12V Lüftersteuerung über 5V Arduino

International Deutsch
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Ich würde gerne mit einem Arduino (Pro Mini oder UNO) einen PC-Lüfter (120mmx120mm) stufenlos steuern.
Da wir im Studium nicht Praxisnahe lernen habe ich allerdings Probleme trotz ausgezeichneter Note in Elektronik einen Schaltkreis zu entwerfen.
Von den vielen Bauteilen bin ich eher erschlagen und weiß nicht, ob es nicht Sinn mach auf andere auszuweichen und hoffe daher hier auf eure Hilfe.
Die für mich "merkwürdigen" Stellen oder Überlegungen die ich gerne bestätigt hätte habe ich fett gemacht.

Da es stufenlos geregelt werden soll, möchte ich gerne auf die PWM im Arduino zurückgreifen.
Der Lüfter läuft bei 12V - zum Strom habe ich nichts gefunden, konnte es aber über die Leistung auf 80mA berechnen (wobei ich das ziemlich wenig finde).

Nun zum eigentlichen Schaltkreis:
Um den Lüfter richtig antreiben zu können und das Arduino nicht zu beschädigen hatte ich mir überlegt einen Bipolartransistor zu nehmen (würde auch mit einem MOSFET gehen, aber von meiner Überlegung her ist der Bipolartransistor reaktionsschneller was bei PWM evtl. von Vorteil sein kann - stimmt das soweit?).

Weil ich noch nie einen Bipolartransistor gekauft oder verbaut habe habe ich unter den Milliarden Modellen einen BD139 für mich entdeckt (Datenblatt).
Grund für diese Wahl ist vor allem der Vergleichsweise hohe Collectorstrom, der beim Einschaltvorgang eines Lüfters mit, 1,5A groß genug sein sollte.

Die Basis des Transistors wird dann mit dem Arduino verbunden (darüber gesteuert).
Um den den Basisstrom (I_B) zu begrenzen wollte ich einen Widerstand zwischen Arduino und B verbauen.
Mit I_B = I_C / ßo (ßo steht auf meiner Formelsammlung... im Datenblatt ist das vermutlich hFE1)
= 80mA/25 = 3,2mA
ergibt sich R_B = (5V - V_BE,ON) / I_B = (5V - 1V) / 3,2mA = 1250 Ohm.

Wobei der Atmega ja nach meinem Wissen eine gewisse Toleranz der Ausgangsspitzen von bis zu 10% hat.
Demnach ergibt sich R_B = (5V - 0.5V - V_BE,ON) / I_B = 1094 Ohm ~ 1K Ohm.

Soweit alles ok?

Parallel zum Lüfter wollte ich dann noch eine (Schutz-) Diode schalten, um den Transistor vor Überspannungen bzw. vor der Induktionsspannung des Gleichstrommotors im Lüfter zu schützen.
Dazu habe ich eine 1N4007 Diode gefunden, die ziemlich großzügig dimensioniert scheint, ich weiß allerdings nicht worauf ich hierbei wirklich achten muss.

Zu guter letzt will ich noch mittels XL6009 (Datenblatt) die 5V auf 12V "zaubern".
Das hole ich mir als einstellbares Modul hier.
Dazu muss ich dann mit nem Multimeter auf max 12V stellen, wobei ich nicht wirklich verstehe, wie das Teil das macht von 5V auf 12V hoch zu regeln. Bisher kenne ich nur Trafos, die die Spannungen über eine unterschiedliche Windungszahlen fest verändern können um auf eine höhere Potentialdifferenz/Spannung zu kommen.

Den Ausgang des Step Up Spannungsreglers (12V) würde ich dann mit der Diode (die Sperrseite, nicht die Durchlassseite) und dem +Pol des Lüfters verbinden.

Wenn mein Kopf keinen Fehler gemacht hat, sollte der Strom durch den Step Up Regler zum Lüfter, dann weiter durch den Transistor zu Ground fließen, sobald ich den Transistor einschalte.
Wenn der Transistor aus ist , sollte durch den Lüfter und auch durch den Step Up Wandler kein Strom fließen.
Stimmt das so?

Für mich ist es spannend, ob ich hier totalen quatsch zusammen gedacht und gerechnet habe.
Ob meine Lüftersteuerung so überhaupt ansatzweise funktionieren kann und inwiefern meine Bauteile den Anforderungen gerecht werden, weil wir so etwas leider nicht im Ansatz im Studium lernen und ich keinerlei Erfahrung habe.
Auch weiß ich nicht ob die Bauteile - insbesondere auch dieser XL6009 - in der Lage sind pulsweiternmodulierte Signale zu schalten oder ob sie zu träge reagieren.
Sinn ist ja nicht nur das Schalten des Lüfters (ein/aus) sondern das stufenlose regeln (sonst hätte auch ein Schaltrelais gereicht).

