Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IC-gesteuerte Spannungsquelle gesucht


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von Bastian S. (bastian_s)


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Hallo liebe Community,

ich habe leider ein Problem, bei dem ihr mir helfen könnt.
Die Ausgangslage ist folgende:
Für meine Heizung musste eine neue Regelung her, welche den Lüfter 
temperaturabhängig regelt. Sie funktioniert auch hervorragend, 
allerdings habe ich noch keine praktikable Möglichkeit gefunden, wie der 
Microcontroller (Arduino Mega 2560) die Drehzahl vernünftig regelt.

Bisher hat der ATmega einen IRFZ44N per PWM angesteuert, was aber 
äussert unbefriedigend lief. Das Problem war, dass der MOSFET bereits 
bei ~40 % PWM Signal voll durchgesteuert war und im regelbaren Bereich 
die Spannung nicht linear anstieg. Ausserdem hat der Lüfter 
Zusatzfunktionen wie Sanftanlauf und Unterspannungsschutz, welche bei 
geringen Solldrehzahlen sich bockig stellten(der Mosfet verhält sich ja 
im Grunde genommen wie ein Ohmscher Widerstand = Lüfter fährt langsam an 
-> Spannung sinkt -> Unterspannungsschutz greift ein -> Lüfter schaltet 
ab und fährt dann langsam wieder an -> das ganze Spiel von vorn)

Aufgrund dieser Umstände bräuchte ich eine stabilisierte Spannung, die 
per IC verstellbar ist. Linearregler fallen von vornherein aus, da der 
Lüfter knapp 2A bei 30V zieht (Stichwort Verlustleistung). Also ein 
Schaltregler. Ich habe mir einen LM2676-Adj bestellt und die Schaltungs 
nach dem Beispiel im Datenblatt aufgebaut (gleiche Werte). Er 
funktioniert nur nicht wie angedacht. Entweder gibt er keine oder die 
volle Spannung aus. Mit einem Schaltregler fühle ich mich auch nicht 
sonderlich wohl, da Schaltregler hinter Schaltnetzteil meiner Meinung 
nach ungünstig sind. EMV ist auch so ein Problem.

Nun suche ich nach einer schönen Lösung für das Ganze.
Ich hoffe ihr könnt mir helfen.

von oszi40 (Gast)


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Bastian S. schrieb:
> Das Problem war, dass der MOSFET bereits
> bei ~40 % PWM Signal voll durchgesteuert

Bisherige Schaltung? Oszillogramm?

von Bastian S. (bastian_s)


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Den 1K-Widerstand habe ich auch mal weggelassen oder im Wert verändert, 
es zeigte sich keine Veränderung. Zwischen IC und Mosfet liegen baulich 
bedingt ca. 40cm.

Mit einem Oszillogramm als Bild kann ich leider grad nicht dienen. Ich 
müsste erst alles anschließen und ein Bild machen, das tue ich mir heut 
Abend nicht mehr an.

von MaWin (Gast)


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Bastian S. schrieb:
> Bisher hat der ATmega einen IRFZ44N per PWM angesteuert, was aber
> äussert unbefriedigend lief. Das Problem war, dass der MOSFET bereits
> bei ~40 % PWM Signal voll durchgesteuert war und im regelbaren Bereich
> die Spannung nicht linear anstieg.

Häh ?

Der MOSFET sollte immer voll durchgesteuert werden, sonst brennt er ab.

Er schaltet die PWM an den Motor, der mit seiner Trägheit aus der PWM 
eine mittlere Geschwindigkeit macht.

Aber OB der Motor das überhaupt kann, oder als 
Wechselstromsynchron/asynchronmotor gar nicht PWM tauglich ist, kann man 
aus deiner Beschreibung lediglich des Unwichtigen nicht erkennen.

von Bastian S. (bastian_s)


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Das mit dem "voll durchgesteuert" habe ich wohl etwas ungenau 
geschrieben. Ich meinte, das dann bereits die volle Spannung am Motor 
anliegt.

