Elektrisch kommutierten PC-Lüfter mit Tiny25 steuern

[Comanche]

Hallo allerseits,

ich möchte gerne mit einem Attiny25 einen PC-Lüfter ansteuern. Natürlich habe ich dazu Google usw. bemüht und bin dabei auf eine Vielzahl von Lüftersteuerungen gekommen. Diese verwenden eigentlich, wenn man es auf einen gemeinsamen Nenner herunterbricht, alle eine PWM um einen Transistor oder MOSFET zu schalten wodurch letztlich der Motor/Lüfter geschaltet wird.

Ich habe mir das mal selber in Eagle gebastelt und dabei ist Folgendes (ich weiß, dass beim Attiny noch Einiges an Beschaltung fehlt, es ging mir nur darum zu zeigen, dass er eine andere Spannungsversorgung kriegt).

Bild hier  

Nun habe ich "blöderweise" nach dieser Planung noch weitergeforscht und habe dabei immer öfter lesen müssen, dass man PC-Lüfter mit Tacho-Signal so nicht steuern kann, da sie elektrisch kommutiert sind und es die Steuerung im Lüfter selber nicht mag, wenn man ihr x-mal pro Sekunde den Strom wegnimmt. Ich habe mich jetzt bemüht herauszufinden, wie ich in dem Fall doch noch eine Steuerung per Attiny hinkriegen kann, aber ich komme nicht voran. Ich habe Schaltungen gefunden, mit welchen man "nackte" Brushless Motoren ansteuern kann, allerdings würde ich es gerne vermeiden den Lüfter zu zerlegen. Andere Vorschläge sind wiederum (speziell im PC-Modding-Bereich) einfach ein Poti o.ä. zu nehmen und dann manuell darüber zu steuern. Ist natürlich machbar, ich möchte das Ganze aber einfach gerne elektronisch umsetzen (Stichwort Lerneffekt und so).

Meine Frage ist daher, gibt es eine (einfache) Möglichkeit einen normalen, elektrisch kommutierten, PC-Lüfter mit Hilfe eines Attiny anzusteuern so dass das Ganze a) überhaupt funktioniert, b) Störgeräusche usw. vermieden werden und c) ich den Lüfter nebst Steuerelektronik nicht (vollständig) zerlegen muss?

Danke fürs Lesen & Gruß,
Daniel

[PICture]

Hallo Comanche!

Ich habe nur ein bißchen mit BLDC PC Lüfter experimentiert und festgestelt, dass wegen von dir schon erwähnter innerer Steurung, kann man seine Drehzahl nur durch zysklisches An- und Abschalten der Versorgungspannung regeln.

Es wäre dann eine PWM mit langer Periode im Sekundenbereich, weil sie träge sind.

MfG

[Comanche]

Hallo,

vielen Dank für deine Antwort, die direkte Steuerung per PWM habe ich inzwischen verworfen.

Allerdings habe ich nun gelesen, dass es dennoch per PWM möglich sein soll wenn man dem Motor einen LC-Tiefpass voran schaltet. RC würde zwar auch gehen, aber da ich bei voller Spannung (12V) und blockierten Lüftern einen Strom von etwa 0.7A habe ist LC denke ich die bessere Lösung. Ich habe mir dazu einige Schaltungen angeschaut und meine dahingehend modifiziert.

Bild hier  

Mein Problem ist nun, dass ich nicht weiß, wie ich L und C dimensionieren muss. In den von mir betrachteten Schaltungen wurden unterschiedliche Werte verwendet, leider ohne irgendeinen Hinweis, warum sie genau in der Form dimensioniert wurden. Ich weiß, dass es in irgendeiner Weise davon abhängt, wie hoch die Frequenz meiner PWM ist und welche Restwelligkeit ich bereit bin zu akzeptieren. Nunja, und hier weiß ich nicht weiter. Ich möchte Lüfter ansteuern, Spannungsbereich 5 bis 12 V, demnach nehme ich an, dass die Restwelligkeit eine eher untergeordnete Rolle spielt. Mir ist es egal, ob die Lüfter sofort oder erst nach zwei Sekunden auf Änderungen reagieren. Genauso ist es mir egal ob die Spannung am Lüfter nun haargenau 12V ist oder zwischen 11.34V und 11.71V schwankt.

Ein Beispiel:
In einer Schaltung war L = 330µH und C = 100µF. Daraus ergibt sich eine Grenzfrequenz von 1/(2*Pi*sqrt(L*C)) ~ 876 Hz.

Warum die Werte nun genau so gewählt wurden kann ich nicht verstehen, es gibt keine Angaben z.B. über die genutzte Frequenz der PWM o.ä..

Wäre super wenn mir jemand helfen könnte oder mir anschaulich anhand eines Beispiels erklären könnte, wie ich vorgehen muss. Nehmen wir mal den Attiny25 mit 8 MHz. Der Timer hat 8 Bit, ergibt 256 Schritte. Macht, wenn ich keinen Prescaler nutze, eine PWM-Frequenz von etwa 31 kHz.

