Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 2pol-/3pol-Lüfter mit PWM-Betriebsspannung


von Mark K. (mamikoe)


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Hallole,
ich habe hier einen Sack voller 12V-12cm-Lüfter mit 3pol-Anschluß. Für 
den vorgesehenen Verwendungszweck ist deren Drehzahl bei 12V zu hoch. 
Die klassische Lösung ist das Betreiben mit einem einstellbaren 
Netzteil. Aber das Anlaufverhalten bei niedriger Drehzahl/Spannung ist 
schlecht bzw. überhaupt das Einstellen einer möglichst niedrigen 
Drehzahl. Daher meine Frage, ob es überhaupt möglich ist, die Motoren 
der normalen 2pol- und3pol-Lüfter mit einer getakteten 
Versorgungsspannung, also mit einer PWM, zu betreiben, oder ob deren 
Motorentechnik/Elektronik dem entgegensteht (ich weiß, daß es 
4pol-Lüfter gibt, die mit voller Betriebsspannung versorgt und deren 
Drehzahl über eine Ansteuer-PWM am 4. Pin gestellt wird, aber ich habe 
nun mal "nur" diese 3pol-Lüfter).

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Bisher waren bei mir, wenn nur über die Betriebsspannung beinflusst 
wurde, die 2-adrigen Lüfter besser zu steuern.

Wenn man beides getrennt beeinflusst, wie bei dreiadrigen Lueftern 
moeglich, war das insgesamt besser zu steuern im unteren 
Drehzahlbereich.

von Udo S. (urschmitt)


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Mark K. schrieb:
> ich habe hier einen Sack voller 12V-12cm-Lüfter mit 3pol-Anschluß.

Keiner kennt die Lüfter in deinem Sack.
Probiere es doch einfach aus.

Mark K. schrieb:
> Aber das Anlaufverhalten bei niedriger Drehzahl/Spannung ist
> schlecht bzw. überhaupt das Einstellen einer möglichst niedrigen
> Drehzahl.

Das ist immer problematisch, weil bei Alterung / Verschmutzung der Lager 
aus langsam drehend irgendwann stehend wird.
Besser wäre in dem Fall eine Regelung, die den 3. Pin (Feedback Tacho) 
auswertet.
Achtung bei Ansteuerung mit PWM. Das Tachosignal stimmt nur wenn da 
durchgehend Spannung ansteht. Normalerweise wird dann kurzzeitig eine 
längere Pulszeit eingestreut, damit die Zeit zwischen zwei Tachoimpulsen 
erfasst werden kann.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Wobei ich mich auf 3-adrige Lüfter mit Steuereingang bezog, nicht mit 
Tachoausgang.

: Bearbeitet durch User
von Mark K. (mamikoe)


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Meine Frage ist doch gerade, ob sich diese 2- und 3poligen Lüfter auch 
mit einer PWM ansteuern lassen. Das ist doch unabhängig vom Fabirkat 
(und es dürfte auch nicht helfen, wenn ich sage, daß es Arctic F12 
sind). Das Probem bei dem Ausprobieren ist: Ich habe in Erinnerung, 
irgendwo mal gelesen zu haben, daß "normale" Lüfter dabei abrauchten. Da 
ich keine Ahnung habe, wie so ein Lüfter innen aufgebaut ist, was das 
für Motoren sind, möchte ich nichts riskieren.
Einer Regelung über die Betriebsspannung steht entgegen, daß es sich um 
eine Vielzahl von Lüfern handelt, die dann jeweils eine Regelung 
benötigen würde. Das wird zu aufwendig. Es würde helfen, wenn sie 
parallel geschaltet mit einer 12V-PWM so versorgt werden, daß alle 
langsamer anlaufen als mit einer niedrigen Betriebsspannung möglich.

von Gerald B. (gerald_b)


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Wenn die Lüfter, wie die 4 poligen Mainboardlüfter, nach Intel 
Spezifikation laufen, dann habe ich eine einfache Lösung eines 
Australiers gefunden.
https://www.instructables.com/4-Wire-Fan-PWM-Speed-Controller-Using-555-Timer-IC/
Allerdings geht es noch etwas simpler, als er vorgschlagen hat.
Den 7805 Spannungsstabi weglassen. Der LM/NE555 verträgt bis zu 15V und 
fühlt sich somit auch mit 12V Spannungsversorgung recht wohl. An den 
Ausgang kommt ein 1K Widerstand und dahinter gegen Masse eine 5,1V 
Z-Diode - schon ist der Logikpegel auf 5V geclampt :-)
Hab mir dafür briefmarkengroße Boards in SMD fertigen lassen. Das 
Konzept funktioniert sehr gut.

