12V Lüfter regeln über PWM, Raspberry Pi, PWM glätten

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12V Lüfter regeln über PWM, Raspberry Pi, PWM glätten
Suche nach: lüfter (6833) pwm (3609) raspberry (238) pwm (3609)

    







BID = 962243

myp

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Beiträge: 22
Wohnort: Berlin
 

  


Hallo,

ich würde gerne einen 12V Lüfter mit Hilfe eines Raspberry Pi über PWM regeln.

Der Lüfter wird maximal 0,3A Strom brauchen. Da der RasPi selbst keine 12V hat, habe ich ein extra Netzteil dafür mit 12V und 1A.

Da die meisten Lüfter wohl brushless Motoren besitzen (sofern man dazu überhaupt was heraus bekommen kann), würde ich das PWM Signal gerne glätten, da diese Motoren mit zerhackter Spannung nicht wirklich gut zureckt kommen.

Ich habe mir dazu die angehängte Schaltung ausgedacht, wobei ich dazu noch ein paar Fragen habe.

Da der GPIO mit dem PWM-Signal vom RasPi nur 3,3V liefert, bräuchte ich zur Ansteuerung des Lüfters direkt über einen Mosfet auf jeden Fall einen Logic-Level Mosfet. Da ich ja aber auch 12V zur Verfügung habe, dachte ich mir, das ich den Mosfet ja auch darüber mit Hilfe eines Bipolar-Transistors betreiben kann. Dadurch wird die Auswahl an Mosfet's, welche ich verwenden kann, ja größer.

Ich bin mir nur nicht ganz sicher, ob man das so machen kann, da ich immer mal wieder gelesen habe, das ein Transistor als Schalter (im gesättigten Zustand) ziemlich langsam Schalten würde. Wobei ich aber nicht weiß ob langsam hier immer noch schnell genug ist.

Eine andere Frage ist.. Findet man im Datenblatt eines Mosfet heraus, wie viel Strom dieser beim Schalten braucht? Ich muss ja irgendwie den Widerstand R1 für den Transistor Q2 berechnen. Oder nimmt man für R1 dann einfach nur einen gängigen Wert? Oder begrenzt man vielleicht den Gate-Strom für Q1 durch einen zusätzlichen Widerstand, sodass man dann R1 danach berechnen kann?

Für Q1 brauche ich ja einen Mosfet mit möglichst geringem RDS(on), sodass ich bei 100% PWM-Tastverhältnis noch möglichst volle 12V am Eingang vom Lüfter erhalte. Ich dachte da z. B. an einen IRF9540 oder habt Ihr da bessere Vorschläge?

Nun aber zu meinem größten Problem, dem LC-Tiefpass. Ich habe darüber nun schon einiges gelesen, aber wirklich schlauer wie die LC-Kombination nun auszusehen hat bzw. ich diese berechnen kann, bin ich dabei nicht geworden.
Ich weiß nur, das man einen Lüfter wohl am Besten bei PWM-Frequenzen zwischen 25-65kHz betreibt und je höher die Frequenz ist, umso kleiner kann der Wert der Spule werden.
Es würde mich wirklich sehr freuen, wenn mir jemand bei der Auswahl der PWM-Frequenz und der LC-Kombination helfen könnte.

Grüße,
Martin




BID = 962257

Maou-Sama

Schriftsteller



Beiträge: 787

 

  


Zitat :
ich würde gerne einen 12V Lüfter mit Hilfe eines Raspberry Pi über PWM regeln.
Regeln oder steuern?
Regeln hieße, du nimmst ein Tachosignal ab oder bestimmt die Temperatur im zu kühlenden Bereich, vergleichst mit Sollwert und änderst entsprechend die Spannung am Lüfter.
Stellen heist du gibst Spannung X an den Lüfter aus und hoffst, dass er dabei anläuft, dreht und nicht wegen verharzter Lager nur rumzuckt, oder wegen verstopfter Luftwege statt Orkan nur eine laue Brise kommt.