Ich nehme einfach mal an, das er PWM-tauglich ist, da er auch einen 
Anschluss dafür besitzt. Allerdings ist dieser defekt und intern nach 
Masse kurzgeschlossen.

Was möchtest du denn über diesen Motor wissen? Es ist ein BLDC Motor von 
EBM-Papst. Die Leistung habe ich bereits im Anfangspost geschrieben. Die 
Spannung beträgt 7-30 Volt.

von Hurra (Gast)


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Dass man einen BLCD-Motor elektronisch kommutieren muss, ist klar?
Du musst eine Art Frequenzumrichter bauen, das ist eine Art 
Synchronmoator, der läuft mit einer Art Drehstrom, nicht DC.

von Manfred (Gast)


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Hurra schrieb:
> Dass man einen BLCD-Motor elektronisch kommutieren muss, ist klar?
> Du musst eine Art Frequenzumrichter bauen, das ist eine Art
> Synchronmoator, der läuft mit einer Art Drehstrom, nicht DC.
Ja, draußen ist es dunkel und naß, keine gute Witterung mehr für Deinen 
Sandkasten.

Alle mir bekannten Lüfter haben die Kommutierung eingebaut und laufen 
mit Gleichstrom, was immer das "DC" am Ende der Abkürzung bedeuten mag.

Bastian schrieb "defekter PWM-Eingang", ein eindeutiges Indiz für eine 
eingebaute Elektronik.

Bastian S. schrieb:
> -> Spannung sinkt -> Unterspannungsschutz greift ein -> Lüfter schaltet
> ab und fährt dann langsam wieder an -> das ganze Spiel von vorn)
Ich glaube, Du wirst es nicht anders können und der Motor nur einen sehr 
schmalen Bereich haben, der sich durch die Betriebsspannung stellen 
lässt.

Baue Dir einen simplen Längsregler auf oder setze verschiedene 
Vorwiderstände dran, um erstmal zu testen, ob weitere Aktionen überhaupt 
sinnvoll sind.

von Bastian S. (bastian_s)


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Die Elektronik ist bereits im Motorgehäuse verbaut. Man muss nur 
Gleichspannung anlegen und er läuft los. Mit einem Labornetzteil lässt 
sich die Drehzahl wunderbar regeln.

Ich habe eben auch mal einen IRLZ34N ausprobiert, da der IRFZ44 ja kein 
Logic-Level ist, aber dann wird die volle Spannung bei noch geringerem 
Signal erreicht.

Edit: @Manfred
Mit dem dem geregelten Netzteil lässt sich die Drehzahl nahezu linear 
von 5-20V variieren.

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Bastian S. schrieb:
> Mit dem dem geregelten Netzteil lässt sich die Drehzahl nahezu linear
> von 5-20V variieren.

Schaue mal, ob Du am LM2676-Adj den Widerstand von FB nach GND durch ein 
elektronisches Poti ersetzen kannst. Von Spannung und Massebezug her 
sollte das gehen, musst aber mal rechnen, wie das Teilerverhältnis wird.

von Minimalist (Gast)


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Mit welcher PWM Frequenz arbeitest du? Power Fets haben eine nicht 
vernachlässigbare Gate-Kapazität. Mal ganz grober Daumen: 10nF 
Gate-Kapazität, 10VGS, 250R Gatewiderstand macht schon eine 
Zeitkonstante von 2.5us. Wenn du Pech hast schaltet der Fet erst nach 
ein Paar us voll durch. Klingt nach wenig, heißt aber das z.B. bei 
200kHz PWM Frequenz der Fet nur im Linearbetrieb ist. Dann steuerst du 
tatsächlich das Gate mit PWM.
Das darf nicht passieren.

von Bastian S. (bastian_s)


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@Manfred:
Statt des Potis habe ich einen Optokoppler genommen. Zumindest in der 
Simulation hat es ganz gut funktioniert. Bis jetzt habe ich den 
Schaltregler noch nicht einmal mit einer Spannung zum laufen bekommen. 
Laut Datenblatt sollte er so regeln, das am FB Pin ca. 1,2V anliegen. 
Bei mir fällt sie allerdings bis auf 0,8V, ohne das etwas passiert.

