PWM & Ausgangsspannung

Während der 555-Wettbewerb schon lange vorbei ist, debugge ich immer noch mein Gerät, auf dem ich 555 selbst bereits aufgegeben habe :-)

Im Moment treibe ich einen PC-Lüfter über ein PWM-Signal (30 kHz) von atmel uC an.

Ich versorge den P-MOSFET mit einem einfachen 1-BJT-Transistor- "Treiber". Der Ausgang wird mit einem 22uH Induktor + 330uF Kappe gefiltert. Sicherlich habe ich eine Kickback-Diode installiert.

Das Problem, das ich habe, ist, dass ich, während ich 256 "Pegel" PWM habe, den größten Teil der Ausgangsunterschiede irgendwo im Bereich von 1 bis 20 bekomme. Es sieht so aus, als hätten selbst kurze Impulse die "Leistung", um den Lüfter mit voller Leistung anzutreiben.

1) Wie kann ich es "weniger" mächtig machen? Habe ich dann stärkere Fans, die unterfordert sind?

2) Auf dem Abfluss des Mosfets klingelt 1-3 MHz mit einer Amplitude von 5 V, und obwohl alles funktioniert, gefällt es mir nicht (kein Klingeln an der Quelle oder am Gate). Was verursacht es und wie soll ich es bekämpfen?

Update: R1 - 1 kOhm R2 - 47 Ohm MOSFET - ist ein PMOSFET vom Motherboard. Die Diode ist eine mittelgroße Schottky-Diode mit einem Abfall von 0,2 V.

Ich denke, du wirst von der Physik des Fans gebissen.

Die Leistung in einem sich bewegenden Luftstrom ist proportional zum Würfel der Luftgeschwindigkeit, und die Drehzahl eines Propellers mit fester Steigung (dh eines Lüfters) ist direkt proportional zur Luftgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass Sie achtmal so viel Leistung einbringen müssen, um die Luftgeschwindigkeit Ihres Lüfters (oder seine Drehzahl) zu verdoppeln. Um die Geschwindigkeit zu halbieren, benötigen Sie nur ein Achtel der Leistung. Wenn Sie die Luftgeschwindigkeit, die Sie bei 100% Einschaltdauer erhalten, als "volle Geschwindigkeit" bezeichnen, tritt "halbe Geschwindigkeit" bei 1/8 der Leistungsstufe auf. bei 12,5% Einschaltdauer. Noch dramatischer wäre die Viertelgeschwindigkeit bei 1/8 davon , bei nur 1,5625% Einschaltdauer. Mit anderen Worten, jede Geschwindigkeit, die Sie bei den niedrigsten Arbeitszyklen erhalten, ist fast alles, was Sie bekommen werden, weil die Leistung in bewegter Luft so nicht linear ist.

Basierend auf dem Schaltplan bearbeitet:

Sie haben dort im Wesentlichen einen Abwärtswandler. Der P-Kanal verhält sich wie der High-Side-N-Kanal, den Sie normalerweise in einem Buck haben. Ich bezweifle, dass sich der FET so solide einschaltet wie ein N-Kanal mit High-Side-Antrieb, aber er wirkt immer noch bockig.

Wenn Sie keine gute Drehzahlregelung haben, haben Sie wahrscheinlich einen Lüfter, der nur über einen begrenzten DC-Eingangsbereich (10-12 V) arbeitet, oder der High-Side-P-Kanal leitet einen Teil der Eingangsspannung ab und begrenzt so den maximalen Gleichstrom dass der Lüfter sehen kann.

Oder ordnen Sie den Buck neu an, sodass sich der FET auf der unteren Seite befindet, und verwenden Sie dort einen N-Kanal.

Wenn am MOSFET ein HF-Klingeln auftritt, können Sie versuchen, das Schalten durch Erhöhen des Serien-Gate-Widerstands zu verlangsamen, oder eine Hochfrequenz-RC-Dämpfungsschaltung über der Gate-Quelle hinzufügen, um die Ringe zu unterdrücken.

Vor einiger Zeit habe ich eine ähnliche Schaltung gemacht, im Grunde eine PWM mit einem LC-Filter am Ausgang. Dies ist im Wesentlichen ein Schalt-Buck-DC / DC-Wandler. Ich komme zur Sache: Es hat nicht funktioniert.

Das Hauptproblem besteht darin, dass die Kappe bei eingeschalteter PWM vollständig aufgeladen und bei ausgeschalteter PWM nicht vollständig entladen wurde - wodurch der Lüfter im Grunde 100% der Zeit mit Strom versorgt wird. Denken Sie auch daran, dass sich die meisten 12-V-Lüfter drehen, wenn sie nur mit 4 V ausgeschaltet werden.

Mein Vorschlag ist, den LC-Filter zu entfernen und zu sehen, ob dies die Dinge verbessert (sollte es). Wenn Sie nicht versuchen, FCC-Tests zu bestehen, sind Sie fertig. Wenn Sie versuchen, Tests zu bestehen, sollte es einfach funktionieren, eine kleine Kappe (1 uF oder weniger) hinzuzufügen. Abgesehen von den EMI-Emissionen gibt es nicht viel Grund, Dinge an einen Lüfter zu filtern.

Wenn Sie den LC-Filter dort belassen, tun Sie alternativ nicht den Lüfter, sondern steuern die Drehzahl durch Variieren der Spannung. Damit dies funktioniert, sollten Sie entweder die Größe des Induktors und / oder die PWM-Frequenz erhöhen. Grundsätzlich möchten Sie, dass dieser DC / DC-Schaltwandler ordnungsgemäß funktioniert.

Das Variieren des PWM-Arbeitszyklus bei dem Versuch, einen linearen (oder nahezu linearen) Spannungsausgang zu erzielen, funktioniert, wenn Sie das Laden und Entladen von einem "Ausgang" glätten, der Strom mit derselben Rate liefert und senkt. Normalerweise sehen Sie dies mit einem bipolaren Ausgang (damit meine ich beide Polaritäten, nicht BJT), der einen R / C-Filter speist.

Stattdessen haben Sie eine Ladungsinjektionsschaltung mit variablem Arbeitszyklus (eine Art Tiefsetzsteller) gebaut. Sie steuern die Spannung nicht, da die Entladerate Ihres Filters von der Last und nicht von der PWM-Schaltung gesteuert wird. Sie arbeiten hier in einer offenen Schleife - und so haben Sie hinter einem kleinen Fenster entweder nicht genug Strom und die Spannung geht auf Null, oder Sie haben zu viel Strom und Sie erhalten die volle Spannung.

Ich nehme an, ein schneller Hack, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, besteht darin, einen FET-Totempfahl zu haben, der die linke Seite von L1 auf den Boden zieht. Ich bin mir nicht sicher, ob Ihr 12-V-Netzteil Ihnen dafür danken wird.

"Von der Physik des Fans gebissen" klingt wahrscheinlich.

Sie können Ihre Skala nach dem inversen Quadratgesetz p / 4πr ^ 2 neu berechnen. Sie benötigen jedoch mehr als 8 Bit PWM-Auflösung, damit dies funktioniert.