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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM glättn RC vs. LC


Autor: Enrico (Gast)
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Hallo,

mal wieder ein Thread zum Thema PWM. Ich will wie so viele einen lüfter 
mit elektronisch kommutiertem DC-Brushlessmotor mit 4W Leistung (12V 
0,25A) regeln. Dabei soll das PWM-Signal, welches der Lüfter zur 
Drehzahlüberwachung ausgibt erhalten bleiben. Also muss ich Highside 
regeln und kann nicht die Masse anheben.
Ich hab mir hier schon dutzende Beiträge durchgelesen. Das Ergebniss:
PWM mit > 20kHz auf einen Highside Power Switch (VN02N) und das ganze 
dann glätten.
Beim Glätten scheiden sich nun die Geister. Viele empfehlen ein RC-Glied 
zu verwenden und einige raten vehement zu LC-Gliedern.
Welche Vor- und Nachteile haben RC- bzw. LC-Glieder im Bezug auf meine 
Anwendung?

VG, Enrico

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Ein RC-Glied verheizt die Spannungsdifferenz wie ein Linearregler.

Ein LC-Glied reicht nicht, Du brauchst noch die Rücklaufdiode und dann 
bildet die PWM einen Schaltregler (Buck converter).



Peter

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>>Ich hab mir hier schon dutzende Beiträge durchgelesen. Das Ergebniss:

Falsch.


>elektronisch kommutiertem DC-Brushlessmotor

Solche Motoren können mit einer PWM nicht drehzahlgeregelt werden!

Wenn die Spannung zu klein wird, arbeitet die Kommutierungselektronik 
nicht mehr.
Wenn die Spannung groß genug ist, dann dreht der Lüfter mit 
voreingestellter, kosntanter Drehzahl..

Autor: Felix Nachname (time2ride)
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Matthias Lipinsky wrote:
> Solche Motoren können mit einer PWM nicht drehzahlgeregelt werden!
>
> Wenn die Spannung zu klein wird, arbeitet die Kommutierungselektronik
> nicht mehr.
> Wenn die Spannung groß genug ist, dann dreht der Lüfter mit
> voreingestellter, kosntanter Drehzahl..

Dann würde mich aber schon interessieren, warum die Lüfter an 5V 
langsamer laufen als an 12V...

Natürlich kann man solche Lüfter über die Spannung regeln. Z.b. mit 
einem Step-Down-Wandler (geht natürlich nicht, wenn das Drehzahlsignal 
ausgewertet werden soll).

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Dann würde mich aber schon interessieren, warum die Lüfter an 5V
>langsamer laufen als an 12V...

Ganz einfach, wie ich schon schrieb:

Wenn der noch läuft bei 5V, dann reichen diese 5V für die Elektronik. 
Aber die Spulen werden nicht mehr ordentlich bestromt. Klar, solange 
Strom durchfließt, wird der irgendwie drehen. Aber im Sinne der 
elektronischen Kommutierung ist das defintiv nicht!


>Natürlich kann man solche Lüfter über die Spannung regeln.

Nein! Du kannst ihm weniger Spannung geben, er läuft dann wohl (wie eben 
beschrieben) langsamer. Aber das ist kein regeln! Das ist steuern!

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Also ich habe bisher noch keinen Lüfter gesehen, der konstant dreht und 
dann ruckartig stehenbleibt.
Die werden bei Spannungsabfall erstmal deutlich langsamer.


Peter

Autor: Ulrich (Gast)
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Die Lüfter sind normalerweise Burshless motoren mit einem einfachen 
Halleffekt Schalter zur Steuerung. Die Gechwindigkeit richtet sich in 
einem recht großen Bereich schon nach der Spannung und nicht nach einer 
Vorgabe von der Elektronik. Man kann den Lüfter also schon über die 
Spannung Regeln, man muß dazu nur das Drehzahlsiganl auch Auswerten und 
nutzen.


Man kann halt nur so keine ganz kleinen Geschwindikeiten durch kleine 
Spannungen erreichen, weil irgedwann die Elektronik nicht mehr will. Da 
nüßte man dann doch wider zu PWM greifen, hat dann aber kein brauchbares 
Drehzahlsignal mehr.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Naja, das ist nen ganz einfacher Brushless Motor, und Brushlessmotoren 
lassen sich problemlos mit unterschiedlicher Spannung betreiben, die 
Kommutierung erfolgt genau dann, wenn der Rotor dem Feld bis auf 60° 
nahe gekommen ist. Die Geschwindigkeit bis das passiert hängt vom Strom 
und dieser eben von der Spannung ab.

Bei Brushlessreglern aus dem Modellbaubereich und eigentlich auch sonst 
überall werden Brushlessmotoren auch durch PWM Drehzahlgesteuert, also 
über die Spannung und daraus über den Strom, welche dann eben die 
Drehzahl bestimmt.

Das bezieht sich natürlich alles auf Synchronmotoren.

Autor: Enrico (Gast)
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Die rege Beteiligung freut mich, noch mehr würde mich freuen, wenn sich 
jemand zum Thema äußern würde fg oder ist mit pedas Antwort schon 
alles gesagt!? (Danke erstmal an peda)

@Lippy:

regeln / steuern das ist doch Haarspalterei, wenn nicht gar unsinn. 
Meine Intention geht bereits aus dem Betreff klar hervor, oder hälst du 
die Glättung eines PWM-Signals für sinnvoll, wenn man das vor hätte, was 
du so richtig für nicht möglich erklärt hast!?

