Hallo,
ich möchte die Drehzahl eines 5V Lüfters über die PWM eines µC steuern.
Dazu möchte ich quasi einen ungeregelten Buck-Converter aufbauen, wie
ich ihn im Anhang skizziert habe. Ich bin mir unsicher welche
Induktivität sich eignet. Ich habe mir eine "Power Induktivität" bei
Reichelt rausgesucht
(https://www.reichelt.de/ab-100-H/L-PIS2816-680-/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=73165&GROUPID=7227&artnr=L-PIS2816+680%C2%B5&SEARCH=%252A).
Ist diese für die Anwendung geeignet? Der Lüfter hat lt. Datenblatt eine
Leistungsaufnahme von 250 mW, ich erwarte also um die 50 mA
Stromaufnahme, das sollte die Induktivität gut bewältigen können. Ich
komme auf eine Grenzfreq. von ca 600 Hz für die gewählten Bauteile, was
weit unterhalb der angestrebten ca 16 kHz PWM liegt. Weil an dieser
Schaltung relativ lange Lüfterkabel hängen würden, würde mich außerdem
interessieren, ob man im Sinne einer möglichst minimalen Störabstrahlung
EMV-mäßig noch was besser machen kann.
Danke für alle sachdienlichen Hinweise :-)
mpunkt schrieb:> Ist diese für die Anwendung geeignet?
Wenn die Frequenz hoch genug ist: Ja.
Ist die SM4001 ausreichend schnell ?`
http://diotec.com/tl_files/diotec/files/pdf/datasheets/sm4001
Wohl kaum.
Nimm eine schnelle Diode, z.B. Schottky.
mpunkt schrieb:> ob man im Sinne einer möglichst minimalen Störabstrahlung> EMV-mäßig noch was besser machen kann
Hinter dem Elko noch eine Ferritperle und dahinter ein kleiner
Keramikkerko.
Zwischen +5V und GND ein Stützkondensator.
Da deine Gateansteuerung eher langsam ist, wird dir der Switching Node
wenig Probleme machen (trotzdem mit dem Oszi mach Schwingungen gucken).
Parallel zu C1 noch nen 100nF Kerko und Layoutregeln beachten.
Hast du mal überprüft ob der Lüfter damit klarkommt?
Danke für die Hinweise!
MaWin schrieb:> Wenn die Frequenz hoch genug ist: Ja.
Wei gesagt, ich gehe von ~ 16 kHz aus. Gibt es noch ein anderes
Kriterium als die Grenzfrequenz von LC? Die liegt ja zweieinhalb
Größenordnungen unter der PWM.
Danke nochmal!
Danke auf Dir, THOR!
THOR schrieb:> Hast du mal überprüft ob der Lüfter damit klarkommt?
Nein, habe ich nicht. Die Idee dieses Ansatzes meinerseits war aber
gerade, dass der Lüfter dadurch quasi DC sieht, deswegen damit keine
Probleme haben sollte. Klar ist nach unten irgendwo Schluss, über die
vollen 0-5 V wird er sicher nicht laufen. Aber wenn ich ihn zwischen 30
und 100% steuern kann, ist mir schon sehr geholfen (und aus geht ja
immer).
mpunkt schrieb:>> Hast du mal überprüft ob der Lüfter damit klarkommt?>> Nein, habe ich nicht
Brauchst du auch nicht, der Lüfter sieht kein PWM mehr sondern
verringerte Gleichspannung.
mpunkt schrieb:> Gibt es noch ein anderes> Kriterium als die Grenzfrequenz von LC? Die liegt ja zweieinhalb> Größenordnungen unter der PWM.
Normal reicht schon wenn der Strom um +/-10% schwankt. Aber zu hohe
Induktivitäaen haben wiederum eine hohe Koppelkapazität (oder andersrum:
Eine höhere PWM Frequenz fürhrt zu kapazitivem Übersprechen in der Spule
und der Ausgangselko reagiert bei hohen Frequenzen auch nicht mehr so
gut) Daher ja die Ferritperle + Kerko.
mpunkt schrieb:> Danke auf Dir, THOR!>> THOR schrieb:>> Hast du mal überprüft ob der Lüfter damit klarkommt?>> Nein, habe ich nicht. Die Idee dieses Ansatzes meinerseits war aber> gerade, dass der Lüfter dadurch quasi DC sieht, deswegen damit keine> Probleme haben sollte. Klar ist nach unten irgendwo Schluss, über die> vollen 0-5 V wird er sicher nicht laufen. Aber wenn ich ihn zwischen 30> und 100% steuern kann, ist mir schon sehr geholfen (und aus geht ja> immer).
