Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Grundlegende Frage zu PWM


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von Wilfred (Gast)


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Hallo.

Ich hoffe ihr könnt mir helfen die Grundlagen von PWM zu verstehen.

Als aller erstes: Nachdem ich Wiki, Google und Co konsultiert habe, 
verstehe ich das laienhaft so, dass PWM im Grunde genommen eine 
abgestimmte Folge von "Strom an - Strom aus"-Signalen ist, die bei 
Gleichstrom-Verbrauchern zu einer gewollt reduzierten Leistung führt.
Sprich, als wenn ich ein Lichtschalter extrem schnell an und aus 
schalten würde, und so eine (naja, GLeichstrom-betriebene) Lampe zu nur 
60% leuchten lasse, um gedimmtes Licht zu erreichen.
Ist das korrekt?

Nun sehe ich immer wieder, wenn ich nach DC Motoren, oder um ein noch 
simpleres Beispiel zu nehmen, nach PC Lüftern schaue, dass diese über 
viele Anschlüsse verfügen.
Für mein Verständnis (wie ober erklärt) wären doch lediglich Plus und 
Minus nötig, oder?
Warum hat denn so ein Lüfter 4 Pins?
Bzw. Es gibt ja die "DC controlled", die dann 3 Pins haben (Plus, Minus 
und ... Drehzahl-Signal?)
Um die mit PWM zu betreiben, müsste man doch das Signal einfach an Plus 
und Minus klemmen, stattdessen haben die aber noch ein 4. Pin. Wofür 
das?

von Hauspapa (Gast)


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Dein PC Lüfter hat Elektronik drin.

Plus und Minus ist klar.
1x Drehzahl „ist“ um zu erkennen wenn der Lüfter ausgefallen ist und um 
Lüfter synchronisieren zu können. 1x Drehzahl „soll“ um analog oder PWM 
um der Lüfterelektronik zu sagen was sie tun soll.

Viel Erfolg
Hauspapa

von Wilfred (Gast)


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Danke für die schnelle Antwort.
Leider gehst du gerade nicht auf den Punkt ein, der mir unklar ist.
Die Drehzahl wird ja durch das an-aus-Signal erzeugt.
Warum brauche ich denn dann noch Plus und Minus?
Ich dachte Das Signal ersetzt Plus, weil es ja 12V sind, die ständig an 
und aus gehen Oo

von fop (Gast)


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Nein, die eingebaute Elektronik mag ständig mit Spannung versorgt 
werden, deshalb darf die PWM nicht die Versorgung ersetzen. Ausserdem 
macht es das dem Mainboard die Sache bequemer. Die PWM kann zwischen 0 
und 5 Volt wechseln und brauch viel weniger Strom liefern zu können, als 
zum Betrieb des Lüftermotors nötig wäre.

von Veit D. (devil-elec)


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Hallo,

3 Pin Lüfter sind eigentlich analog gesteuert. Der 3. Ausgang ist das 
Drehzahlsignal. Plus wird analog zwischen 0V und 12V geändert. Auch wenn 
das nicht vorgesehen ist, kann man diese Lüfter am Plus Kontakt mit PWM 
beaufschlagen. Ergibt hin und wieder unschöne Geräusche. Werden also 
mittels PWM missbraucht. Lieber nicht machen.

4 Pin Lüfter sind PWM gesteuert. Stabile 12V und Masse. Drehzahlausgang 
und PWM 5V Steuereingang. Letzterer muss ca. 25kHz haben. Den Rest macht 
die interne Elektronik.

