Ett par frågor kring fläktstyrning (CPU-fläkt)

[Magnus_K]

Jo.

Tänkte varvtalsstyra en 12V CPU-fläkt beroende på temperatur.
Den första lösningen jag gjorde vad att ta min temperatursensor (LM35) och köra in det analoga värdet i en µC. Baserat på resultatet så PWM-styrde jag en FET som drev fläkten.
Nu tänkte jag krångla till det lite och försöka lite mer analogt. Ovan lösning kommer vara backup:en om jag inte blir nöjd, men jag måste göra ett tappert försök först.

Har knåpat lite på schemat nedan och tycker det bör fungera men med vissa modifikationer. Frågorna är som följer:

1. Har sett på många fläktdrivningar att man lägger en diod parallellt med fläkten. Har också för mig att det är att förhindra att fläkten "backmatar" när man hastigt slår av drivningen och den varvar ner. Stämmer detta och har jag placerat/vänt dioden rätt?

2. Då tempsensorn kommer ge mellan 0.1 - 0.8V på utgången, vilket knappt ens räcker för Vbc, hur skulle ni göra här?
Min första tanke var att använda en op-amp emellan och ta upp spänningen så lägsta värde ligger runt 0.65V men det känns fel på något sätt.

3. Ska jag sluta posta min handritade scheman och klistra in LTSpice-urklipp istället?

DSC_2527.jpg

[RoPa]

Spåret du är inne på är inte bra. Det är bättre att styra med PWM än med variabel likspänning, PWM ger bättre vridmoment vid låga varv.
En analog lösning skulle därför vara en op baserad regulator (du behöver något som gör regleringsberäkningen från börvärde och ärvärde till styrsignal) som modulerar pulsbredden på en fast oscillator. Så med tre op kan du göra det "analogt".
En OP som osch (ramp våg), en som PWM (komparator) och en som reglerförstärkare (regulator).

Vill du gå vidare med en DC styrning så är enklaste sättet det du är inne på med att använda en OP till att förstärka ärvärdet till ett styrvärde. 0.1 - 0.8 V förstärks med 15 ggr till 1.5 - 12 V vilket matas till fläkten (går att göras bättre).

Lycka till!

[Tekko]

Tvärt om, det är inte alls bra att pwm styra fläktar som inte är gjorda för det, mycket bättre att göra det linjärt.

[SeniorLemuren]

Håller med Tekko. Eftersom det är en fläkt som skall styras så vill man ju bara ha det vridmoment som svarar för ett visst varvtal. Ökar vridmomentet så ökar varvtalet och vise versa.

[Icecap]

En "vanlig" BLDC-fläkt borde teoretisk köra mer stabilt på DC. Och en vanlig datorfläkt av dagen är en BLDC-motor.

Sedan var det schemat: Sensorn är väl OK - men känns lite overkill för min del.

MED det "måste" blandas in en op-amp, dels för att förstärka signalen och dels för att offsetta det.

Det du har ritat är en emitterföljare och den delen är OK. Men styrsignalen mellan kall och varm ändrar sig alldeles för lite så även om offset flyttas är det helt likgiltigt, alltså måste det förstärkas - och där kommer op-ampen in igen.

Att köra fläkten under en viss spänning får den inte att köra alls så egentligen bör man ha ett cut-off kretslopp vid den spänning så att man är säker på att fläkten antingen får spänning nog att köra eller inte får spänning alls.

Detta kan dock lösas vid att se till att spänningen till fläkten aldrig kommer under startspänningen.

Själv hade jag lösa det med en µC och filtrerat PWM-signalen till DC som sedan styr en MOSFET som driver fläkten. Såklart ska det till en feed-back från driftspänningen.

Med en µC ville det vara enkelt att klippa spänningen när det är dags och justering av hastighet och förstärkning är en mjukvarafråga.

[RoPa]

[Delar av detta beskrivs redan i Icecaps inlägg som kom in före]
Avser moment vid låg fart, en linjär DC styrning medför ofta att fläkten står still till en viss spänning för att sedan börja rotera med ganska hög fart, spänningen kan då sänkas för lägre varv men det blir en hysteres i styrningen, denna blir mindre med PWM, Om man nu är intresserad av ett brett reglerområde.

Då det är momentet som står i proportion till luftmängd, vilket är det man oftast slutligen vill styra och det står i proportion till PWM duty cycle så ger högre moment vid lägre utstyrning inte högre varvtal bara att det går att regler varvtalet lägre, den hysteres som uppstår med linjär drivning blir mindre.

Dessutom blir reglerfunktionen mer proportionell då PWM är effekt linjär medans spänningsstyrning är exponentiell (P=U*U/R).

@Magnus_K, Om fläkten i fråga inte tål PWM styrning blir det en annan sak, då är en OP baserad lösning att föredra och inte alls fel.

[Magnus_K]

Tack för alla svaren!

Tyvärr kan jag inte svara på om fläkten tål PWM eller inte. Den har bara +, - och en tacho-signal. Jag tror dock att Icecap har helt rätt i detta nog är en vanlig BLDC motor.
Min backup-lösning har gått från PWM direkt till FET:en till en filtrerad lösning tack vare era svar.

