PC-Lüfter über PWM ansteuern führte zu Rauchentwicklung

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11.06.2019, 10:58
oberallgeier

PC-Lüfter über PWM ansteuern führte zu Rauchentwicklung

Hallo alle.

Mein Projekt einen PC-Lüfter mit Temperaturregelung betreiben (nicht für bzw. im PC).

Ein gekaufter Regler (klick) war für Lüfterbauarten mit drei/vier Adern - meine Lüfter haben nur zwei. Daher machte ich mir einen Testaufbau mit nano-Clone und TB6612FNG-Breackout-board um später ein kleines Board mit Controller und Motortreiber zusammenzubauen. Zusammenstecken, NTC (50k 3950) an ADC, Programm schreiben - PWM 4kHz, den nano flashen, Fan an Motortreiber (polungsgerecht) anschließen, Versorgung 10V vom Labornetzteil (KORAD KA3006D) an Vin/clone und VM/Motortreiber, 5V vom clone an Vcc des Motortreibers und los gehts.

Das Knistern und das Rauchwölkchen aus dem Lüfter kam kurz und schnell. Der Lüfter dreht nicht mehr, er zieht auch keinen Strom mehr.

Fragen:
- Diese PC-Lüfter sind doch BLCDs?
- Alle?
- Mein Fan ist ein Sunon - dieser - sollte doch PWM abkönnen ? ! ? Am Label steht DC 12V.
- 4 kHz sind doch kein no go für Lüftermotoren - oder ?

Ein (irgendein) kleiner DC-Motor für 12 V (MMI-6S2LK) läuft problemlos - einschließlich Drehzahlanstieg/-abfall durch Handwärme am Sensor-NTC.

Ich bin ratlos. Soll/kann/muss ich noch nen Lüfter riskieren ?

Danke im Voraus für Hilfe, Rat und Trost.
11.06.2019, 11:12
Ceos

Zitat:

Diese PC-Lüfter sind doch BLCDs?

Intern ja, Anschluss nein!

Zitat:

Alle?

Alle verhalten sich identisch! Dafür gibts Normierungen die sich durchgesetzt haben.

Zitat:

Mein Fan ist ein Sunon - dieser - sollte doch PWM abkönnen ? ! ? Am Label steht DC 12V.

PWM im Sinne von 1bit-DAC ja ... aber die meisten drehen sich unter 30% garnicht und viele könne unter 50% nicht mal anlaufen! Lieber gleich gezielt PWM Lüfter bestellen wenn du sowas willst.

Zitat:

4 kHz sind doch kein no go für Lüftermotoren - oder ?

Jein! Wie erwähnt ein PWM um die Eingangsspannung zu drosseln ist hier sowieso der falsche Ansatz!

Hier erstmal zur Belegung https://www.elektronik-kompendium.de...om/1503111.htm

Das PWM Signal ist 5Volt und der Tacho ist ein Open-Drain in 90% der Fälle (Sicherheitsbeschaltung am Input Pin gegen Überspannung wird empfohlen)

PS: wenn cih nicht grob irre sind 10kHz für das PWM der Standard

PPS: Zum Hintergrund ... die meisten normalen PC Lüfter sind Hall-Kommutierte Außenläufer, ein Hall-Sensor der durch den umlaufenden Magneten auf dem Rotor den Strom durch die fest verbauten Spulen steuert und somit den Lüfter ungefähr in einer bestimmten Drehzahl hält die dem Equilibrium aus Stellkraft, Last und Verzögerung in der Elektronik entspricht

Das Hall Signal wird meist als Tacho ausgegeben, bei PWM gesteuerten Lüftern steckt ein klein wenig Intelligenz mehr im Lüfter damit man ein Referenzsignal geben kann und die Geschwindigkeit dem entsprechend nachgeführt wird.
11.06.2019, 16:48
021aet04

Wenn du einen 2/3 poligen Lüfter, mit PWM ansteuern willst, kannst du ein kleinen Schaltnetzteil aufbauen. Mit dem PWM Signal steuerst du den Mosfet für das Schaltnetzteil, das die 0-12V (Analog) erzeugt.

MfG Hannes
12.06.2019, 04:53
PICture

Hallo!

Nach meiner praktischen Erfahrung sind PC Lüfter Schrittmotoren, die sich nicht mit üblicher PWM steuern lassen. Bei mir hat PWM nur mit ein paar Hz Frequenz gut funktioniert, ;)
12.06.2019, 07:32
Manf

Nur mal als aktuelle Erfahrung zu einem zweipoligen Kleinlüfter (BLDC) der mit PWM angesteuert werden soll.

Ich habe für einen Aufbau extra die PWM Frequenz so hoch gesezt (10kHz), dass ich mit einer kleinen Spule eine einstellbare Gleichspannung erzeugen konnte mit der der Lüfter dann wie gewünscht lief.

Nachdem ich dann die relativ hohe PWM Frequenz vor Ort nich so leicht erzeugen konnte habe ich in Bastelunterlagen gefunden, dass solche Lüfter "üblicherweise" mit 50Hz PWM angesteuert werden. Damit hat es dann gut funktionert.

Vielleicht ist es ein elektrisches Ein- und Aus-Schalten das bei 50Hz noch vertragen wird und bei 4kHz nicht mehr.
12.06.2019, 07:40
Ceos

Zitat:

Vielleicht ist es ein elektrisches Ein- und Aus-Schalten das bei 50Hz noch vertragen wird und bei 4kHz nicht mehr.

