Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ansteuerung eines P-Ch FETs mit AVR um 12V Last (150mA) zu schalten


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von Alexander Meier (Gast)


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Hallo,

würde gerne einen PC Lüfter (konkret: Shadow Wings von bequiet) per 
uController Ein- und Ausschalten, wobei der Lüfter ein 12V Typ ist mit 
max. 150mA Stromaufnahme. Es soll hier nicht in der Drehzahl verändert 
werden (dafür hat er einen extra PWM Eingang), nur alle paar Stunden mal 
für ~10min Anschalten ist nötig. Habe es versuchsweise per low-side N-Ch 
FET erledigt, aber das scheint der Lüfter nicht zu mögen: wenn man ihm 
die Masse abschaltet, dann steht er zwar, aber er fängt an zu zirpen, 
summen, tönen... Habe auch versuchsweise den Lüfter mal an ein Netzteil 
gehängt und dann Pin 1 vom 4-poligen Lüfteranschluss (=GND) gekappt: 
gleiches Ergebnis.
Also würde ich ihm gerne per P-Ch FET die 12V abdrehen damit Ruhe ist. 
Zumindest ist es das, wenn ich Pin 2 vom 4-poligen Lüfteranschluss 
(=12V) unterbreche. Da ich noch nie einen high-side Schalter aufgebaut 
habe, passt die Schaltung vom Anhang her so?
Als FET würde ich einen IRLML 5203 nehmen, wobei ich dem einen kleinen 
BC847C vorschalten würde, der an seine Basis einen Widerstand zur 
Strombegrenzung zum AVR bekommt. Der FET bekommt an sein Gate ein 
Pull-Up und der Lüfter eine Schottky (Freilauf-)Diode. Gibt es da neben 
der SB130 etwas passenderes (die scheint mir arg überdimensioert zu 
sein, habe ich aber im Regal)? Zumindest in der Online Simu schaute das 
gut aus, vgl. Anhang. Habe ich etwas vergessen und/oder sollte es anders 
machen?

Alex

: Verschoben durch Moderator
von hinz (Gast)


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Wenn du nur zwei der vier Adern verwendest, ist es völlig egal welche 
man unterbricht.

von Alexander Meier (Gast)


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Die anderen beiden Pins (Tacho Ausgang und PWM Eingang) sind natürlich 
auch angeschlossen... Aber die will ich nicht abschalten (bzw. wenn ich 
die abschalten würde ist naürlich auch Ruhe), bzw. dann hätte ich noch 
mehr Aufwand

von hinz (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> Die anderen beiden Pins (Tacho Ausgang und PWM Eingang) sind natürlich
> auch angeschlossen...

Salami.


Und wozu? Du brauchst die deiner Bescheibung nach gar nicht.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Alexander Meier schrieb:
> Aber die will ich nicht abschalten (bzw. wenn ich
> die abschalten würde ist naürlich auch Ruhe), bzw. dann hätte ich noch
> mehr Aufwand

Und deine Treiberschaltung ist kein Aufwand?

von Alexander Meier (Gast)


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Tacho: ich will wissen ob sich das Teil auch wirklich dreht
PWM: ich möchte ihn auch (konstant per NE555) drosseln, d.h. ich gebe 
ihm ein PWM mit fixem duty cycle. Das Teil heißt zwar Shadow Wing, aber 
wenn man ihn ohne PWM signal laufen lässt, hört man ihn doch (leise)

Wie gesagt: ich kann das alles auch am Netzteil nachvollziehen: GND 
unterbrochen = Lüfter steht, aber macht Geräusche. 12V unterbrochen = 
Lüfter steht und ist ruhig. Vermutung: über Tachoausgang oder PWM (kann 
auch per Signalgenerator kommen) bekommt er noch irgendwo her Masse

von hinz (Gast)


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Dann machs halt so, aber Basiswiderstand 47-100k. Und es muss keine 
Schottkydiode sein, 1N4148/1N400x reicht völlig.

von Alexander Meier (Gast)


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danke
Baue ich dann so mal auf

von Alexander Meier (Gast)


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hinz schrieb:
> Dann machs halt so, aber Basiswiderstand 47-100k. Und es muss keine
> Schottkydiode sein, 1N4148/1N400x reicht völlig.