von Michael B. (laberkopp)


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Mark K. schrieb:
> Daher meine Frage, ob es überhaupt möglich ist, die Motoren der normalen
> 2pol- und3pol-Lüfter mit einer getakteten Versorgungsspannung, also mit
> einer PWM, zu betreiben, oder ob deren Motorentechnik/Elektronik dem
> entgegensteht

Die Frage ist gerechtfertigt, denn es kommt drauf an

1. klassische DC Permanetmagnetmotoren: ja

2. BLDC mit Elko zum Puffern der Versorgungsspannung: nein, funktioniert 
auch nicht ordentlich d.h. der Motor verliert kaum Drehzahl bei 80 oder 
50% PWM, erst bei 10% oder so und dann abrupt

3. BLDC ohne Kondensator zum Abblocken der Versorgungsspannung: ja

Viele PC Lüfter sind 3, aber es gibt auch 2. 1 findet man eher bei 
nicht-PC-Lüftern


Die PWM Frequenz sollte eher gering sein (20-50Hz) und nicht hoch 
(1kHz+).

: Bearbeitet durch User
von Mark K. (mamikoe)


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Gerald B. schrieb:
> Wenn die Lüfter, wie die 4 poligen Mainboardlüfter, nach Intel
> Spezifikation laufen, dann habe ich eine einfache Lösung eines
> Australiers gefunden.

Es sind keine 4-polige Lüfter. Wären es solche würde ich nicht fragen.

von Mark K. (mamikoe)


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Michael B. schrieb:
> Die Frage ist gerechtfertigt, denn es kommt drauf an
...
> 3. BLDC ohne Kondensator zum Abblocken der Versorgungsspannung: ja
> Viele PC Lüfter sind 3, aber es gibt auch 2. 1 findet man eher bei
> nicht-PC-Lüftern

Tja. Weiß ich nicht. Aus den Unterlagen des Herstellers ergibt sich das 
leider auch nicht. Da hilft wohl nur ausprobieren ... ?

> Die PWM Frequenz sollte eher gering sein (20-50Hz) und nicht hoch (1kHz+).

Danke für de Tip. Besteht beim Ausprobieren die Gefahr, den Lüfter zu 
beschädigen?

von Nemopuk (nemopuk)


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Mark K. schrieb:
> Daher meine Frage, ob es überhaupt möglich ist, die Motoren der normalen
> 2pol- und3pol-Lüfter mit einer getakteten Versorgungsspannung, also mit
> einer PWM, zu betreiben

Kommt auf die Lüfter an. Mit den gegebenen Infos ist das nicht 
einschätzbar. Normale Lüfter sind in der Regel nicht für pulsierende 
Versorgungsspannung geeignet.

Mark K. schrieb:
> Das ist doch unabhängig vom Fabirkat

Quatsch. Wie kommst du darauf, daß alle 3-poligen Lüfter die selbe 
Elektronik enthalten?

Mark K. schrieb:
> Besteht beim Ausprobieren die Gefahr, den Lüfter zu beschädigen?

Ja ist denkbar. Höher ist das Risiko, die Transistoren zu zerstören. 
Wenn es ganz blöd läuft, störst du die 12V Versorgung durch die 
Kurzschluss-Impulse (auf die Kondensatoren im Lüfter) so sehr, dass 
davon etwas anderes kaputt geht.

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Nemopuk schrieb:
> Normale Lüfter sind nicht für pulsierende Versorgungsspannung geeignet.

In dem Falle muesste Mark ein LCL-Filter zur Glaettung vorschalten.

Den kleinen internen Kondensator am Power-Eingang des Lüfters killte ich 
schon mal mit PWM.

von Nemopuk (nemopuk)


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Dieter D. schrieb:
> In dem Falle muesste Mark ein LCL-Filter zur Glaettung vorschalten.

Ja. Eine geregelte PWM mit LC Filter nennt man auch Schaltwandler (aka 
Step-Down Converter).

von Εrnst B. (ernst)


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Gerald B. schrieb:
> Allerdings geht es noch etwas simpler, als er vorgschlagen hat.
> Den 7805 Spannungsstabi weglassen. Der LM/NE555 verträgt bis zu 15V und
> fühlt sich somit auch mit 12V Spannungsversorgung recht wohl. An den
> Ausgang kommt ein 1K Widerstand und dahinter gegen Masse eine 5,1V
> Z-Diode - schon ist der Logikpegel auf 5V geclampt :-)

Nur der Vollständigkeit halber (ja, der TE hat keine 4-Pol-PWM-Lüfter):

Das PWM-Signal zum Lüfter ist OpenCollector, der Pullup sitzt im Lüfter.
Wenn der Lüfter intern mit 3.3 V arbeitet macht ein auf 5.1V geclampter 
Logik-Pegel den möglicherweise genauso kaputt wie 12V.