@Minimalist:
PWM-Frequenz ist 1 kHz. Laut Oszillograph auch schön steile Flanken am 
Gate.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Bastian S. schrieb:
> Das mit dem "voll durchgesteuert" habe ich wohl etwas ungenau
> geschrieben. Ich meinte, das dann bereits die volle Spannung am Motor
> anliegt.

Das ist genauso Unsinn wie deine ursprüngliche Aussage. Und natürlich 
ist die Spannung über dem Motor auch vollkommen egal, wenn es doch am 
Ende die Drehzahl ist, die geregelt werden soll.

> Ich nehme einfach mal an, das er PWM-tauglich ist, da er auch einen
> Anschluss dafür besitzt.

So. Du nimmst an. Gehts nicht genauer? Hat der Lüfter kein Datenblatt?

> Allerdings ist dieser defekt und intern nach Masse kurzgeschlossen.

Das glaube ich nun schon gar nicht.

Aber wenn der Lüfter einen PWM-Steuereingang hat, dann ist das genau der 
richtige Weg, seine Drehzahl zu steuern.

von Bastian S. (bastian_s)


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Axel S. schrieb:
> Bastian S. schrieb:
>> Das mit dem "voll durchgesteuert" habe ich wohl etwas ungenau
>> geschrieben. Ich meinte, das dann bereits die volle Spannung am Motor
>> anliegt.
>
> Das ist genauso Unsinn wie deine ursprüngliche Aussage. Und natürlich
> ist die Spannung über dem Motor auch vollkommen egal, wenn es doch am
> Ende die Drehzahl ist, die geregelt werden soll.

Die Drehzahl wird bei diesem Motor nunmal über die Spannung gesteuert, 
was soll daran also Unsinn sein.

>> Ich nehme einfach mal an, das er PWM-tauglich ist, da er auch einen
>> Anschluss dafür besitzt.
>
> So. Du nimmst an. Gehts nicht genauer? Hat der Lüfter kein Datenblatt?

Ich habe natürlich versucht, ein Datenblatt zu finden, aber der Motor 
ist von '99 und wird schon seit Urzeiten nicht mehr produziert. Ich habe 
auf der Herstellerseite nicht einmal einen ähnlichen Typ gefunden.


>> Allerdings ist dieser defekt und intern nach Masse kurzgeschlossen.
>
> Das glaube ich nun schon gar nicht.
>
> Aber wenn der Lüfter einen PWM-Steuereingang hat, dann ist das genau der
> richtige Weg, seine Drehzahl zu steuern.

Extra für dich habe ich den Widerstand gemessen: genau 1,2Ohm.
Wenn ich mit dem Labornetzteil Spannung auf den Anschluss gebe, setzt 
sofort die Strombegrenzung ein. Da lasse ich bestimmt nicht den Ausgang 
eines IC ran.

von Manfred (Gast)


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Bastian S. schrieb:
>> Aber wenn der Lüfter einen PWM-Steuereingang hat, dann ist das genau der
>> richtige Weg, seine Drehzahl zu steuern.
> Extra für dich habe ich den Widerstand gemessen: genau 1,2Ohm.
Ist das wirklich ein Eingang oder liegt da eine Wicklung hinter, die ein 
Signal zur Überwachung liefert?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Bastian S. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Bastian S. schrieb:
>>> Das mit dem "voll durchgesteuert" habe ich wohl etwas ungenau
>>> geschrieben. Ich meinte, das dann bereits die volle Spannung am Motor
>>> anliegt.
>>
>> Das ist genauso Unsinn wie deine ursprüngliche Aussage. Und natürlich
>> ist die Spannung über dem Motor auch vollkommen egal, wenn es doch am
>> Ende die Drehzahl ist, die geregelt werden soll.
>
> Die Drehzahl wird bei diesem Motor nunmal über die Spannung gesteuert,

Die Drehzahl ist von der Spannung abhängig. Aber steuern woltest du 
sie ja wohl über das Tastverhältnis. Die Spannung ist also lediglich 
eine Zwischengröße, deren genauer Wert ohne Belang ist.

