Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 1,25A 12V mit 3.3V ESP8266 PWM Steuern


von Torsten W. (torsten_w256)


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Hallo zusammen,

ich hoffe ich werde nicht wegen dieser Frage gesteinigt. Ich bin neu auf 
dem Gebiet der Elektronik und habe mich die letzen Tage intensiv in das 
Thema eingelesen, sehe aber den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr.

Ich möchte mit dem 3.3V Ausgang meines ESP8266 (WEMOS D1 Mini) 5 Lüfter 
gleichzeitig (parallel geschaltet) mit je 0,25 Watt und 12 Volt über PWM 
steuern. Von Aus bis 100% Drehzahl.

Die PWM Frequenz soll über 20 kHZ betragen, damit man kein Pfeifen hört. 
Dies möchte ich per Programmierung des ESPs lösen, soll hier nicht 
betrachtet werden.


Eigentlich wollte ich dafür einen Mosfet IRLZ44 verwenden. Dieser 
benötigt aber ja leider RDSon mindestens 4V. Ich finde aber auch keinen 
Mosfet der bei 3.3V RDSON die 15 Watt Drain To Source kann.

Nun fängt mein Problem an. Es gibt so viele Lösungsvorschläge die 
Spannung zu heben (Darlington?, einen IRF7455 vorschalten?, einen IC 
Treiber verwenden - welchen?, Pegelwandler - welchen?, Logik-Gatter 
74HCT?)

Mir ist wichtig, dass es möglichst einfach in Bezug auf Verkabelung und 
Anzahl der Komponenten ist. Außerdem muss natürlich die PWM Frequenz 
verlässlich an den Lüfter ausgegeben werden.

Vielleicht bin ich auch mit dem Mosfet komplett auf dem Holzweg und das 
Problem ist ganz anders zu lösen...

Ich bin über Hinweise dankbar.

Viele Grüße

Torsten

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Du hast ein Verständnisproblem mit den Watts und den Volts usw....
Wahrscheinlich meinst du 5*0,25A statt 5*0,25W.
Aber auch 1,25A ist kein Thema, ein Winzöling wie der IRLML2502 erledigt 
dir das.

von Jim M. (turboj)


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Torsten W. schrieb:
> Lüfter
> gleichzeitig (parallel geschaltet) mit je 0,25 Watt und 12 Volt

Klingt nach im PC üblichen Lüfter- Dimensionierung. Die gäbe es mit 
direkter PWM Unterstützung (4-poliger Stecker).

Schalttransistor bräuchte man nur falls die Lüfter komplett anhalten 
sollen. Stichwort: High-side Switch.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Torsten W. schrieb:
> Ich möchte mit dem 3.3V Ausgang meines ESP8266 (WEMOS D1 Mini) 5 Lüfter
> gleichzeitig (parallel geschaltet) mit je 0,25 Watt und 12 Volt über PWM
> steuern. Von Aus bis 100% Drehzahl.
Also 5 x 0,25A an 12V, ist das richtig?

> Die PWM Frequenz soll über 20 kHZ betragen, damit man kein Pfeifen hört.
Ich denke nicht, dass so hohe Frequenzen nötig sind.
Um was geht es konkret? Wo sind die Lüfter eingebaut?

> Eigentlich wollte ich dafür einen Mosfet IRLZ44 verwenden. Dieser
> benötigt aber ja leider RDSon mindestens 4V.
Naja, das bezieht sich auf den Nennstrom (bis 50A).
Für den Strom der Lüfter braucht es nicht so hohe Gate-Spannung.
-> https://www.vishay.com/docs/91328/91328.pdf
siehe Datasheet Fig1. ...Fig.3
Da würde es der IRLZ44 schon machen, wenn die Ansteuerspannung 
zuverlässig bis über 3V geht (Empfehlung: Pullup von Gate gegen 3,3V).
Gruß Öletronika

von Stefan F. (Gast)


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> Die PWM Frequenz soll über 20 kHZ betragen, damit man kein
> Pfeifen hört. Dies möchte ich per Programmierung des ESPs lösen,
> soll hier nicht betrachtet werden.

Das kann ich aber nicht einfach so stehen lassen, denn bedenke, dass das 
PWM Signal per Software erzeugt wird. Bei einer Frequenz von 1kHz und 
einem range von 0..1023 arbeitet die Software bereits mit 1 Millionen 
Interrupts pro Sekunde. Das ist schon arg viel.

20kHz mit den Werten 0..1023 erfordert eine Interrupt-Rate von 20MHz. 
Das ist Wahnsinn, würde mich wundern wenn es überhaupt funktioniert ohne 
gleichzeitig die WLAN Schnittstelle lahm zu legen.

Die optimale Frequenz hängt von den verwendeten Motoren ab. Manche 
Motoren brauchen sogar sehr niedrige Frequenzen unter 100Hz.

Das Problem mit der geringen Steuerspannung hast du nur bei MOSFET 
Transistoren. Da kommen tatsächlich nicht sehr viele in Frage. Du kannst 
aber völlig Problemlos bipolare NPN Transistoren verwenden, zum Beispiel 
für jeden Lüfter einen BC337-40. Ihr Verstärkungsfaktor ist hoch genug, 
dass du 5 Stück davon an einen gemeinsamen I/O Pin hängen kannst.