Das mit DC ist ja auch richtig so, aber will der Lüfter langsamer
laufen? Wenn du Pech hast, hat der ne Drehzahlregelung und versucht
durch höhere Stromaufnahme die geringe Spannung auszugleichen.
mpunkt schrieb:> würde mich außerdem> interessieren, ob man im Sinne einer möglichst minimalen Störabstrahlung> EMV-mäßig noch was besser machen kann.
Bei einer so kleinen Leistung könnte man die PWM direkt am µC zu einer
DC-Spannung R-C-filtern und eine analoge Lüfteransteuerung (OPV oder
diskrete Schaltung) machen.
THOR schrieb:> Das mit DC ist ja auch richtig so, aber will der Lüfter langsamer> laufen? Wenn du Pech hast, hat der ne Drehzahlregelung und versucht> durch höhere Stromaufnahme die geringe Spannung auszugleichen.
Hmm ... das ist ein Punkt an den ich nicht gedacht habe. Aber ich habe
durchaus schon oft Lüfter über DC (LM317 o.ä.) einstellbar gemacht, das
hat bisher immer geklappt. Ist ja auch nicht so ungewöhnlich einen
Lüfter in der Drehzahl variieren zu wollen. Aber hast schon Recht,
müsste man dann noch konkret klären.
Darf ich nochmal fragen ob die genannte Induktivität geeignet ist? Ich
meine nichtmal vom Wert, sondern was andere mögliche - mir unbekannte -
Ranbedingungen angeht?
Danke!
ArnoR schrieb:> Bei einer so kleinen Leistung könnte man die PWM direkt am µC zu einer> DC-Spannung R-C-filtern und eine analoge Lüfteransteuerung (OPV oder> diskrete Schaltung) machen.
Hatte ich auch kurz überlegt, der reine Bauteilaufwand erschien mir auf
den ersten Blick höher. Behalte das aber als Alternative im Blick.
mpunkt schrieb:> Darf ich nochmal fragen ob die genannte Induktivität geeignet ist? Ich> meine nichtmal vom Wert, sondern was andere mögliche - mir unbekannte -> Ranbedingungen angeht?>> Danke!
Die ist für Schaltregler gut geeignet. Für minimale EMI wäre ein Ring-
oder Schalenkern zwar besser, aber bei den paar mA sehe ich keine
Probleme.
Die ist sogar schon ziemlich überdimensioniert. Es gibt so ganz kleine
SMD Induktivitäten für maximal 100uH, die passen fast untern
Daumennagel. Wenn man auf Platz und/oder Geld achten müsste, würde man
hier die nehmen.
Nächstgrößere Variante wäre die PISR.
mpunkt schrieb:> Darf ich nochmal fragen ob die genannte Induktivität geeignet ist? Ich> meine nichtmal vom Wert, sondern was andere mögliche - mir unbekannte -> Ranbedingungen angeht?
Die hat fast 5Ohm DC-Widerstand, du wirst also bei 50mA (Tastverhältnis
100%, also kein Schalten mehr) nur auf 4,75V am Lüfter kommen.
ArnoR schrieb:> Die hat fast 5Ohm DC-Widerstand, du wirst also bei 50mA (Tastverhältnis> 100%, also kein Schalten mehr) nur auf 4,75V am Lüfter kommen.
Hatte ich gesehen und erstmal für unproblematisch befunden. Hast aber
Recht, da finden sich auch bei Reichelt noch Alternativen mit geringerem
Widerstand, zumal ich (erstmal) keine Platzprobleme habe. Danke für den
Hinweis!
mpunkt schrieb:> hätte ich 1.53 Ohm für 1 mH. Wäre eine Alternative.
Schau dir mal die Seite an:
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/abw_smps.html
Gib deine Werte ein und schau war raus kommt.
Gib bei "L/H" mal "1.0E-3" = 1mH ein und schau mal ob dein Regler in den
lückenden Betrieb kommen würde.
(Bild rechts, die grüne Linie muss immer über 0mA liegen)
Pack direkt an den Ausgang deines Schaltreglers ein paar keramische
Kondensatoren, keine zu guten (kein X7R oder np0, sondern die billigen
Vielschichtkondensatoren).