: Bearbeitet durch User
von Wilfred (Gast)


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Achso ... jetzt geht mir ein Licht auf.
PWM ist kein "Antriebs-" sondern ein "Steuer-Signal".
D.h. aber PWM ist immer "nur" ein Steuer-Signal, oder ist es "mal so, 
mal so"?
D.h. könnte ich z.B. einen alten DC Motor aus einem Tapedeck mit PWM 
Signal versorgen und gleichzeitig damit auch die Drehzahl bestimmen ? 
(in dem Fall natürlich ohne Feedback über die tatsächlich erreichte 
Drehzahl)

von Falk B. (falk)


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Wilfred schrieb:
> Hallo.
>
> Ich hoffe ihr könnt mir helfen die Grundlagen von PWM zu verstehen.
>
> Als aller erstes: Nachdem ich Wiki, Google und Co konsultiert habe,
> verstehe ich das laienhaft so, dass PWM im Grunde genommen eine
> abgestimmte Folge von "Strom an - Strom aus"-Signalen ist, die bei
> Gleichstrom-Verbrauchern zu einer gewollt reduzierten Leistung führt.
> Sprich, als wenn ich ein Lichtschalter extrem schnell an und aus
> schalten würde, und so eine (naja, GLeichstrom-betriebene) Lampe zu nur
> 60% leuchten lasse, um gedimmtes Licht zu erreichen.
> Ist das korrekt?

Ja.

> Für mein Verständnis (wie ober erklärt) wären doch lediglich Plus und
> Minus nötig, oder?

Richtig. Das geht aber nur mit klassischen, passiven Bürstenmotoren, 
nicht mit modernen, elektronisch kommutierten Motoren. Denn da würde man 
der Steuerelektronik periodisch den Saft abdrehen, das mag die gar 
nicht.

> Warum hat denn so ein Lüfter 4 Pins?
> Bzw. Es gibt ja die "DC controlled", die dann 3 Pins haben (Plus, Minus
> und ... Drehzahl-Signal?)
> Um die mit PWM zu betreiben, müsste man doch das Signal einfach an Plus
> und Minus klemmen, stattdessen haben die aber noch ein 4. Pin. Wofür
> das?

Für die PWM. Die interne Steuerelektronik setzt das dann in die spezille 
Ansteuerung für den Motor um.

von Falk B. (falk)


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Wilfred schrieb:
> Achso ... jetzt geht mir ein Licht auf.
> PWM ist kein "Antriebs-" sondern ein "Steuer-Signal".
> D.h. aber PWM ist immer "nur" ein Steuer-Signal, oder ist es "mal so,
> mal so"?

PWM ist ein Steuerprinzip.

> D.h. könnte ich z.B. einen alten DC Motor aus einem Tapedeck mit PWM
> Signal versorgen und gleichzeitig damit auch die Drehzahl bestimmen ?

Ja.

von Erwin D. (Gast)


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Wilfred schrieb:
> Achso ... jetzt geht mir ein Licht auf.
> PWM ist kein "Antriebs-" sondern ein "Steuer-Signal".
> D.h. aber PWM ist immer "nur" ein Steuer-Signal, oder ist es "mal so,
> mal so"?
> D.h. könnte ich z.B. einen alten DC Motor aus einem Tapedeck mit PWM
> Signal versorgen und gleichzeitig damit auch die Drehzahl bestimmen ?
> (in dem Fall natürlich ohne Feedback über die tatsächlich erreichte
> Drehzahl)

Nein. Im Fall des Lüfters ist die PWM ein Steuersignal. Die Elektronik 
des Lüfters braucht eine dauerhafte Spannung, um zu funktionieren und 
das Steuersignal auswerten zu können.

Wenn bei einem DC-Motor ohne Elektronik seine Betriebsspannung mittels 
PWM geschaltet wird, kannst du damit den Motor steuern. Dafür musst du 
eben die Leistung bereitstellen, die der Motor braucht um zu drehen.

