Lüftersteuerung; PWM 0-5V auf 0-12V; LC-Glättung

[grml]

Hallo,

komsiche überschrift, ich weiß aber ich wusste nicht genau was ich nehmen soll^^
Ich will mir eine Lüftersteuerung baun (per USB mit nem PIC). Hab auch schon alles nur die Analogtechnik macht mir gerade ein wenig Ärger.
Die Schaltung ist so aufgebaut wie auf dem Bild. Ich hatte allerdings nur einen IRF9Z24N zur Verfügung.

Jetzt habe ich mehrere Probleme:

1)
Die fallende Flanke nach R3 ist viel zu langsam. Auf dem Oszi(bild1) sieht man das es ca. 2,5us sind. Bei ner Periode von ca. 22us ist das sehr schlecht, da der Ausgang dann viel zu früh auf 12V geht.
2)
Das Ausgangssignal is relativ bescheiden wie ihr auf den restlichen beiden Bildern seht. Je mit 50% und 100% Tastverhältniss.
Problem ist ich kenn mich mit LC auslegung relativ schlecht aus. Das waren Werte die ich aus spielen in Spice genommen habe.
Als Spule hatte ich auch keine da und habe mir eine mit ca. 370uF selber gewickelt.

Ich benötige aber ein relativ sauberes Ausgangssignal, da der Hall-Sensor im lüfter sonst keine anständigen Signale liefert und ich die Drehzahl nicht auslesen kann.

Könntet ihr mir nen tipp geben?
Zu 1) könnte man mit ner Schottky zwischen Basis und Kollektor nachhelfen. Laut Spice bringt das ca. 50% aber das sind mir immernoch etwas zu viel. Real austesten kann ichs leider nicht, da ich keine Diode zur Verfügung habe. Müsst ich die Tage mal zum blauen C laufen die ham ne BAT 43 habich gesehen.
Viel wichtiger wäre für mich aber ein sauberes Ausgangssignal und da bin ich gerade etwas überfordert. Oder würde so eine Spule schon besserung bringen?
http://www.reichelt.de/Power-Induktivitaeten-SMD/L-PISR-330-/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=73073;GROUPID=37 09;artnr=L-PISR+330%C2%B5;SID=13TjR3DH8AAAIAAGnTfac87ca62e674 fdcfbb05d6345c4db4fa9e

MfG
Nico

[021aet04]

So richtig kenne ich mich da auch nicht, statt der Kombination R1, R4 und Q1 wäre es besser wenn du eine Push-Pull Stufe verwendest (z.B. http://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber). Der Fet schaltet dadurch schneller durch. Ansosnsten sollte es aber so passen. Ob die Werte passen weiß ich jedoch nicht. Du solltest als Elko jedoch "Low ESR" Typen verwenden, da die höhere Frequenzen vertragen.

MfG Hannes

[Besserwessi]

Die Verzögerung beim Transistor ist einfach die Sättigung des Transistors. Eine Gegenmaßnahme wäre die schon erwähnte Schottky-diode. Ein andere wäre ein kleiner Kondensator parallel zu R2, und ggf. noch ein kleinerer Widerstand (z.B. 22 Ohm) dazu, um den Strom zu begrenzen. Im realen Aufbau reicht der Ausgangswiderstand des IO Pins.

Die Werte von R1 und R4 sehen sehr Vorsichtig ausgelegt aus. ICh würde dem FET etwas mehr Gate Spannung (z.B: 6 V) gönnen, also etwa den Gleichen Wert für R1 und R4.

Die Störungen für den Ausgang sehen noch gar nicht so stark aus. Für die Störungen ist neben den Bauteilen auch das Layout wichtig. Kritisch ist da der Kreis aus FET, der Diode und dem noch nicht im Plan gezeigten Kondensator (+ggf. Elko) an der 12 V Eingangsspannung. Dieser Stromkreis soll ein kleine Fläche haben. Auch sollte die Verbindung Diode - Kondensator in der GND Leitung nicht mit einer anderen Leitung geteilt werden. Also eher den GND Anschluss des Kondensators als Massepunkt ausführen, und dahin die Verbindungen machen. Bei den 470 µF am Ausgang lohnt sich ggf. auch ein low ESR Elko (ggf. auch kleiner) und paralleler Keramischer Kondensator. Für noch deutlich weniger Störungen hilft dann ein zusätzlicher LC Filter. Die Induktivität darf dabei auch etwas kleiner sein, und der Elko sollte low ESR sein.