Sicher das der so groß sein sollte? Bei 47k fließen mal gerade ein paar 
uA in Richtung Basis, was dann zu einem Kollektorstrom von knapp über 
1mA führt. Also der FET danach ist spannungsgesteuert, aber irgendwann 
will er auch einmal umgeladen werden. Ansosnten: egal, ein Widerstand 
umlöten ist auch naträglich kein Problem und die habe ich in der 
Grabbelkiste (1k, 10k, 56k)

von Kalmax (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> hinz schrieb:
>> Dann machs halt so, aber Basiswiderstand 47-100k. Und es muss keine
>> Schottkydiode sein, 1N4148/1N400x reicht völlig.
>
> Sicher das der so groß sein sollte? Bei 47k fließen mal gerade ein paar
> uA in Richtung Basis, was dann zu einem Kollektorstrom von knapp über
> 1mA führt. Also der FET danach ist spannungsgesteuert, aber irgendwann
> will er auch einmal umgeladen werden. Ansosnten: egal, ein Widerstand
> umlöten ist auch naträglich kein Problem und die habe ich in der
> Grabbelkiste (1k, 10k, 56k)

Bei 5V am Eingang und 47k fließen grob gerechnet etwa 80uA. Welche 
Stromverstärkung hat deiner Meinung nach der BC847? Nur Faktor 10? Dann 
würde ich ihn wegwerfen. Wenn du in der Simulation einen Kollektorstrom 
von 1mA siehst, dann liegt das am 10k Widerstand im Kollektorzweig.

von Alexander Meier (Gast)


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streiche ein paar uA und ersetze es durch 90uA. Und der BC847C hat lt. 
DB ein hFE von 110 (min). Aber: mein Fehler, an den 10k Pullup habe ich 
gar nicht gedacht und das er begrenzt. Nehme alles zurück...

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Alexander Meier schrieb:
> Die anderen beiden Pins (Tacho Ausgang und PWM Eingang) sind natürlich
> auch angeschlossen...
Dann solltest du der Motorelektronik auf keinen Fall die Masse 
wegschalten.

> Vermutung: über Tachoausgang oder PWM (kann auch per Signalgenerator
> kommen) bekommt er noch irgendwo her Masse
Richtig, man nennt das "parasitäre Versorgung". Das kommt daher, dass du 
die Absolute Maximum Ratings der angeschlossenen Bauteile verletzt, 
dadurch irgendwelche parasitären (ESD-Schutz-)Dioden leiten und das Ding 
irgendwie was macht.
Denn wenn du die Masse wegschaltest, dann "will" diese Masse eigentlich 
auf +12V "hochgehen" (= 0V über dem Motor = Stillstand). Weil du aber an 
den anderen Pins nur 0V oder 5V hast, dann hat der Pin bezogen auf die 
Motorelektronik-Masse entweder -12V oder -7V.
In den Absolute Maximum Ratings der Elektronik steht aber 
wahrscheinlich wie üblich, dass kein Eingang weniger als -0.3V haben 
darf.

Merke: die Masse darfst du nur dann abschalten, wenn kein anderer Pin 
verwendet wird. Bei einer Lampe oder eine LED oder einem Heizwiderstand 
ist das z.B. völlig unproblematisch.

: Bearbeitet durch Moderator
von hinz (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> hinz schrieb:
>> Dann machs halt so, aber Basiswiderstand 47-100k. Und es muss keine
>> Schottkydiode sein, 1N4148/1N400x reicht völlig.
>
> Sicher das der so groß sein sollte?

Er darf so groß sein.

von HildeK (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> Die anderen beiden Pins (Tacho Ausgang und PWM Eingang) sind natürlich
> auch angeschlossen... Aber die will ich nicht abschalten

Die Frage ist noch, was macht der PWM-Eingang, wenn du dem Lüfter die 
Versorgung abgeschaltet hast? Wird der dann auch auf LOW bleiben oder 
pulst der munter weiter?
Es hängt jetzt von der Realisierung des PWM-Eingangs ab, ob das ein 
Problem sein kann. Man gibt keine Signale auf eine Schaltung, die gerade 
stromlos ist. Der Schaltungsteil ist uns jedoch unbekannt, wenn es z.B. 
auf einen Transistor ging, wäre es kein Problem, auf eine IC ggf. schon.
Vielleicht geht auch eine einfache UND-Verknüpfung zum Abschalten des 
Lüfters: AUS bedeutet, den PWM-Eingang dauerhaft auf LOW zu halten ...