Jag har kollat lite på kretsar som du beskriver RoPa och det kommer jag helt klart testa. Å andra sidan tror jag det är jag som har svårt att förklara vad jag vill. Jag vill alltså försöka styra den linjärt som ni senare klurade ut. Ber om ursäkt för otydligheten.

Ni har helt rätt i att det är en viss hysteres vid drivningen. Testade nu och fläkten börjar snurra vi 3.3V men slutar inte förrän nere på 2.5. De gränsvärden jag då måste räkna med är att ge 3.5V som startvärde och stänga av den helt vid typ 2.7.

Jag ska ta och rita om lite schemat och försöka presentera ett förslag med några förstärkare i. Spontant nu så känns det som att jag vill ha en förstärkare för gainen som matar en komparator med hysteres för gränsvärdena. Det kanske är ungefär det ni förklarat bara att jag inte hänger med riktigt?

Jo just det. Icecap, angående din kommentar till overkill-sensorn. Valet blev detta då min komponentvetskap inte är speciellt stor och jag ville ha en analog sensor i TO220-kapsel som jag utan problem kan montera/demontera på kylfläns och då föll valet på den. Eller ja, den enda jag då hittade i ELFA's sortiment. Ni hittar säkert fler men så gick det till.

Som sagt, återkommer med ett schema till och har ni synpunkter/förslag under tiden så lyssnar jag gärna!

[Tekko]

De enda fläktar som tål PWM är de som har en avsedd PWM ingång, dvs de med fyra tåtar ut. Alla andra bör EJ köras på pwm.

[prototypen]

Har bara en liten erfarenhet och det är en "vanlig" datorfläkt (för att kyla digitalboxen) den gick fint på 3 volt men behövde "gunga igång" när man slog på spänning.
Med den farten så hördes den inte.
Tänk på att fläktkarakterestiken är kubisk så minskar man varvtalet så minskar effekten drastiskt mycket mer.

Protte

[Magnus_K]

Just det Tekko. Visste att "PWM-fläktar" i regel har 4 tåtar men visste inte om det är verkligen vad som avgöra vilken sorts fläkt det är. Men men, nu bestämmer vi att det är en vanlig BLDC-motor.

Har märkt av detta också Prutte. Jag testade att dra igång fläkten 10-15 ggr och precis över 3V gungade den igång, oftast. Därav sätter jag gränsen på 3.5V så det säkert hoppar igång. Den ska sitta i min konstlast och ljudvolymen är mindre viktigt kontra kylningen. Nästan hellre att den väsnas lite så jag kanske tom märker om den lägger av (kommer dock ha säkerhetsfunktioner om detta händer).
Sen är det inte mycket prylar idag på min labb-bänk som överröstar mitt nya Rigol-skop. Trodde inte mina öron när jag slog på den första gången.

Nedan är ett lite utvecklat schema och lite egna kommentarer:

- Op-amp (U1) sätter en gain på 20.
- Bestämt mig för att 60°C ska ge max fläkt så 0.6V x 20 = 12V
- Op-amp (U1) biaseras (säger man så?) med 3.5V på inv.ingången. Därmed krävs detta från U1 för att den ska börja förstärka (samt att den matas med 12/0V)
- Det jag får huvudvärk av är hysteres:en på den icke-inv. ingången. Hur ska jag göra för att få den att "stänga av" först vid 2.7V?
Min tanke var att lyfta upp den icke-inv.ingången 0.8 men får inte till det med bara R5, tror jag.
OBS. Strunta i min R5-kommentar ovan schemat, tänkte åt fel håll.

Många tankar går om att använda en diod eller PN-övergången i en transistor men det bubblar bara ur öronen. Är jag ens på rätt väg här?

Jättetack för att ni står ut med mig.

DSC_2532.jpg

[prototypen]

Den där kopplingen kommer aldrig att ge 12 V till fläkten, i bästa fall 11,3 - 11,4 V om det ens kommer dit beror på OP:n.
(om den är rail mot positiva spänningen)

Knöka om R5 till fläktens anslutning och designa om transistorkopplingen (behövs nog 2 transistorer)

[Magnus_K]

Du har säkert rätt men jag ser det som min plikt att fråga när jag inte förstår. Är det inte snarare Uce som kommer avgöra hur nära 12V jag kommer kommer med drivningen?

Klurar fortfarande på R5 men återkommer med detta. Det låter klokt det du säger men jag måste få till det i skallen också.

[Tekko]

om fläkten har startproblem på lägre spänning så lägger man en lämplig konding parallellt med serieementet(transistor el resistor) som knuffar igång.

[Icecap]

Dioden över fläkten behövs inte!

Sedan är det bättre att ta en N-MOSFET (eller NPN) och driva den och låta spänningen till fläkten vara feed-back via en spänningsdelare. På det vis kan fläkten bli mata med fulla spänningen och du är inte beroende att av ha rail-to-rail op-amp.

[Magnus_K]

Här kommer Rev.2. Hoppas jag förstått er rätt.
Själv har jag inte riktigt förstått förändringarna men håll till godo, snart trillar den ner.
Icecap, det kändes lite som om du tyckte jag skulle byta transistortyp, från originalet, men den var ju också en NPN. Kanske tolkade dig fel. Nu är det inritat en NPN igen i alla fall.

Förresten, Protte, när du skriver att det kanske behövs två transistorer, menar du Darlington då?

DSC_2538.jpg