Zitat :
auf jeden Fall einen Logic-Level Mosfet
Jein. Aber dem Lüfter die Masseleitung zu schalten bringt Probleme, wenn du einen Tachoausgang am Lüfter zur Kontrolle nutzt (was ich DRINGEND empfehlen würde - zumindest um zu sehen ob sich was dreht).


Zitat :
Ich habe mir dazu die angehängte Schaltung ausgedacht, wobei ich dazu noch ein paar Fragen habe.
Ich denke die erste Frage muss sein; möchtest du die direkte Verbindung von Collector Q2 zur 12V Spannungsquelle nicht noch einmal überdenken? Wenn Q2 leitet schließt du die 12V Quelle kurz.
Und der Mosfet lacht sich eh krank, weil du seine Gate Source Strecke kurz schließt, also stets UGS=0 hast.
Ergo: mach die Verbindung auf und 1-2K rein.


Zitat :
da ich immer mal wieder gelesen habe, das ein Transistor als Schalter (im gesättigten Zustand) ziemlich langsam Schalten würde. Wobei ich aber nicht weiß ob langsam hier immer noch schnell genug ist.
Schnell genug. Warum willst du überhaupt mit 50kHz herumspielen? Ich würde das auf maximal 10-20kHz auslegen.

Und wenn du einen Transistor unbedingt schneller aus der Sättigung haben musst, dann kann man einen kleinen Kondensator über dem Basiswiderstand setzen, der im Abschaltmoment die BE Strecke kurz negativ vorspannt. Das sollte hier aber by far nicht nötig sein.


Zitat :
Findet man im Datenblatt eines Mosfet heraus, wie viel Strom dieser beim Schalten braucht?
Idealerweise Null, denn FET sind spannungsgesteuert, nicht stromgesteuert wie bipolare Transistoren. Ja, es gibt da die Gatekapazität die umgeladen werden will, aber das ist nicht so gewaltig, dass man sich für sowas damit belasten sollte.


Zitat :
muss ja irgendwie den Widerstand R1 für den Transistor Q2 berechnen
Unkluger Ansatz. Du WILLST sinnvollerweise Q2 in die Sättigung treiben wollen, damit die Gate Source Spannung von Q1 maximal wird. Denn je höher UGS an Q1, desto niedriger sein RDSon. Also wählst du R1 so, dass Q2 bei angepeiltem Kollektorstrom, (allein bestimmt durch den Kollektorwiderstand gegen 12V (der bei dir im Augenblick 0 Ohm wäre)) GANZ sicher in die Sättigung geht.
Meine Würfel sagen ... bei 3V3 aus dem Portpin und einem Kollektorwiderstand von 2K gegen 12V wäre ein R1 - würfel würfel würfel - irgendwas zwischen 1K und 3K.


Zitat :
Nun aber zu meinem größten Problem, dem LC-Tiefpass.
Äh. Als Tiefpass würde ich das nicht sehen wollen. Eher eine Step Down Schaltwander Konfiguration mit (noch fehlender) Freilaufdiode.
http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html#down


Tante Edit:
Im Übrigen mal hier schauen....
http://www.sprut.de/electronic/pic/projekte/luefter/luefter.htm
Kapitel "Lüfteransteuerung"


[ Diese Nachricht wurde geändert von: Maou-Sama am 30 Mai 2015 16:05 ]

BID = 962258

Offroad GTI

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Beiträge: 12634
Wohnort: Cottbus


Zitat :
bräuchte ich zur Ansteuerung des Lüfters direkt über einen Mosfet auf jeden Fall einen Logic-Level Mosfet.
Ja, so es ein N-Kanal FET als Lowside-Schalter wäre.
Du hast einen P-Kanal FET als Highside-Schalter.
Diese kannst du nur, wie du es schon halbwegs richtig gezeichnet hast, über einen zusätzlichen Transistor ansteuern, wenn die zu schaltende Spannung über der Steuerspannung liegt.




_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 962547

myp

Neu hier



Beiträge: 22
Wohnort: Berlin


Zitat :
Regeln oder steuern?

Dann regeln. Ich bekomme von einem Bauteil einen Temperaturwert und will mit dem Lüfter verhindern das es zu warm wird.