Alexander Meier schrieb:
> Gibt es da neben
> der SB130 etwas passenderes (die scheint mir arg überdimensioert zu
> sein, habe ich aber im Regal)? Zumindest in der Online Simu schaute das
> gut aus, vgl. Anhang.

Zur Diode hast du schon richtige Aussagen bekommen.
In der Simulation siehst du eh keine Wirkung der Diode, denn du hast als 
Last einen ohmschen Widerstand. Die wirkt nur bei induktiven Lasten.

von Alexander Meier (Gast)


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Die interne Beschaltung des Lüfters kenne ich nicht, d.h. wie dort der 
PWM Eingang aussieht: keine Ahnung... Ist aber ein sehr guter Hinweis. 
Von meiner Seite aus gehe ich mit einem NE555 ohne weitere 
(Schutz-)Beschaltung raus, zumindest für 5min (länger habe ich es 
einfach nicht geprüft) geht das auch gut. Die Idee mit dem UND Gatter 
ist aber clever/gut.

von HildeK (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> Die Idee mit dem UND Gatter
> ist aber clever/gut.

'Gatter' habe ich extra nicht geschrieben, denn es müssen ja auch die 
Pegel passen.

von HildeK (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> Von meiner Seite aus gehe ich mit einem NE555 ohne weitere
> (Schutz-)Beschaltung raus, zumindest für 5min (länger habe ich es
> einfach nicht geprüft) geht das auch gut.

Mach einfach mal einen 1k dazwischen und messe am Lüftereingang, ob der 
Pegel nachgibt beim Wegfall der Versorgung.
Wenn nicht oder nur unwesentlich, dann hättest du kein Problem.

von Alexander Meier (Gast)


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...da sind (meine) Lüfter recht unspektakulär: die akzeptieren TTL, von 
daher passt Gatter schon

von foobar (Gast)


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Laut Spec hat der PWM-Eingang einen internen Pull-Up nach <= 5.25V und 
einen Kurzschlußstrom von <= 5mA.  Low ist <= 0.8V, PWM-Frequenz nominal 
25kHz, erlaubt 21-28kHz.  Der Eingang ist für 
Open-Collector/Drain-Ausgänge ausgelegt.  Offen resp konstant High 
entspr volle Drehzahl; konstant Low ist minimale Drehzahl oder aus.

Es würde also reichen, den Kollektor des NPN direkt an den PWM-Pin zu 
klemmen und den 12V-Teil einfach wegzulassen.

Einen zusätzlichen 555 kann man (ggf per Diode) parallel klemmen - oder 
man überlässt dem AVR auch gleich die PWM-Erzeugung ...

von Alexander Meier (Gast)


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Bei dem Lüftertypen ist es leider so, dass 0%duty cycle/festes Potential 
den Lüfter nicht zum Stillstand bringt, er läuft immer noch (mit min. 
Drehzahl). Ansosnten hätte ich das Problem gar nicht und ich hätte 
einfach die PWM abgeschaltet. Um ihn also zum Stillstand zu bekommen, 
muss ich den Lüftermotor selbst (also die 12V) abklemmen, ansonsten 
bleibt er (leider) nicht stehen. Suche mir mal ein UND aus und beiße in 
den sauren 5€ Reichelt Versandkosten Apfel...

von Peter P. (peterpo)


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Sag mal welchen -UND- Du brauchst....gegen Porto(0,80€) schick ich Dir 
einen, wenn vorhanden.
Gruß
Peter

von HildeK (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> Suche mir mal ein UND aus und beiße in
> den sauren 5€ Reichelt Versandkosten Apfel...

Miss doch vorher, ob bei abgeschalteter Lüfterspannung ein Strom (5V 
über 1k anlegen) in den PWM-Eingang fließt.
Wenn < 1mA, dann kannst du dir die Bestellung sparen.