[Klebwax]

Die Werte von R1 und R4 sehen sehr Vorsichtig ausgelegt aus. ICh würde dem FET etwas mehr Gate Spannung (z.B: 6 V) gönnen, also etwa den Gleichen Wert für R1 und R4.

6 V sind immer noch zu wenig, da sollten 10V oder mehr sein. Der FET muß hart geschaltet werden. Also R4 zu Null machen. Wie man sehen kann, funktioniert das Abschalten ganz gut, R1 könnte also etwas größer sein

MfG Klebwax

[grml]

Hab mir schon gedacht das der Aufbau eventuell mit reinspielt. Ich werd anscheinend nicht drumrumkommen nen paar sachen zu bestellen. Is immer ärgerlich wegen den Versandkosten^^

Nen Kondensator über R2 hat jetzt in Spice nix gebracht. Werd aber an der FH dann mal diverse ranhalten und schaun was passiert. Der FET funktioniert eigentlich ziemlich gut. Hab jetzt kein Bild aber der schaltet sauber. Warum am Spannungsteiler rumdrehen? Laut Datenblatt kann der bei 6V genug liefern. Sollte vll dazusagen, das so nen Lüfter maximal 250mA zieht. Maximal auslegen wollte ich die ganze Sache auf 1A.

Was ich auch nicht ganz nachvollziehen kann ist warum ich einen Kondensator an der 12V Leitung brauch.
Würde dann folgende Sachen bestellen:
http://www.reichelt.de/BA-BAY-BB-Dioden/BAT-42/3/index.html?;ACTION=3;LA=446;ARTICLE=4850;GROUPID=2 988;artnr=BAT+42;SID=13TjR3DH8AAAIAAGnTfac87ca62e6 74fdcfbb05d6345c4db4fa9e
http://www.reichelt.de/Fest-Induktivitaeten-radial/L-11P-220-/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=72995;GROUPID=31 80;artnr=L-11P+220%C2%B5;SID=13TjR3DH8AAAIAAGnTfac87ca62e674f dcfbb05d6345c4db4fa9e
http://www.reichelt.de/Elkos-radial-105-C-1000-5000h/RAD-FC-470-16/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=84668;GROUPID=40 00;artnr=RAD+FC+470%2F16;SID=13TjR3DH8AAAIAAGnTfac 87ca62e674fdcfbb05d6345c4db4fa9e

Sonst noch irgendwas?

[Besserwessi]

Der Strom auf der Eingangsseite ist durch den MOSFET zerhackt - ohne Kondensator gibt das mindestens Funkstörungen von den Zuleitungen, und ggf. auch Störungen am Ausgangssignal. Nur ein Elko reicht da auch noch nicht. Zur Entstörung ist da ein Kondensator (z.B. 100 nF Keramik) schon fast Pflicht - besser sogar 2 Stück: einer dicht am FET, und einer da wo die Stromversorgung (Kabel) auf die Platine kommt.

Der Kondensator an R2 sollte schon etwas bringen. Bei der Simulation ggf. mal einen anderen Transistor probieren - vielleicht ist da das Modell besser. Es hängt vom MOSFET ab wie viel Spannung man wirklich braucht - je nach Exemplar kann man auch Glück haben, und es geht mit weniger Spannung.

Die Induktivität ist ggf. von der Strombelastbarkeit knapp - 700 mA als Maximalwert reichen für rund 400-500 mA Ausgangsstrom. Für den LC Filter hinter der jetzigen Schaltung ist der Widerstand eventuell störend, und die Induktivität größer als nötig. Bei den Elkos ist die Spannungsfestigkeit mit 16 V recht knapp - die 25 V Version hätte vermutlich auch weniger ESR. Statt 470 µF wäre auch eher 2-3 mal 100 µF geeigneter.