Und an dem Punkt komme ich jetzt nicht mehr weiter weil ich einfach nicht weiß was nun für die weitere Betrachtung wichtig ist.

Gruß,
Daniel

[BASTIUniversal]

Hallo!
Was du da aufgebaut hast, ist nichts anderes als ein Tiefsetzsteller. Auch bekannt als Step-Down-Wandler.
Die PWM-Frequenz solltest du deutlich höher als 876Hz wählen. Eher um die 10-100kHz (je größer die Frequenz, desto kleiner kann die Spule werden).

Dein N-FET wird in dieser Schaltung übrigens nicht funktionieren. Du brauchst einen P-FET inkl. geänderter Ansteuerung.

Gruß
Basti

[Comanche]

Hallo Basti,

vielen Dank für deine Antwort, der Hinweis mit dem Tiefsetzsteller hat mich etwas weiter gebracht. Ich habe dazu die folgende Seite gefunden:
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html

Ich bin nun wie folgt vorgegangen:
Ich möchte den Tiefsetzsteller so dimensionieren dass er geglättete 5 bis 12 Volt am Ausgang (ich weiß dass er wegen der Verluste in Spule usw. nie die vollen 12V liefern kann) liefert.

Die PWM-Frequenz ist 31250 Hz. Ist TOP 1 so wird also pro Takt ein Interrupt erzeugt und ich habe somit dauerhaft HIGH am Ausgang. Dies entspräche dann gleichzeitig etwa 12 V am Eingang des Tiefsetzstellers. Da der Counter 8 Bit hat kann ich minimal ein Delta von 12V/256 = 46mV auflösen. Bedeutet, dass der Counter für 5V bis etwa 108 zählen muss. Das bedeutet, dass ich ein Tastverhältnis von 108/256 = 0.42 habe. Dies entspräche dann einer PWM-Frequenz von 0.42*31250Hz = 13125 Hz.

Nun habe ich die oben verlinkte Seite genommen und die Werte für 5 und für 12V eingetragen. Also: Ua immer 12 V, Ue1 = 5V, Ue2 = 11.9V (wegen Verlusten usw.), f1 = 13125, f2 = 31250 Hz, Ia = 0.7A. Für Ia habe ich einfach den maximal benötigten Strom eingesetzt (?).

Für Ue1 wurde eine Induktivität von 854µH vorgeschlagen, für Ue2 eine von 11µH. Das Ganze habe ich nun gemittelt und 470µH eingesetzt. Das Ganze sieht insofern gut aus als dass der Strom durch die Induktivität bei 5V maximal 0.81A beträgt und ich somit eine 1A Drossel einsetzen könnte.

Sieht das soweit korrekt aus oder habe ich irgendwo einen groben Denkfehler? Und wie dimensionieren ich nun, wenn ich mich auf eine Spule festgelegt habe den Kondensator? Welche Grenzfrequenz wählt man sinnvollerweise? Und in Abhängigkeit wovon? Für die oben genannte 876 Hz ergäben sich z.B. 70µF. 68µF gewählt macht dann eine Grenzfrequanz von 890 Hz. Oder sollte man in dem Fall dann lieber zur größeren Kapazität 82 µF (oder gar 100µF) greifen?

Danke & Gruß,
Daniel

[PICture]

Hallo!

Das bedeutet, dass ich ein Tastverhältnis von 108/256 = 0.42 habe. Dies entspräche dann einer PWM-Frequenz von 0.42*31250Hz = 13125 Hz

Das ist Dein Denkfehler ein Tastverhältnis bei PWM mit anderer Frequenz zu mischen. Eine PWM hat üblich feste Frequenz und variablen Tastverhältnis.

MfG

[Comanche]

Hallo,

danke für den Hinweis. Stimmt denn somit meine gesamte Überlegung nicht oder ist einfach nur die Formulierung falsch, dass sich die PWM-Frequenz ändert? Gemeint war damit eigentlich, dass sich die Frequenz ändert, mit der der MOSFET geschaltet wird.

Gruß,
Daniel

[PICture]

Das ist auch falsch, da bei PWM schaltet der MOSFET mit fester Frequenz und nur die An- und Auszeiten varieren.

MfG

[Comanche]

Hm,

jetzt komm ich doch langsam etwas ins Schwitzen, ich dachte ich hätte die PWM verstanden, aber irgendwie doch nicht

Ich hab mir die PWM grad nochmal angeschaut. Der Takt ist maximal 31250 Hz. Der Counter hat 8 Bit, zählt somit maximal bis 256. Damit habe ich dann eine maximale Pulsdauer von 256/31250 = 8.192ms. Der MOSFET schaltet somit mit 1/8.192ms = 122 Hz.

Ist das korrekt?

[PICture]

Ja, das stimmt. Ich glaube, dass Du es jetzt schon verstehst.

Ich rechne das einfacher : 31250/256 was das gleiche ergibt. Die Eingangsfrequenz des Zählers ist eben nicht der geteilter Frequenz (also PWM) gleich.

MfG