Genauso wie ich die Geschwindigkeit meines Autos durch den Druck auf das 
Gaspedal steuern kann. Um wieviel mm ich das Gaspedal dabei durchdrücke, 
ist auch eine Zwischengröße und ohne Belang. Zum einstellen der 
Geschwindigkeit schaue ich doch lieber auf den Tacho als auf die 
Stellung des Gaspedals.

> was soll daran also Unsinn sein.

Deine Behauptung, die Spannung wäre schon bei 40% Tastverhältnis auf 
Maximum, halte ich für Unsinn. Ich glaube es nicht.

Und es ist außerdem noch ohne Belang.

>>> Ich nehme einfach mal an, das er PWM-tauglich ist, da er auch einen
>>> Anschluss dafür besitzt.
>>
>> So. Du nimmst an. Gehts nicht genauer? Hat der Lüfter kein Datenblatt?
>
> Ich habe natürlich versucht, ein Datenblatt zu finden, aber der Motor
> ist von '99 und wird schon seit Urzeiten nicht mehr produziert.

Aha. Du weißt also in Wirklichkeit gar nichts über deinen Lüfter. Das 
sind dann ja ideale Bedingungen. Nicht!

>>> Allerdings ist dieser defekt und intern nach Masse kurzgeschlossen.
>>
>> Das glaube ich nun schon gar nicht.
>>
>> Aber wenn der Lüfter einen PWM-Steuereingang hat, dann ist das genau der
>> richtige Weg, seine Drehzahl zu steuern.
>
> Extra für dich habe ich den Widerstand gemessen: genau 1,2Ohm.
> Wenn ich mit dem Labornetzteil Spannung auf den Anschluss gebe, setzt
> sofort die Strombegrenzung ein. Da lasse ich bestimmt nicht den Ausgang
> eines IC ran.

So. Dann laß uns mal kurz überlegen. Dein Lüfter (von dem du nahezu 
nichts weißt) hat einen Anschluß den du für einen PWM-Steuereingang 
hältst, der aber niederohmig mit einem der Betriebsspannungsanschlüsse 
verbunden ist. Was ist jetzt wahrscheinlicher:

a) daß der Steuereingang kaputt ist, oder
b) daß das doch kein PWM-Steuereingang ist?

Bist du überhaupt sicher, daß du die Betriebsspannungsanschlüsse korrekt 
identifiziert hast? Daß der Lüfter dreht, wenn du an zwei Anschlüsse 
eine Spannung anlegst, reicht dazu nämlich nicht aus.

von Bastian S. (bastian_s)


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Was meinst du mit Wicklung zur Überwachung?

Falls du ein Tachosignal meinst, dafür gibt es ein extra Kabel. Das gibt 
auch ein "Signal" aus, also Masse und hochohmig im Wechsel pro 
Umdrehung. Im Grunde genommen sind die Anschlüsse die selben wie bei 
einem 4-poligen PC-Lüfter.

Edit: Ich hatte irgendwann einmal eine Seite im I-Net mit technischen 
Daten zu dem Lüfter gefunden, da waren unter Anderem auch die 
Anschlussbelegungen erklärt.
Ohne richtiges Datenblatt kann ich natürlich nicht zu 100% sicher sein.

Ich denke, es führt zu nichts, über die Anschlüsse zu diskutieren. Fakt 
ist, das keines der Kabel zum regeln funktioniert, also muss ich eine 
andere Lösung finden.

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Bastian S. schrieb:
> Ich denke, es führt zu nichts, über die Anschlüsse zu diskutieren. Fakt
> ist, das keines der Kabel zum regeln funktioniert, also muss ich eine
> andere Lösung finden.
Ihr verzettelt Euch hier in Richtung Kindergarten, sorry.