VG, Enrico

Autor: Ich (Gast)
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Durch die PWM und nachfolgender "Glättung" hast Du im Endeffekt die 
Spannung am Motor und damit die Drehzahl verändert.

Autor: Robert Weber (rweber)
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Enrico wrote:
> regeln / steuern das ist doch Haarspalterei, wenn nicht gar unsinn.

Das ist weder Unsinn noch Haarspalterei, sondern zwei voellig 
verschiedene Dinge.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn man mit einem RC filter Glättet hat man ziehmlich viel unnötige 
Verluste. Für eine kleinen Lüfter geht das gerade noch, ist aber nicht 
schön. Wegen des kleineren Elkos wäre es da eventuell sinnvoller das 
Glätten mit einem höheren Widerstand zu machen und dann einen Transistor 
als Emitterfolger dahinter zu schalten.

Ein reiner LC Filter geht theoretisch, setzt aber vorraus das der 
Ausgang wirklich in beide richtungen Treiben kann.
Die realisterische Lösung ist eine Art LC -Filter mit einer 
Freilaufdiode und nur einen Transistor oder FET als Schaltelement für 
das PWM Signal. Wie schon oben beschrieben ist das dann einen 
Schaltregler. Wobei hier Regler wieder nicht ganz richtig ist und 
eigentlich Steller heißen müßte, weil die Regelschleife fehlt.

Autor: Enrico (Gast)
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Nach der Definition von Steuerungstechnik, bzw. Regelungstechnik laut 
Wikipedia ist das was Lippy in seinem zweiten Beitrag geschrieben hat 
Unsinn. Danach ist die reine Vorgabe eines PWM-Signals zur Veränderung 
der Drehzahl genauso ein Steuerungsvorgang, wie eine Veränderung der 
Spannung und noch lange keine Regelung.
Eine Regelung ist es erst - und wenn man genau ist nur dann - wenn die 
auf eine beliebige Weise veränderte Drehzahl auf eine beliebige Weise 
gemessen wird UND die Drehzahl abhängig von diesem Messwert erneut 
angepasst wird (es sei denn sie entspricht schon einem Sollwert).
Genau das habe ich vor, also war die Verwendung des Terminus "regeln" in 
meinem ersten Beitrag richtig, wenn auch nur intuitiv, bzw. zufällig.
Soviel zu den dialektische Feinheites.

Ich hätte lieber noch einige qualifizierte Beiträge zum eigentlichen 
Thema des Threades. :)

VG und gute Nacht, Enrico

Autor: Enrico (Gast)
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@Ulrich

Danke für die Antwort. Das Hilft mir doch weiter. So gefällt mir das :o)

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Danach ist die reine Vorgabe eines PWM-Signals zur Veränderung
>der Drehzahl genauso ein Steuerungsvorgang, wie eine Veränderung der
>Spannung und noch lange keine Regelung.

Wo habe ich geschrieben, das das eine Regelung ist?

Autor: Ich (Gast)
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Für PC-Lüfter wurde in einem Forum von einem Mitarbeiter eines 
Mainboardherstellers ein LC-Filter mit 220µH/100µF genannt.

Autor: Nico (Gast)
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So eine Pauschalaussage ist Unsinn, da die Werte für L/C stark von der 
PWM-Frequenz und zu einem Teil von der Last abhängig ist.

Autor: Ich (Gast)
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Die PWM-Frequenz bei Mainboards entspricht einem gewissen Standard. Die 
Stromaufnahme des Lüfters ist auch durch das Mainboarddesign begrenzt. 
Daher ist so eine Aussage für diesen Fall möglich. Und gewisse 
Abweichungen spielen außerdem einfach keine Rolle.

Autor: Enrico (Gast)
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@Ich

Danke für den Hinweis. Die konkreten Werte ersparen sind ein guter 
Ansatzpunkt für Tests.

@lippy

Du hast es ncht direkt gesagt. Allerdings schienst du, nachdem du meinen 
ersten Beitrag gelesen hattest, davon aus zu gehen, dass ich den Motor 
mit einem PWM-Signal betreiben will, weil ich das Wort "regeln" 
verwendet habe.
Möglicher Weise hast du aber auch etwas anderes an meinem ersten Beitrag 
falsch verstanden und ich aus deinen Beiträgen die falschen Schlüsse 
gezogen.

VG, Enrico

Autor: Enrico (Gast)
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Hab da noch eine andere Frage.

Wenn ich dem ganzen neben der Diode noch eine weitere Spule und einen 
weiteren Kondensator spendiere, dann hab ich ja einen SEPIC und kann den 
einigermaßen trägen Leistungsschalter gegen einen normalen FET wie z.B. 
den IRLZ34N austauschen. Das würde mir höhere Frequenzbereiche eröffnen 
und das RDSon ist wesentlich kleiner. Ich käme aber trotzdem mit 12V 
Versorgungsspannung leicht auf 12V am Ausgang. Die Ausgangspaanung 
müsste dann sogar begrenzt werden, damit ich mir mit einem zu hohe 
Duty-Cycle nicht den Lüfter zerschieße.
Da kann ich doch einfach eine Z-Diode parallel zum Lüfter schalten und 
habe gleich noch eine Freilaufdiode gratis, oder!?
Hat jemand "Einwände"?

VG, Enrico

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