Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM mit Mosfet, nur wenig Erfolg


von Max S. (alfredtorch)


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Hallo,

Ich benutze ein Teensy um mir eine PWM mit Hilfe von einem IRLML2502 zu 
modulieren und damit einen gängigen 12V PC Lüfter anzusteuern.

Bis jetzt brachte ich es nur an einem 80mm Lüfter fertig die 
Geschwindigkeit, nur gering, zusteuern in Abhängigkeit vom PWM Signal. 
Bei kleiner PWM (< 40%, 488Hz) kriege ich das Ding nur mit einem 
parallel zum Lüfter geschaltem Elektrolyt (>100uF 25V) ans Laufen. Ich 
bin mir im Klaren, dass der Kondensator die PWM erheblich beeinflusst, 
rsp. ausser Funktion stellt. Siehe Bitscop Bild (Eingang : Va PWM,Vb 12 
Vorsorgungsspannung)

Der kleinere Lüfter 40mm 12V geht nur bei hoher PWM an.

In meinem jetzigen Entwurf habe ich keine Freilaufdiode eingebaut. Jetzt 
denke ich mir aber es wäre eine gute Vorkehrung gewesen. Diese 
Überlegung werde ich heute nachmittag noch testen. Könnten auch 
Pull-Down.- und Vorschaltwiederstände für den MCU, Hilfe erzielen?

Kann man davon ausgehen dass ein Elektrolyt-Kondensator wie bei Polulu 
im Artikel Understanding Destructive LC Voltage Spikes beschrieben, 
fast immer eine gute Idee ist? Ist es eine vernünftige Idee die 
Signalleitung vom Lüfter mit einer passenden Zenerdiode & 
Vorstandwiderstand zu schützen, da der angeschlossene 4051-Multiplexer 
nicht einwandfrei funktioniert?

Der Tantalkondensator von 0,47uF-16V der dem LM3940 (3,3V LDO 
Spannungsregler) die 5V Versorgungspannung puffert ist während einem 
dieser PWM Test (Ursache ?) zerstört (rot glühend) worden.  Die 
Versorgungsleitung (12V) des Lüfters ist nur 2-3mm entfernt von dem 
Tantal. Ich dachte mir die induktive Ströme könnte die Übeltäter sein.

Vielen Dank für Hilfe und Bemerkungen

: Verschoben durch Admin
von MainframeOS X (Gast)


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Wie ist denn die Strom Aufnahme vom Lüfter? Spannung am LDO Messen und 
schauen wie sie sich verhält!
Hast du schon höhere Frequenzen benutzt?

Das mit dem Kondensator ist logisch, du glättest ja den PWM etwas!

von Malte S. (maltest)


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Was macht denn R1-FAN5 (5?) da? 10k in der Versorgung des Lüfters? Die 
Verwendung des MOSFET-Symbols für selbigen wäre übrigens dem Schaltplan 
nicht abträglich gewesen!
Wie ist das Gate des MOSFETS extern beschaltet? Was passiert dort, wenn 
der Teensy nicht angeschlossen / nicht aktiv ist? Würde da einen 
Pull-Down empfehlen.

Ist der Tantal-Elko evtl. verpolt? Beachte die umgekehrte Kennzeichnung 
im Vergleich zu anderen Elkos.

von MaWin (Gast)


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Was bitte soll denn R1-FAN5 mit 10k in der Zuleitung der 12V zum Lüfter?

Wie glaubst du, das Tachosignal mit pull up an 5V auswerten zu können 
wenn deine PWM dem Lüfter die Masseverbindung kappt ?

Warum überhaupt pull up an 5V wenn den Teensy uC dem Spannungsregler 
nach zu urteilen mit 3.3V läuft?

Klar braucht der Lüfter eine Freilaufdiode und natürlich darf kein Elko 
parallel. Lüfter mit Elkos sind nicht direkt per PWM regelbar.

Du solltest also +12V mit einem high side switch oder PMOSFET 
unterbrechen damit dein Tachsignal mit pull up an 3.3V noch ankommt. 
Verträgt dein Lüfter keine PWM musst du die zerhackten +12V mit 
Freilaufdiode, Spule und Elko glätten (ungeregelter step down Buck 
Schaltwandler) bei (wegen akzeptabler Spulengrösse) weit höherer PWM 
Frequenz (>10kHz).

von Max S. (alfredtorch)


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Strom:
Anfangs, mit einem Nidec 80 mm Lüfter blockierte dieser (bei 0,4a Strom) 
bei kleiner PWM, erst bei hoher PWM wurde sein Arbeitspunkt erreicht 
(0,09 a). Dieses Problem habe ich nicht mehr mit den 2 erwähnten Lüftern 
wo der Strom niedrig bleibt bei kleiner sowie hoher PWM, 0,05-0,14A.

Pull-Down:
Genau, wie erwähnt werde ich dort einen Pull-Down einbauen. Bei Upload 
vom Programm (floating ?), läuft der Lüfter hoch.
Zudem, ein Gatewiederstand verwenden, da jetzt Fan-3-Gate sofort an den 
MCU angeschlossen ist.

R1:
Mein Fehler: falsch beschriebenes Bauteil, ist nur ein 0ohm SMD Jumper 
um die 5V Leitung zu überbrücken (diy pcb)

Tantal:
Absolut, wie dumm! Ich hab die verdrehte Polung nicht beachtet.

Schaltplan:
Stimme, würde gerne ist halt meine erster Zeichnungsversuch.

Frequenz:
Heute nachmittag auf dem Program.

Vielen Dank für die Hilfen und Ideen!

: Bearbeitet durch User
von Max S. (alfredtorch)


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Die P-Channel Idee hab ich sofort umgesetzt mit Freilaufdiode, 
Widerstände. Vielen Dank! Sind die Werte für Pull-up und Vorstand ok?