Jetzt etwas klarer? :-)

von Jens (Gast)


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Wilfred schrieb:
> Achso ... jetzt geht mir ein Licht auf.
> PWM ist kein "Antriebs-" sondern ein "Steuer-Signal".
> D.h. aber PWM ist immer "nur" ein Steuer-Signal, oder ist es "mal so,
> mal so"?
> D.h. könnte ich z.B. einen alten DC Motor aus einem Tapedeck mit PWM
> Signal versorgen und gleichzeitig damit auch die Drehzahl bestimmen ?
> (in dem Fall natürlich ohne Feedback über die tatsächlich erreichte
> Drehzahl)

So ist es. Es ist aber keine gute Idee, mittels PWM und ohne Feedback 
die Drehzahl eines normalen DC-Motors einstellen zu wollen. Die Drehzahl 
ist dann sehr lastabhängig. Was gut klappt, ist z.B. die Helligkeit 
einer LED mit PWM einzustellen.

von Wilfred (Gast)


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Ok, jetzt bin ich wieder verwirrt ^^
Falk sagt, Motor mit PWM speisen geht. Erwin sagt, nö :D

Um vielleicht den Background meiner Frage zu geben:
Ich habe viele gebrauchte Teile aus alten "Organspendern", womit ich ab 
und zu mal was bastle.
Darunter z.B. LEDs. Die konnte man mit den alten Multimetern (die 
"guten" alten in der Stahlbox ^^) ja als "Widerstand" messen und wenn 
sie geleuchtet haben, wusste man, "jep, der ist noch gut".
Mit modernen Multimetern kriege ich da sehr seltsame Ergebnisse. Mal ist 
in beide Richtungen offen, mal kriege ich in beide Richtungen einen Wert 
angezeigt. LED leuchtet sowieso gar nicht mehr. Und unabhängig vom 
Messergebnis, wenn ich die LED über ein Vorwiderstand an ein Netzteil 
anschließe, funktionieren diese mal, und mal wieder nicht.

Gleiches Gilt für Motoren. Ich habe eine große Kiste alter Diktiergeräte 
bekommen, die ich geschlachtet habe. Hier ergibt sich das Problem 
weniger im Prüfen, ob die gehen, sondern mehr darin, dass ich so ein 
kleinen Motor z.B. für optische Täuschungen verwenden würde. Z.B. eine 
Hologramm-Uhr. Dafür muss ich aber eine ganz bestimmte Geschwindigkeit 
einstellen, sondern verzerrt das Bild bzw. kommt nicht zu Stande.

Der Gedanke war also, einen "universellen" PWM Generator zu bauen, mit 
dem man solche Teile testweise ansteuern kann.
Im Netz gibt es ja zig Anleitungen. Z.B. auf Basis eines IRFP460 (davon 
habe ich auch noch mehrere da ...), der dann aber einen eigenen 
Frequenzgenerator bräuchte.
Aber es gibt auch welche auf einem 555 IC aufgebaut, der halt bei weitem 
nicht so Leistungsfähig ist.

von Erwin D. (Gast)


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Wilfred schrieb:
> Falk sagt, Motor mit PWM speisen geht. Erwin sagt, nö :D

Hast du meinen Beitrag zu Ende gelesen? ;-)

von Wilfred (Gast)


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Sorry, ich hatte das gerade etwas anders verstanden.
Manchmal hilft es eben einfach nochmal drüber zu gehen ^^

D.h. für so ein "universal Generator" wäre es tatsächlich sinnvoll, die 
größere Variante zu wählen, um auch ein Breites Feld abzudecken.

Danke euch.

von Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)


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Wilfred schrieb:
> Darunter z.B. LEDs. Die konnte man mit den alten Multimetern (die
> "guten" alten in der Stahlbox ^^) ja als "Widerstand" messen und wenn
> sie geleuchtet haben, wusste man, "jep, der ist noch gut".
> Mit modernen Multimetern kriege ich da sehr seltsame Ergebnisse. Mal ist
> in beide Richtungen offen, mal kriege ich in beide Richtungen einen Wert
> angezeigt. LED leuchtet sowieso gar nicht mehr. Und unabhängig vom
> Messergebnis, wenn ich die LED über ein Vorwiderstand an ein Netzteil
> anschließe, funktionieren diese mal, und mal wieder nicht.

Vielleicht ist die LED defekt, oder du misst "verkehrt".