Ein UND kannst du auch selber bauen:
Ich denke, das geht über eine (Schottky-)Diode auch direkt von dem 
AVR-Pin, der die 12V schaltet. So etwa:
1
 AVR-Pin 0/5V ----|<-----o----------- > PWM-Eingang Lüfter
2
                  D      |
3
                         '---- 1k --- < PWM-Steuerung

von Monster (Gast)


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Wenn du mit dem AVR Pin, der den Lüfter schaltet, auf den Reset Eingang 
des NE555 gehst, wird der NE555 Ausgang wie gewünscht auf Low gezogen.

von Harald (Gast)


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HildeK schrieb:
> Die Frage ist noch, was macht der PWM-Eingang, wenn du dem Lüfter die
> Versorgung abgeschaltet hast? Wird der dann auch auf LOW bleiben oder
> pulst der munter weiter?
> Es hängt jetzt von der Realisierung des PWM-Eingangs ab, ob das ein
> Problem sein kann. Man gibt keine Signale auf eine Schaltung, die gerade
> stromlos ist. Der Schaltungsteil ist uns jedoch unbekannt, wenn es z.B.
> auf einen Transistor ging, wäre es kein Problem, auf eine IC ggf. schon.
> Vielleicht geht auch eine einfache UND-Verknüpfung zum Abschalten des
> Lüfters: AUS bedeutet, den PWM-Eingang dauerhaft auf LOW zu halten ...

PWM-Lüfter die Versorgung klauen und trotzdem weiter pulsen habe ich 
schon so gemacht, war immer unproblematisch. Selbst wenn man es aus 
Gründen der Ästhetik machen will (was ich verstehen kann) braucht man 
doch kein UND Gatter, das kann er doch ganz komfortabel per SW machen. 
Notfalls GPIO auf Eingang schalten, wenn man die PWM-Peripherie nicht 
jedesmal deaktivieren will.

Wenn es kompakt und sicher gegen Kurzschluss sein soll kannst Du Dir 
noch dieses IC zum Schalten der 12V anschauen, gibt es auch bei Reichelt

"IC-DP" von icHaus

von Harald (Gast)


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Sorry, habe den NE555 übersehen

von HildeK (Gast)


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Harald schrieb:
> PWM-Lüfter die Versorgung klauen und trotzdem weiter pulsen habe ich
> schon so gemacht, war immer unproblematisch.

Ja, kann sein. Kann auch sein, dass das bei vielen oder allen so ist. 
Ich vermag das nicht zu sagen und würde überprüfen, ob es zulässig ist 
bez. schadlos gemacht werden kann.

PS: auch wenn dein Text es suggeriert - ich bin nicht der TO.

von Alexander Meier (Gast)


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Hallo zusammen,

das UND kann ich mir in der Tat sparen, da passiert nichts nennenswertes 
wenn man die 12V klaut. Und das mit dem Reset zum NE555 ist ja sogar 
noch besser, dann bin ich sogar komplett sauber und muss nur eine 
Strippe ziehen.
DANKE an euch für die guten Ideen und Tipps!

von Monster (Gast)


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Aber Vorsicht! Aktuell liegt der Reset Eingang sicher fest auf VCC. Nur 
eine Strippe ziehen reicht nicht, da will auch noch etwas aufgetrennt 
werden.

von Harald (Gast)


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So sieht es übrigens in einem (älteren?) PWM Fan aus, hier geht das PWM 
Signal erstmal auf einen 22k/22k Spannungsteiler. Das Rohm IC ist 
einigermaßen komplex.

http://www.pavouk.org/hw/fan/en_fan4wire.html

HildeK schrieb:
> PS: auch wenn dein Text es suggeriert - ich bin nicht der TO.
So war das nicht gemeint, ich wollte deinen Beitrag auf keinen Fall 
diskreditieren. Du hast ja Recht, „unschön“ ist es auf jeden Fall.

von Alexander Meier (Gast)


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- der Reset vom Timer IC geht "natürlich" auf einen Pin vom uC, so dass 
ich dies dynamisch an/ausschalten kann
- die Seite habe ich auch gefunden, es aber so verstanden, dass dies 
"seine" Schnittstelle ist wie er einen Lüfter bei sich anschließt. Dies 
ist aber kein Schaltplan der PCB auf dem Lüfter selbst

von Harald (Gast)


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Alexander Meier schrieb:
> Dies
> ist aber kein Schaltplan der PCB auf dem Lüfter selbst

Schon klar, man kann die Bilder aber vergrößern und kann ein paar 
Details erkennen. Da erkennt man auch den 22/22k Spannungsteiler.

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