Ich glaube das lag eher an der Verpolung durch den Motor-Treiber ... oder ist mir da etwas entgangen?
12.06.2019, 08:02
PICture

Zitat:

Zitat von Manf

Vielleicht ist es ein elektrisches Ein- und Aus-Schalten das bei 50Hz noch vertragen wird und bei 4kHz nicht mehr.

Für mich ist das sicher ! =D>
12.06.2019, 17:31
oberallgeier

Zitat:

Nur mal als aktuelle Erfahrung zu einem zweipoligen Kleinlüfter (BLDC) der mit PWM angesteuert werden soll .. PWM Frequenz so hoch gesezt (10kHz), dass ich mit einer kleinen Spule eine einstellbare Gleichspannung erzeugen konnte .. gefunden, dass solche Lüfter "üblicherweise" mit 50Hz PWM angesteuert werden ..

Danke Manf, das waren DIE Hinweise.

Das mit (m)einer kleinen Spule ca. Ø8 mm, 330 µH, war kein Erfolg, ne Frequenzerhöhung auf ca. 30 kHz auch nicht. ABER mit etwa 30 Hz klappte es dann - allerdings sind die Betriebsgrenzen - ausgedrückt als duty cycle der PWM - lausig dünn, allenfalls so zwischen 100 % ED und rund 70 % ED liefs . Und noch dazu recht unrund. Bemerkenswert die "Macke" bei der Betriebsspannung; siehe Diagramm. Kanal 1 - Zuleitung vom Motortreiber TB6612FNG zum Lüfter, Kanal 2 - Leitung vom Controllerboard zum Motortreiber.

......Bild hier
......(c) oberallgeier. Größeres Bild im Vorschaubild verlinkt.

Fazit: wegen des beachtlichen Aufwandes und der geringen Erfolgs- bzw. Verbesserungswahrscheinlichkeit wird das Projekt (Temperatursteuerung für den Lüfter eines Netzteils - der aktuelle ist schon recht leise) erstmal eingestellt. Immerhin -wieder mal einiges dazugelernt.

Danke an alle für Hinweise, Ratschläge und Hilfen

Nachtrag:

Zitat:

Zitat von 021aet04

.. kannst du ein kleinen Schaltnetzteil aufbauen. Mit dem PWM Signal steuerst du den Mosfet für das Schaltnetzteil ..

Hättest Du dazu bitte vielleicht etwas mehr - nen Schaltplan und so - oder ne geeignete Elektronikerseite? Das war ja mal was . . . ein kleines Schaltnetzteil . . . Mosfet . . hmmm
16.06.2019, 09:28
021aet04

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Tut mir leid das ich mich erst jetzt melde.

In der Elektor Ausgabe März/April 2019 gab es einen Artikel "Lüftersteuerung" in 2 Varianten Analog mit LM358 und Digital mit Arduino Pro Mini. Die Lüfteransteuerung ist aber in beiden Varianten gleich. https://www.elektormagazine.de/magazine/170201-03

Ich habe den "Leistungsteil" so gezeichnet wie er in den beiden Plänen ist. Wie hoch die PWM bei der digitalen Variante ist weiß ich nicht, aber in der Analogen Variante ist ein Diagram mit einer Tabelle. Bei einem DC (Duty Cycle) von 0,8 beträgt die Frequenz 83Hz und bei DC von 0,2 ist die Frequenz 222Hz. Die einzige Abweichung zwischen Digital und Analog ist der Wert von C1. In der Digitalen Version ist der Wert 47u und in der Analogen 2,2u und beide mit einer Spannnung von 16V.

Die Induktivität muss experimentell ermittelt werden um einen optimalen Lauf zu erreichen. Getestet habe ich die Schaltung noch nicht. Statt des Transitors kann man aber auch einen Fet nehmen.

Ich habe mir einmal eine Schaltung überlegt und diese hat ganz gleich ausgesehen, habe sie aber nie umgesetzt (Zeitmangel).

MfG Hannes
16.06.2019, 16:12
oberallgeier

Blinder Eifer . . .

Hallo Hannes, danke für Deine neuerliche Hilfe.

Zitat:

Zitat von 021aet04

Tut mir leid das ich mich erst jetzt melde ...

In der Zwischenzeit ist mir auch ENDlich etwas eingefallen, was ich schon viel früher hätte tun sollen (so hat sich die Folge von blindem Eifer wieder mal unangenehm bestätigt). Nämlich den vorhandenen Lüfter einfach vermessen . . . Denn der läuft ja (ich hatte den zwar umgedreht: Förderrichtung INS Gehäuse rein - Vorschlag von AFUG auf 15:20) und läuft und läuft . . .

Siehe da: der Spannungsverlauf ist zwar grausig, wie weit das Einstreuungen des Trafos sind weiß ich nicht. Immerhin kann man herausmessen, dass die originale PWM eine Frequenz knapp über 50 Hz hat - 52,1 Hz auf weniger als 1% genau. Dabei ist offensichtlich der PWM-Puls (duty cycle) im Leerlauf bei 9,8V und 0A rund 10%, bei 9,8V und 1,5A rund 40%. Nach dem oben verlinkten Testbericht ist die Lüfterregelung belastungsabhängig, der Lüfter läuft aber ständig.
Scope-Screendump bei 9,8 V und 1,5 A
Scope-Screendump bei 9,8 V und .0 ..A

Fazit:
-) Deine Schaltung Hannes werde ich bei Gelegenheit aufbauen - da bin ich so und so neugierig.
-) Über die Modifikation beim KORAD denke ich dann doch wieder nach, die 50Hz sollte ich bzw. der Controller ja schon schaffen. Da tuts sicher mein tiny85/Digispark . . . Mal sehen.

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