Eine einzelne weiße LED hat eine Durchlassspannung von ca. 3,4V. Ein 
Multimeter in Dioden-Test-Modus sollte ca. 5V an den Prüfspitzen 
ausgeben, mit einem sehr geringen Mess-Strom. Der reicht meistens aus, 
umd die LED ein wenig zum glimmen zu bringen.

Ich hab grade mal eine "Reflektorlampe GU10, 4.8 W", bestehend aus 3 
einzelnen LED, derartig ausgemessen. Ich nutze ein simples Multimeter. 
Alle 3 LED haben geleuchtet.

Es gibt aber durchaus auch (meistens in LED-Lampen verbaute) LED, welche 
"nach aussen" ausssehen wie eine einzelne LED, tatsächlich jedoch aus 
mehrere hintereinander geschaltete LED bestehen. Diese sind mit dem 
Multimetertest nicht ausmessbar.

von michael_ (Gast)


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Wilfred schrieb:
> Der Gedanke war also, einen "universellen" PWM Generator zu bauen, mit
> dem man solche Teile testweise ansteuern kann.

Gibt es eim freundlichen Chinamann für Billiggeld.

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


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Wilfred schrieb:
> PWM ist kein "Antriebs-" sondern ein "Steuer-Signal".
> D.h. aber PWM ist immer "nur" ein Steuer-Signal, oder ist es "mal so,
> mal so"?

Man verwendet das mal so, mal so. Bei "dummen" Verbrauchern wie einem 
LED-Streifen oder der Heizplatte der Kaffeemaschine schaltet man einfach 
die Versorgung ein und aus. Bei den LED schnell, damit es nicht 
flackert. Bei der Heizplatte langsam (im Sekundenbereich).

Der PC-Lüfter ist insofern ein Sonderfall, daß er eigene "Intelligenz" 
besitzt, nämlich die interne Elektronik. Vor allem das Drehzahlsignal 
des Lüfters würde nicht mehr funktionieren, wenn du dem die 
Betriebsspannung mit PWM modulierst.

> D.h. könnte ich z.B. einen alten DC Motor aus einem Tapedeck mit PWM
> Signal versorgen und gleichzeitig damit auch die Drehzahl bestimmen ?

Kommt auf den Motor an. Gerade in Bandlaufwerken findet man oft Motoren 
mit eingebauter Drehzahlregelung. Wenn es denn ein Motor sein muß: ein 
Dremel oder eine Proxxon Minibohrmaschine würde gehen. Natürlich nur die 
eInfachen Modelle für Kleinspannung 12V oder 24V ohne interne 
Drehzahlregelung.

von Teo D. (teoderix)


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Wilfred schrieb:
> Der Gedanke war also, einen "universellen" PWM Generator zu bauen, mit
> dem man solche Teile testweise ansteuern kann.

Kannste bei Disketten Antrieben vergessen . Die arbeiten teils sehr 
unterschiedlich und brauchen zB. auch mal einen 1MHz Sinus als 
Steuersignal.

3Piner einzeln OK. Zu zweit o. mehreren, kommt es zu lustigen 
gegenseitigen Störungen der Elektronik.
4Piner, nur wen die Frequenz ungefähr 20-25kHz beträgt.

DVMs messen gern auch mal nur mit 2V, auch wenn sie mehr zur Verfügung 
hätten. Funst dann natürlich nicht mit allen LEDs (<- Hier klicken für 
die Gründe).

von Jens M. (schuchkleisser)


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Der Primärgrund, das PC-Lüfter heutzutage mit 4 Drähten versorgt sind: 
das ist einfacher.
Am Anfang war der 3-poler, mit fester 12V-Versorung. Der dritte Pin war 
zur Drehzahlmessung, denn wenn der Lüfter klemmt geht dein 200 
Mark-Pentium in Rauch auf.
Später wurden die Dinger aus Krachgründen runtergeregelt. Das ist aber 
doof, denn wenn man die einfache Schaltung mit den N-Transistoren nutzt, 
nimmt man dem Lüfter die Masse, auf die sich das Drehzahlsignal bezieht, 
man kann also die Drehzahl nur kompliziert messen.
Steuert man Plus, muss man mehr Schaltung auf dem Mainboard bauen, weil 
das nicht so einfach geht, und außerdem sind P-Transistoren immer 
schlechter als N. Dafür kann man aber auch die Drehzahl messen, wenn man 
analog steuert (also 6-12V statt 50-100%), was aber die Schaltung noch 
komplexer macht.