Zitat :
Aber dem Lüfter die Masseleitung zu schalten bringt Probleme, wenn du einen Tachoausgang am Lüfter zur Kontrolle nutzt (was ich DRINGEND empfehlen würde - zumindest um zu sehen ob sich was dreht).

Das Tachosignal des Lüfters wollte ich früher oder später sowieso noch auslesen, aber so betrachtet sollte ich das wirklich gleich von Anfang an besser machen. Danke für den Hinweis.


Zitat :
Ich denke die erste Frage muss sein; möchtest du die direkte Verbindung von Collector Q2 zur 12V Spannungsquelle nicht noch einmal überdenken?

Oh ja, so kann das in der Tat nicht funktionieren... Da war ich wohl nicht ganz bei der Sache!


Zitat :
Ich würde das auf maximal 10-20kHz auslegen

Naja, umso höher die Frequenz, umso kleiner kann ich den Wert der Spule wählen. Da ich den Lüfter gerne von 5V-12V regeln will und auch noch nicht ganz genau weiß, was ich für einen Lüfter nehme (also wie viel mA dieser max braucht), will ich einen möglichst großen Bereich abdecken. Daher also größerer Wert für die Spule und höherer Frequenzbereich.


Zitat :
Idealerweise Null, denn FET sind spannungsgesteuert, nicht stromgesteuert wie bipolare Transistoren. Ja, es gibt da die Gatekapazität die umgeladen werden will, aber das ist nicht so gewaltig, dass man sich für sowas damit belasten sollte

Das war mir klar mit Spannungsgesteuert. Mir ging es dabei wirklich um das umladen der Gatekapazität. Aber gut das die hierbei vernachlässigbar ist.


Zitat :
Äh. Als Tiefpass würde ich das nicht sehen wollen. Eher eine Step Down Schaltwander Konfiguration mit (noch fehlender) Freilaufdiode.

Vielen Dank!! Das hat mich sehr viel weiter gebracht, da ich mir auch nie ganz sicher war ob das nun ein wirklicher LC-Tiefpass ist oder eben wie von dir erwähnt ein Step-Down-Wandler.

Nun ist mir auch das Funktionsprinzip dahinter klar, nachdem ich mir die Tage noch einiges dazu durchgelesen habe. Ich habe daraufhin auch einen Online-Rechner und Formeln mit Erklärungen gefunden, wie man die Spule dimensionieren/berechnen muss und worauf man dabei achten muss.

Ich habe die Fehler in meiner Schaltung einmal bereinigt und diese noch einmal angehängt.

Ich hätte da aber noch eine Frage zur Strombelastbarkeit der Spule. Wie viel Strom muss diese mindestens aushalten können? Ich würde meinen, den maximal möglichen Laststrom plus die Hälfte des berechenbaren Stromripples plus ein wenig Zusatz, oder?
Das Selbe müsste für die Strombelastbarkeit der Diode gelten, oder?

Noch eine andere Frage. Kann man berechnen/abschätzen wie viel Strom ein Lüfter braucht, wenn dieser mit weniger als seiner maximalen Spannung betrieben wird? Ein Lüfter wird wohl keine ohmsche Last sein, oder?

Und noch eine letzte Frage. Ich habe bei meiner Suche noch eine Schaltung gefunden (die ich auch mal angehängt habe), die genau das Selbe macht, wie das was ich erreichen will.
Ist der Kondensator C1 hierbei nur zur Spannungsstabilisierung der 12V Leitung zuständig oder erfüllt dieser auch noch einen anderen Zweck?







BID = 962556

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
würde gerne einen 12V Lüfter mit Hilfe eines Raspberry Pi über PWM regeln.
Ein ziemlicher Blödsinn.
Wenn's der Übung dienen soll, kann man das mal machen, aber dann sollte man es auch selbst berechnen können und sich ein PWM-IC, wie etwa den TL494, nehmen, mit dem vernünftige Schaltfrequenzen möglich sind.
http://www.conrad.de/ce/de/product/.....etail


Zitat :
Da die meisten Lüfter wohl brushless Motoren besitzen
... und damit die PWM-Steuerung schon zur Hälfte erledigt ist, gibt es für wenig Geld welche, bei denen die Motoransteuerung einen Eingang für ein PWM-Signal oder für ein analoges Signal besitzt.