Zusätzlich noch ein paar hundert µF (Elko) um die Welligkeit der
Ausgangsspannung zu reduzieren.
An der Stelle würde ich noch anmerken, dass 15 kHz PWM ungünstig sind da
hörbar.
Normal baut man Schaltregler mit 50-200kHz und da brauchts dann auch
keine 1mH Spule mehr.
Wichtig: Das Spektrum einer Rechteckschwingung hängt vom Tastverhältnis
(Duty Cycle) ab. Nur bei 50% Duty Cycle ist die Grundfrequenz = PWM
Frequenz.
Wählst du zum Beispiel 30kHz PWM, hast du 30kHz + Oberwellen im
Ausgangssignal. Das nicht nicht mehr hörbar. Entspricht hier etwas über
2V.
Gehst du jetzt auf 4V hoch, ist dein Duty Cycle irgendwas um die 80%.
Die Einschaltdauer ist jetzt knapp 55us, das ergibt einen Frequenzanteil
von 18kHz.
Wenn du 15kHz als Grundschwingung wählst, kommst du in gewissen
Betriebszuständen (wie 5Vin, 4Vout) sehr weit in den hörbaren Bereich
rein.
THOR schrieb:> An der Stelle würde ich noch anmerken, dass 15 kHz PWM ungünstig sind da> hörbar.
Ja, stimmt. Das war von mir auch noch etwas unüberlegt. Controller ist
ein kleiner AVR, da mir hier ne 8 bit PWM reicht, kann ich mit fast-PWM
62.5 kHz erreichen - und das würde ich dann aus den genannten Gründen
auch so machen. Danke!
Viel zu kompliziert gedacht. Solche Lüfter gibt es mit Drehzahlvorgabe
und Tacho fixundfertig... Da bekommt man mit vier Widerständen und einen
bipolaren sogar eine Ausfallüberwachung, wenn noch ein Pin am Kontrollör
frei ist.
Roland E. schrieb:> Viel zu kompliziert gedacht. Solche Lüfter gibt es mit Drehzahlvorgabe> und Tacho fixundfertig... Da bekommt man mit vier Widerständen und einen> bipolaren sogar eine Ausfallüberwachung, wenn noch ein Pin am Kontrollör> frei ist.
Hab schon zunächst durchaus auch einfacher gedacht. Aber unter den
Randbedingungen die ich hier konkret habe konnte ich nichts Geeignetes
finden. Es sollte ein 40x40 5V Lüfter sein, der einigermaßen gut in
kleinen Stückzahlen zu bekommen ist. Wenn Du da etwas weißt, wäre ich
natürlich für entsprechende Tipps auch sehr dankbar!
Hallo nochmal!
THOR schrieb:> [...] und Layoutregeln beachten.
Ich habe den aktuellen Stand jetzt mal layoutet, vielleicht mag jemand
mal einen Blick drauf werfen, das wäre sehr nett. Das Ganze ist dann
später in ein größeres Layout integriert, ich habe mal schnell mit
diesem Teil angefangen, weil das Layout - und mögliche Probleme damit -
ja weiter oben schon kurz angesprochen wurde. Die obere von den beiden
Leiterbahnen, die links ins Bild kommen, ist die 62.5 kHz PWM vom µC,
die Bahn darunter ist +5V. Die Platinenunterseite ist mit einer
durgehenden Massefläche versehen, die etwas unmotiviert verstreuten Vias
sollen eine gute Anbindung an die Masse bewerkstelligen.
Das akutelle Schaltbild hängt auch noch mal an. Was das LC Filter am
Ausgang angeht, hatte ich Probleme eine passende Induktivität (L1) in
SMD zu finden. Jetzt habe ich erstmal diese
http://www.reichelt.de/SMD-1206-1210-1812/LQH3C-47-/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=10562&GROUPID=7225&artnr=LQH3C+47%C2%B5&SEARCH=%252A
als Platzhalter verwendet. Resonanzfreq. ist bei dieser 15 MHz, keine
Ahnung ob mir das an der Stelle noch viel bringt. Niedrigere
Eigenresonanzfrequenzen gingen oft mit einem deutlich höheren DC-R
einher. Ich hab aber auch nur bei Reichelt gesucht, und das auch nur im
Blindflug.
Vielen Dank!
mpunkt schrieb:> Ich habe den aktuellen Stand jetzt mal layoutet
Na das geht analog (wie oben vorgeschlagen) aber mit gleichem Aufwand,
billiger und störärmer.
luftikuss.png
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