Da hatte nun jemand bei Intel eine Idee:
Im Lüfter ist doch sowieso eine Schaltung drin, die die Spulen des 
Motors steuert. Wenn ich deren Steuersignal beeinflusse, kann ich den 
Motor abschalten, ohne das ich groß Leistung oder Spannung zu schalten 
habe.
Der 4. Pin war geboren, denn der kostet nix. Dadurch, das Dauerspannnung 
am Lüfter ansteht, ist jederzeit eine Drehzahlerfassung möglich, 
gleichzeitig ist ein nicht-Leistungs-Logiksignal ausreichend um die 
Geschwindigkeit zu steuern, also einfacher für das Board. Und es erlaubt 
einfach, nahezu beliebige Anzahlen Lüfter parallel an einen Port zu 
machen, mit auch noch beliebigen Spannungen, allerdings kann man 
natürlich nur von einem die Drehzahl messen.

Ein bürstenbehafteter DC-Motor mit zwei Polen lässt sich einfach über 
ein PWM-Signal in der Drehzahl steuern, wenn man genug Strom zur 
Verfügung stellt. Jeder Modellbau-ESC geht so.
Dementsprechend gibt es solche PWM-Generatoren die auch eine Last 
versorgen können für wenig Geld aus China.
Die sind dann auch geeignet z.B. für LEDs oder andere Lasten (bis an 
ihre Grenzen für Strom und Spannung), allerdings darf man da LEDs nur 
anschließen, wenn man dran denkt das der PWM-Generator nicht 3V abgibt, 
sondern z.B. 12V für ein Viertel der Zeit. Der Verbraucher muss also für 
12V ausgelegt sein, im Falle einer LED z.B. mit Widerstand.
Entsprechendes gibt's auch als LED-Dimmer, das ist beinah das gleiche, 
bloß mögen die keine induktiven Lasten wie einen Motor. bis auf eine 
Freilaufdiode ist das aber eine identische Schaltung.

: Bearbeitet durch User
von fop (Gast)


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Wilfred schrieb:
> Ok, jetzt bin ich wieder verwirrt ^^
> Falk sagt, Motor mit PWM speisen geht. Erwin sagt, nö :D

Naja, es gibt halt nicht nur einen Motor.
VW-Käfer-Benziner-Motor mit PWM steuern wird schwierig.
Schnöden DC-Motor aus billigem Spielzeugauto mit gepulster Spannung, 
statt mit Gleichspannung, zu betreiben geht da schon einfacher.
Bei BLDC Motoren kommt man kaum noch drum herum, die Spannung an den 
Spulen mittels PWM zu verändern.

Und hierbei nicht Motor und Motor inklusive ein-/angebauter 
Ansteuerelektronik in einen Topf werfen.

Noch nicht ganz verwirrt ? Dann nehmen wir mal einen BLDC-Motor im 
Modellflugzeug. Der Fernsteuerempfänger gibt eine PWM an die 
Motorelektronik. Das ist nur ein leistungsschwaches Steuersignal, in dem 
die Stellung des Steuerknüppels codiert ist.
Die Motorelektronik steuert daraufhin 6 Transistoren per PWM an, die 
dann die Leistung für den Motor bereit stellen. Das das sowieso passend 
zur Stellung des Motors erfolgen muss, kann die Motorelektronik auch 
nebenbei die Drehzahl regeln.

von Jörg (Gast)


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Wilfred schrieb:
> Ich hoffe ihr könnt mir helfen die Grundlagen von PWM zu verstehen.

Bitteschön die Grundlagen
https://www.youtube.com/watch?v=98si4uLcCpc

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