Zitat :
zu meinem größten Problem, dem LC-Tiefpass
Erübrigt sich, wenn du eine Lüfter mit Eingang für ein PWM-Signal benutzt. Das ist dann auch überhaupt nicht frequenzkritisch, 1..2kHz reichen. Vermutlich wird es intern mittels RC-Tiefpass sofort in ein analoges Signal gewandelt, das dann dem analogen PWM zugeführt wird.

http://www.pollin.de/shop/p/MTk4OTM......html

BID = 996287

mustafa

Gerade angekommen


Beiträge: 3


Zitat :

Zitat :
zu meinem größten Problem, dem LC-Tiefpass
Erübrigt sich, wenn du eine Lüfter mit Eingang für ein PWM-Signal benutzt. Das ist dann auch überhaupt nicht frequenzkritisch, 1..2kHz reichen. Vermutlich wird es intern mittels RC-Tiefpass sofort in ein analoges Signal gewandelt, das dann dem analogen PWM zugeführt wird.

http://www.pollin.de/shop/p/MTk4OTM......html


Das könnte mann dann direkt mit dem Raspberry pi steuern, aber wie hoch muss die Spannung sein (3,3volt??)Bitte für Leute die keine Ahnung haben erklären.

Muss ich das so verstehen, dass ich an den Lüfter 12V dauer Strom anlege und über den RB Pi den PWM Signal generiere? (Quasi als ob ich ein servo anschließe)

Danke an Alle.

BID = 996313

Otiffany

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Beiträge: 13749
Wohnort: 37081 Göttingen

Bitte nicht Strom und Spannung verwechseln!
"V" steht für Volt (Spannung) und "A" steht für Ampere (Strom)!

Gruß
Peter

BID = 996315

Kleinspannung

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Beiträge: 13324
Wohnort: Tal der Ahnungslosen


Zitat :
Otiffany hat am 23 Jul 2016 00:42 geschrieben :

Bitte nicht Strom und Spannung verwechseln!


Offtopic :

sprach der Ritter der gegen die Windmühlenflügel kämpfte...


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Manche Männer bemühen sich lebenslang, das Wesen einer Frau zu verstehen. Andere befassen sich mit weniger schwierigen Dingen z.B. der Relativitätstheorie.
(Albert Einstein)

BID = 996533

mustafa

Gerade angekommen


Beiträge: 3

Ja klar Strom A Spannung V

Kann einer mal ein blick auf diese Schaltung werden.
Ich habe nach dem Optokoppler mist gebaut, da brennt mir die Schaltung durch.

Ich habe noch nicht herausgefunden was für eine PWM Spannung mann braucht.
Bin am verzweifeln.

Ich möchte die Lüfter nur über PWM steuern,
also 12V Spannung liegen dauerhaft an den Lüfter.

Da muss doch einer sein das zu lösen.

Bitte um Hilfe.




BID = 996540

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12634
Wohnort: Cottbus


Zitat :
da brennt mir die Schaltung durch.
Ich sehe keine Sicherung.


Zitat :
Ich habe noch nicht herausgefunden was für eine PWM Spannung mann braucht.
Soweit wie ich es verstanden habe, beträgt die mit einer Trägerfrequenz von 25kHz pulsweitenmodulierte Steuerspannung 5V.

Apropos 25kHz, das ist für den PC817 bei derart geringen Kollektorstrom kaum zu schaffen. Die LED verschleift die Spannung u.U. auch noch etwas.

Hast du ein Oszilloskop?

Du kannst es ja auch erst mal ohne Optokoppler probieren.


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 25 Jul 2016 20:28 ]

BID = 996543

mustafa

Gerade angekommen


Beiträge: 3

Dann muss ich doch die massen von 12v und 5V zusammen legen oder??
ich habe Angst das ich dann den PI schrotte.

BID = 996552

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12634
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Dann muss ich doch die massen von 12v und 5V zusammen legen oder?
Ja.


Zitat :
ich habe Angst das ich dann den PI schrotte.
Da passiert nichts.



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