartościach znajdziesz i pomiary zarówno temperatury elementów jak i stabilność zasilania.

2

@jurek1980: Przekaźniki należy wysterować takim napięciem jakie przewiduje producent więc jeśli są to przekaźniki 5V to należy podać 5V. Jeśli 12V to 12V. I odradzam eksperymenty z innymi napięciami, szczególnie jeśli urządzenie ma być niezawodne.
Co do obciążenia jaki stawiają cewki przekaźników, jest to obciążenie o charakterze indukcyjnym więc prąd będzie narastał powoli (liniowo ściśle rzecz ujmując). Udar prądowy występuje przy obciążeniach o charakterze pojemnościowym. Jakiekolwiek chwilowe obciążenia będą niwelowane przez kondensatory elektrolityczne w sekcji zasilania jak i przez sam regulator liniowy. Natomiast szpilki napięcia występują podczas "wyłączania" przekaźnika - element indukcyjny "stara się" utrzymać prąd na tym samym poziomie więc po rozłączeniu napięcie zacznie gwałtownie rosnąć. Dioda ma za zadanie zewrzeć taki impuls aby ochronić tranzystor sterujący przekaźnikiem.
Co do samego poboru prądu to nic nie wiemy bo nie mamy schematu. Więc również polecam eksperymenty.

1 użytkowników online, w tym zalogowanych: 0, gości: 1