Und die Kennlinie stimmt mit Push-Pull-Ansteuerung u.U. nicht. Die 
allerersten 4-Pin-Lüfter (Intel-Boxed) hatten eine komplett analoge 
Steuerung und da wurde das PWM-Signal per RC-Glied ausgewertet.

Beides kein wirkliches Problem (Lüfter die 5V am PWM-Pin nicht vertragen 
gibt's wohl nicht, und die Kennlinie kann einem egal sein, wenn man am 
Poti dreht "bis es passt")

Allerdings erstaunlich, dass diese "Instructables"-Seite sogar die 
Intel-Spec verlinkt, der Autor diese aber scheinbar selbst nicht 
angeschaut oder verstanden hat.

von Achim M. (minifloat)


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Nemopuk schrieb:
> Dieter D. schrieb:
>> In dem Falle muesste Mark ein LCL-Filter zur Glaettung vorschalten.
>
> Ja. Eine geregelte PWM mit LC Filter nennt man auch Schaltwandler (aka
> Step-Down Converter).

Den Stepdown könnte man mit Ausgangsspannung gleich 
Lüfter-läuft-vernünftig-an-Spannung starten lassen, um dann auf die 
Zieldrehzahl-Spannung absacken zu lassen.

Ich denke, dass das mit den üblichen LM2576/LM2596/XH2596 Modulen im 
einfachsten Fall per Kondensator, Feedbackpin gegen Ground, machbar sein 
müsste.

Erweiterung: Das Tachosignal kann mit einfach gestricktem F/V Wandler 
den genannten Spannungsboost auslösen. Scheint mir mit NPN-Transistor 
nebst etwaigem Hühnerfutter ebenfalls machbar.

mfg mf

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Lege einfach mal 6 wahllos herausgenommene Lüfter auf den Boden, so dass 
die Seite mit dem Typenschild sichtbar ist, mach mit dem Smartphone ein 
Foto mit lesbaren Typenschild von den 6 und lade es hier hoch.

von Mark K. (mamikoe)


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Dieter D. schrieb:
> Lege einfach mal 6 wahllos herausgenommene Lüfter auf den Boden, so dass
> die Seite mit dem Typenschild sichtbar ist, mach mit dem Smartphone ein
> Foto mit lesbaren Typenschild von den 6 und lade es hier hoch.

:-)) Ich habe weiter oben schon geschrieben, daß es "einfache" Artic F12 
sind.

von Mark K. (mamikoe)


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Achim M. schrieb:
> Den Stepdown könnte man mit Ausgangsspannung gleich
> Lüfter-läuft-vernünftig-an-Spannung starten lassen, um dann auf die
> Zieldrehzahl-Spannung absacken zu lassen.
> Ich denke, dass das mit den üblichen LM2576/LM2596/XH2596 Modulen im
> einfachsten Fall per Kondensator, Feedbackpin gegen Ground, machbar sein
> müsste.

Also einen Schaltregler, der beim Einschalten kurz mit 12V startet und 
dann auf die gerade-noch-laufen-Spannung runtergeht ... ?
>
> Erweiterung: Das Tachosignal kann mit einfach gestricktem F/V Wandler
> den genannten Spannungsboost auslösen. Scheint mir mit NPN-Transistor
> nebst etwaigem Hühnerfutter ebenfalls machbar.

Schwierig, da wie oben geschrieben einige Lüfter (parallel) und ich wie 
oben geschrieben keinesfalls für jeden Lüfter eine eigene Regelung haben 
möchte.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


Angehängte Dateien:

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Mark K. schrieb:
> wenn ich sage, daß es Arctic F12 sind

Mark K. schrieb:
> :-)) Ich habe weiter oben schon geschrieben, daß es "einfache" Artic F12
> sind.

Naja, nach dem Text nahm ich an, dass die Mehrzahl dieses Modell wären, 
aber noch andere darunter wären. So kann man sich täuschen.

Nach dem Du ersteren nicht zu haben scheinst, trifft wohl der zweitere, 
dessen Datenblatt ich hier hier hochgeladen habe, zu.

Auf eine niedrigere Drehzahl, als die PWM-Variante wirst Du den Lüfter 
nicht bekommen.

Mit der App Spektroid kannst Du die Lüfterdrehzahl herausbekommen. Z.B. 
ein Lüfter mit 7 Rotor 70Hz ein Peak also 600 U/min.

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