Bastian S. schrieb:
> @Manfred:
> Statt des Potis habe ich einen Optokoppler genommen. Zumindest in der
> Simulation hat es ganz gut funktioniert. Bis jetzt habe ich den
> Schaltregler noch nicht einmal mit einer Spannung zum laufen bekommen.
> Laut Datenblatt sollte er so regeln, das am FB Pin ca. 1,2V anliegen.
> Bei mir fällt sie allerdings bis auf 0,8V, ohne das etwas passiert.
Diesen Lösungsansatz halte ich für sinnvoll - verfolge ihn weiter.

Sicherlich musst Du erstmal den LM2676 zur Funktion bekommen, ohne Motor 
und mit einen Lastwiderstand - die Dinger sind ja wirklich simpel zu 
beherrschen.

von Bastian S. (bastian_s)


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Ja, ich werde mal schauen ob ich die Schaltung nicht doch noch zum 
laufen bekomme.

Ich melde mich dann später noch einmal.

von pwm (Gast)


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Ich glaub du solltest dir das Konzept PWM nochmals ganz genau zu Gemüte 
ziehen. Deine Aussagen führen zu dem Schluss das du das nicht richtig 
anwendest.
Ein transistor wird im pwm Betrieb immer hart ein oder aus geschalten. 
Das stellt keinen Ohmschen Verbraucher dar.

von Karls Q. (karlsquell)


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In dem Schaltplan fehlt die Freilaufdiode!!!

von Bastian S. (bastian_s)


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Jetzt wo du es sagst, fällst mir auch auf. In real hab ich aber eine 
verbaut.

Man sagt ja immer, dass der Teufel im Detail steckt. Einen der 
Widerstände für den FB-Spannungsteiler am LM2676 habe ich durch ein Poti 
ersetzt, wegen Justierung. Und genau dieses Poti hat wohl die Kälte und 
das feuchte Wetter nicht verkraftet (oder war von vornherein defekt). 
Also schnell ausgetauscht und siehe da, der Regler regelt wie er soll. 
Und nach ein paar kleinen Anpassungen funktioniert auch das Verändern 
der Ausgangsspannung per PWM.

Ich denke, dass der Thread geschlossen werden kann und möchte mich bei 
allen hier für Ihre Mühe bedanken. Tut mir Leid, dass ich eure Zeit in 
Anspruch genommen habe, obwohl eine gründliche Fehlersuche auch zum Ziel 
geführt hätte.

von Manfred (Gast)


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Bastian S. schrieb:
> Also schnell ausgetauscht und siehe da, der Regler regelt wie er soll.
> Und nach ein paar kleinen Anpassungen funktioniert auch das Verändern
> der Ausgangsspannung per PWM.
Ich würde doch gerne mal sehen, wie Du per PWM den Regelkreis des LM2676 
beeinflusst.

von Bastian S. (bastian_s)


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So in etwa läuft das ganze. Die Werte der Widerstände sind in dem 
Schaltplan nur annähernd korrekt. In Echt habe ich Potis genommen, um 
die Spannungen im laufenden Betrieb einstellen zu können.

Das PWM-Signal wird durch einen Operationsverstärker als Impedanzwandler 
übersetzt und danach geglättet, damit ich weniger Schwingungen habe. Den 
OPV habe ich verbaut, um die Ausgänge des Arduinos durch das RC-Glied 
weniger zu belasten.

Wenn keine Spannung am Optokoppler anliegt, sperrt dieser und die 
Ausgangspannung am Schaltregler wird allein durch den Spannungsteiler 
8K/4,1K gesetzt (maximale Spannung).
Mit steigender Spannung am Eingang des Optokoppler fleißt ein Strom und 
der Widerstand am oberen Ende des Spannungsteiler sinkt -> Spannung am 
Feedback-Eingang steigt -> LM2676 regelt die Ausgangsspannung herunter.

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