Das Tachosignal wird per 4051 an den Teensy übergeben, der ja 5V am 
Eingang verträgt. Die 3,3V dienen nur für einen ESP8266.

Ich werde dann nur die 12, 5 Versorgungspannung sofort am 
Platineneingang pufferen mit einem Elektrolytkondensator 100-470uF. Wäre 
das eine gute generelle Vorsichtsmassnahme?

von Michael B. (laberkopp)


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Max S. schrieb:
> Die P-Channel Idee hab ich sofort umgesetzt

Bitte vorher Grundlagen lesen.

SO geht es sicher nicht.

von Max S. (alfredtorch)


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So ist es natürlich besser!

von Malte S. (maltest)


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Pull-Up am Gate des PMOS muss nach 12 V gehen. Gate-Widerstand ist viel 
zu hoch. Dann funktioniert es trotzdem nicht, weil du an FAN3-G +12 V 
brauchst, um den FET zu sperren und ein dazu negatives Potential, um ihn 
zu öffnen.

von Bernd (Gast)


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Jetzt ist zwar der P-Mosfet richtig rum, der wird aber nie sperren, da 
die Gatespannung immer unter der Source Spannung liegt.

von Max S. (alfredtorch)


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Da es sich um ein P-LogL Mosfet handelt  (-12V, 4.3A), dürfte doch ein 
Pull-Up Widerstand reichen da es ja mit Logik Level schaltet?

Welche Werte sollte der Widerstand haben (Gate & Pull-Up)?

von Malte S. (maltest)


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Max S. schrieb:
> Da es sich um ein P-LogL Mosfet handelt  (-12V, 4.3A), dürfte doch ein
> Pull-Up Widerstand reichen da es ja mit Logik Level schaltet?

Mit Logic Level gegenüber den +12 V. Du versuchst aber, den mit 0 - 5 V 
anzusteuern, also -12 - -7 V zwischen Gate und Source.

Max S. schrieb:
> Welche Werte sollte der Widerstand haben (Gate & Pull-Up)?

Pull-Up sind die 10 k schon i.O., am Gate gerade genug, um den Strom 
beim Umladen zu begrenzen, aber niedrig genug, um den MOSFET schnell zu 
schalten. z.B. 10 Ohm oder auch 47. Hängt von der Gatekapazität, der 
PWM-Frequenz und der Leistung deines Treibers ab (denn ohne den wirst du 
den FET eh nicht direkt ansteuern können, siehe oben).

von MaWin (Gast)


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Max S. schrieb:
> So ist es natürlich besser!

Nein. Grundlagen Kinders, Grundlagen.


    +12V        +12V
     |           |
     1k          |
     |           |S
     +----------|I  PMOSFET IRF4905
     |           |
uC--|I IRLML2502 +--|<|--+  BA157
     |S          |       |
    GND       Lüfter     |
                 |       |
                GND     GND

von Max S. (alfredtorch)


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Ok,

Mit meinen verfügbaren Bauteilen, könnte ich dies mit Hilfe von einem
IRLML2502 Logik N-Channel am Teensy der einen IRLML2244 P-Channel für 
den Lüfter, erreichen. Ist das richtig so, wie im Schaltplan 
eingezeichnet?

Für die Freilaufdiode steht mir leider keine BA157 zu verfügen. Ich 
hatte hier im Forum etwas über die 1N4148W gefunden.

Ich hab noch 1N4001, 1N4004, 1N5818, sind die besser geeignet?

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Der IRLML2244 hält nur 12V UGS aus, und du hast 12V. Das ist so knapp an 
der Grenze, daß es untauglich ist.
Du brauchst einen normalen P-Kanal MOSFET mit +/-20V UGS, der bei 10V 
sicher einschaltet (ob er auch schon bei 4.5V sicher einschaltet ist 
egal).
Die 1N4148 als Freilaufiode ist zwar schnell genug, hält offiziell aber 
nur 100mA aus (manche Hersteller erlauben 200mA). Keine Ahnung, welchen 
Strombedarf dein Lüfter hat.

von Max S. (alfredtorch)


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Ich bin gerade dran alles umzuzeichnen, wegen Platzmangels frage ich 
mich op es überhaupt so nützlich ist eine Mosfetschaltung zu verwenden, 
wäre ein BC 808-40 als PNP-Transistorlösung auch passend (25V 1A 0,25W)?

: Bearbeitet durch User
von Bernd K. (Gast)


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Mal zur PWM Frequenz, brauchen die strd PC Luefter keine 20kHz um zu 
laufen? Ich meine das war so...


mfg

von Michael B. (laberkopp)


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Bernd K. schrieb:
> Mal zur PWM Frequenz, brauchen die strd PC Luefter keine 20kHz um zu
> laufen? Ich meine das war so...

Am PWM Logik-Eingang.

Standardlüfter haben keinen PWM Logik-Eingang.

Bei ihnen wird die Versorgungsspannung ein- und ausgeschaltet.

Das funktioniert bei konventionellen Elektromotoren ganz gut bei 
niedriger Frequenz (10-500Hz), bei elkogepufferten elektronisch 
kommutierten BLDC Motoren eher nicht.

Deswegen könnte man das PWM durch eine Spule und Elko (LC-Glied) 
filtern, dann bekommt der Lüfter nur noch verringerte Gleichspannung. 
Dafür wäre ein hohe PWM Frequenz wieder gut.

von Bernd K. (Gast)


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Max S. schrieb:
> 12V PC Lüfter

TO spricht von PC Luefter...

von Malte S. (maltest)


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Bernd K. schrieb:
> TO spricht von PC Luefter...

Hat aber einen dreipoligen.

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