[grml]

Ich wollte halt so wenig Bauteile wie möglich, so viel wie nötig nehmen. Ich benötige die ganze Sache 5mal, damit ich bis zu 5 Lüfter steuern kann.
Im Moment ist alles noch recht provisorisch auf Lochrraster. Später will ich das Ganze dann auf ne Platine äzen.

Das mit den Kondensatoren am FET und an R2 probier ich nächste woche mal aus.

wie groß würdest du die Induktivität machen? Wie gesagt da hab ich kaum Erfahrung. Ich geh gerade nur nach Spice und wenn ich die Induktivität zu klein mach bekomm ich ziemlich komsiche Spannungswerte am Ausgang.
Ich würde dann vll diese nehmen
http://www.reichelt.de/Power-Induktivitaeten-SMD/L-PIS4720-100-/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=73174;GROUPID=37 09;artnr=L-PIS4720+100%C2%B5;SID=13TjR3DH8AAAIAAGnTfac87ca62e 674fdcfbb05d6345c4db4fa9e
Und mit dem Elko haste auch recht. Nehm ich auch die 25V version.

R5 hinten ist nur zur belastung der Schaltung da, damit ich auch was Simulieren kann. In Wirklichkeit hängt da der Lüfter dran. Hab ich auch vergessen zu erwähnen^^

Und warum sind 2-3 Elkos besser als einer?

[grml]

So ich hab jetzt nochmal rumgespielt. R1=270 und R2=560. damit bekomm ich kein Überschwingen wenn ich mit der Spannung hoch geh, wie vorher.
L waruem 550uH. Wenn ich mit der Induktivität runtergehe, bekomm ich bei niedrigen Tastverhältnissen nen fieses schwingen vor der steigenden Flanke. Deswegen hab ich so viel H.

Was mich jetzt etwas iritiert ist das Ausgangssignal:
Auf dem ersten Bild ist C=470uF. Auf dem Zweiten hab ich dann nochmal 470uF parallel dazu.
Es hängen zwei Lüfter dran mit zusammen 0,4A. Tastverhältniss 100%. Bei niedrigeren Tastverhältnissen wirds besser aber nicht schlimmer.

Der größere Kondensator bringt also schonmal was. Aber das was ich nicht ganz verstehe sind die letzten beiden Bilder. Das sind die beiden Lüfter, jeweils aber einzeln am der Steuerung. Warum sieht das Ausgangssignal so verschieden aus? Das erklärt dann auch das komische Ausgangssignal auf dem ersten Bild.

Ich weiß das muss irgendwie damit zusammenhänhe das der Motor als Induktivität funktioniert aber ich mag Induktivitäten nicht sonderlich und kann mir das nicht wirklich erklären, und vor allem habe ich keine idee wie ich das verbessern könnte.
Die 150mV ripple sind nicht allzu schlimm. Vor allem weil ich normal nur einen Lüfter dran hab mit 50-70mV ripple. Je nach Tastverhältniss.

Noch jemand nen Vorschlag?
Achja R2 habich auf 1k, kein kondensator drüber, der hat nix gebracht, aber die BAT85 habich drin und die bringt einiges.

[Besserwessi]

Die meisten Lüfter am PC sind elektronisch kommutierte Motoren, da braucht man den Elko schon. Der Motor ist dann auch keine Induktive Last mehr. Die Störungen auf dem 3. und 4. Bild könnten auch vom Motor kommen, die Frequenz passt eher zum Motor als zu der Steuerung. Die Störungen sehen von der Amplitude nicht so schlimm aus, wenn da nicht noch ein 1:10 Tastkopf vor hängt.

Für ein schnelleres Schalten lieber R2 etwas größer (z.B. 10 K) machen, dann bringt ggf. auch der Kondensator parallel (z.B. 470 pF) etwas. Der Transistor geht dann nicht so sehr in die Sättigung.