Oder du verwendest zwei Transistoren, den ersten (NPN) als Levelshifter, 
der zweite kann dann jeder gewöhnliche P-Kanal MOSFET sein. 
http://www.gammon.com.au/images/Arduino/MOSFET_high_side_driver.png

von Manfred (Gast)


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Jim M. schrieb:
>> gleichzeitig (parallel geschaltet) mit je 0,25 Watt und 12 Volt
> Klingt nach im PC üblichen Lüfter- Dimensionierung.

0,25 Watt klingt nicht nach "PC üblich", sondern nach grobem Unfug.

Stefanus F. schrieb:
> Das Problem mit der geringen Steuerspannung hast du nur bei MOSFET Transistoren.

In einem Forum, Name war irgendwas mit mikrocontroller, wurde mir mal 
der IRF3708 empfohlen. Laut Datenblatt von IRF:
"typ. 14,5 / max. 29 mOhm @ VGS = 2.8V, ID = 7.5A"

> Du kannst aber völlig Problemlos bipolare NPN Transistoren verwenden, zum 
Beispiel für jeden Lüfter einen BC337-40.

Solange wir den Strom nicht kennen - die aus 0,25W zu errechnenden 21mA 
glaube ich nicht?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Ach was...
-der ESP32 kann ganz gut mit PWM umgehen
-kein Mensch braucht für nen Klein-Püsterich 10bit
-hat er extra geschrieben, dass die Signalerzeugung das hier nicht das 
Thema sein soll

von Torsten W. (torsten_w256)


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Hallo zusammen,

vielen Dank für die zahlreichen, hilfreichen Antworten.
zunächst Asche auf mein Haupt, ich meinte natürlich, jeder Lüfter zieht 
0,25 Ampere. Insgesamt also 1,25 Ampere und damit 15 Watt bei 12 V.

Die Schaltung soll temperaturgesteuert Lüfter regeln, die einem 
Absorber-Kühlschrank im Wohnwagen Frischluft zuführen, damit dieser die 
Abwärme besser abtransportieren kann. Daher soll das ganze ohne ein 
wahrnehmbares PWM Fiepen stattfinden. Daher eine Frequenz im KHz 
Bereicht. Das muss ich aber tatsächlich mit den Lüftern mal am lebenden 
Objekt ausprobieren. Daher ist die Frequenz für mich zunächst Prio 2.

Ich habe bereits 5 PC Lüfter, allerdings 3 PIN Lüfter, also ohne 
eingebaute PWM Regelung (4 PIN). Grund: die 4 PIN Lüfter drehen nach 
meiner Rechere immer, dass heißt, es gibt keinen Schwellwert bei dessen 
Unterschreitung der Lüfter stoppt. Ich wollte mir die Option offenhalten 
über das PWM Signal die Lüfter zu stoppen. Außerdem gabs nur die 3 PIN 
günstig im 5er Pack.

Mir war nicht bewußt, dass mit dem IRLML2502 und dem IRF3708 mein 
Problem "Out of the Box" gelöst werden kann. Danke!

@Manfred: Aus dem Datenblatt der BC337 Reihe ist der relevante Ampere 
Wert Ic (Collector Current) = 0,8 Ampere?

@Stefanus: danke für das Schaltbild mit dem Levelshifter! Das werde ich 
mir merken, wenn ich mal wirklich höhere Lasten zu schalten habe.

von Stefan F. (Gast)


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Torsten W. schrieb:
> Dass die regelbaren Lüfter nie ganz aus gehen hat einen guten Grund.

Nachdem sie einmal gestartet sind kannst du auf schätzungsweise 20% PWM 
runter gehen, bevor sie stehen bleiben. Aber zu Starten reichen nicht 
20% sondern es muss sehr viel mehr sein.

Diese beiden Schwellen sind bei jedem Lüfter Modell anders. Niemand will 
aber beim Zusammenbau seines PC die Schwellen für jeden Lüfter einzeln 
ausprobieren und justieren. Zumal dabei durchaus auch zu kühlende 
Bauteile gefährdet sind.

Deswegen legt der Hersteller des Lüfter die minimale Drehzahl fest und 
sorgt auch dafür, dass er nicht stecken bleibt.

Ich schreibe das, weil du diesen Effekt wohl auch berücksichtigen musst. 
Also zum Anlaufen für einen kurzen Moment viel Power geben, sonst 
knurren sie bloß.

von Torsten W. (torsten_w256)


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yep, das ist mir bewußt. Ich werde sie mit 100% anlaufen lassen und dann 
erst runter regeln.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Torsten W. schrieb:
> Ich werde sie mit 100% anlaufen lassen und dann erst runter regeln.
Du solltest dann aber trotzdem die Drehzahl überwachen. Denn auch wenn 
der Lüfter mit 100% anläuft, ist nicht garantiert, dass er nach 
Herunterregeln auf 20% auch weiterläuft...

von Einer K. (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Du solltest dann aber trotzdem die Drehzahl überwachen.

Dann ist aber Schluss mit dem N-Kanal FET.
Dann wirds ein HighSideSwitch werden müssen.

Denn um das Sensorsignal auswerten zu können, brauchts schon eine 
permanente GND Verbindung.

von Torsten W. (torsten_w256)


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Lothar, Erbarmen! Vor 2 Wochen wußte ich noch nicht einmal was ein 
Transistor ist. Highside Switch mit p-Kanal Mosfet habe ich schon 
gelesen aber das ist mir nun für den Anfang doch zu kompliziert. Ich 
brauche erst mal ein Erfolgserlebnis, gebe dir aber Recht, wenn ich es 
mal so zum Laufen bekommen habe dann wird die Version 2. bestimmt auch 
das Tachosignal auslesen.

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