Also bitte nicht zu hart zu mir sein :slight_smile:

Ich danke allen die sich hieran beteiligen und mir mit ihrem Wissen weiter helfen können!

Liebe Grüße

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Nimm einen Logic Level FET wie den IRLZ44 oder IRLD024. Funktioniert problemlos. Und man muss nichts berechnen.

Du denkst da vielleicht an die Aufladezeiten des Gates. Die Arduino PWM Frequenz ist aber so niedrig, dass die keine Rolle spielt. Wir reden hier nicht über Frequenzen im hohen kHz Bereich für die man einen FET Treiber benötigt. Das sind schlappe 490Hz (bzw. 976Hz für Timer0). Selbst wenn du die PWM Frequenz auf 31kHz erhöhst um eventuelles Piepsen zu unterdrücken, geht das noch.

Wenn es denn unbedingt ein Bipolar Transistor sein muss ist die BD Serie aber die korrekte Wahl. Wobei 80mA auch problemlos mit BC-Transistoren gehen. Die machen je nach Typ bis zu 500mA. Aber generell sinkt mit steigendem Kollektorstrom die Stromverstärkung.

Siehe auch hier für die Berechnung:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand
Wobei man normalerweise mit 0,7V für UBE rechnet. Das ist ein pn-Übergang. Also wie bei einer Diode. Die 1V aus dem Datenblatt ist der maximal-Wert. Den erreicht man laut Figure 3 auf Seite 3 erst bei Ic > 1A und auch dann nur wenn IC = 10 * IB

Dazu muss ich dann mit nem Multimeter auf max 12V stellen, wobei ich nicht wirklich verstehe, wie das Teil das macht von 5V auf 12V hoch zu regeln.

Schaltregler:

Beruhen darauf dass man Energie in einer Spule speichert. Bei einem Transformator wird Energie induziert, da es Wechselspannung ist. Hier verwendet man einen Transistor den man schnell schaltet und somit durch den sich änderten Strom eine Spannung induziert.

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Schaltregler sind mir heute Nachmittag das erste mal über den Weg gelaufen.
Interessant ist, dass sie einen geringeren Leistungsverlust haben als Spannungswandler.
Das ich so ein Bauteil ausgewählt habe ist interessant ^^, weil ich es sowieso wegen der Leistung/Vorteile her bevorzugt hätte.
Ich habe das allerdings noch nicht 100%ig verstanden - ist aber auch schon spät - den Amerikanern sei dank :smiley:

Zum Thema MOSFET oder Bipolartransistor:
Den Grund weshalb ich nicht den MOSFET gegriffen habe, war die Umladezeit und daher meine anscheinend falsche Annahme, das PWM-Signal würde mit dem MOSFET kollidieren.
EIGENTLICH bin ich sogar eher für MOSFETs, da diese eine etwas geringere Leistungsaufnahme haben, durch das nicht vorhandene V_BE.

Es freut mich aber sehr, dass meine Auswahl soweit "ok" war.
Den BC337 hatte ich mir vorher angeschaut, allerdings keinen Grund gefunden diesem den BD139 vorzuziehen.

Das "normalerweise" für V_BE 0.7V genommen wird weiß ich, allerdings hatte ich was von Darlington-Transistoren gelesen und mir gedacht, dass ich mich aufgrund meiner fehlenden Kenntnissen/Erfahrungen mit realen Bauteilen, lieber auf das Datenblatt beziehe, anstatt irgendein Bauteil nicht zu kennen, weil wir es einfach noch nicht hatten.

Liege ich bei der Verwendung des MOSFETs eigentlich richtig in der Annahme, dass ich so Schalten muss:

Arduino PMW Ausgang -> Gate des MOSFETS
12V des Schaltreglers an +Pol des Lüfters.

  • und - des Lüfters mittels Diode schutz-schalten.
  • des Lüfters an Drain des MOSFETs.
    Source des MOSFETs mit Ground des Schaltreglers verbinden.

soweit ok?

Und zu den von Dir genannten MOSFETs: Wo liegen denn die Unterschiede der beiden für meinen Anwendungsfall?
Welchen würdest du bevorzugen?

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Interessant ist, dass sie einen geringeren Leistungsverlust haben als Spannungswandler.

Bei einem Linearregler wird die Spannungsdifferenz ja einfach in Wärme umgesetzt. Schlechter geht es nicht.

Den Grund weshalb ich nicht den MOSFET gegriffen habe, war die Umladezeit und daher meine anscheinend falsche Annahme, das PWM-Signal würde mit dem MOSFET kollidieren.

Macht sich wie gesagt erst bei höheren Frequenzen bemerkbar. Das ist dann schlecht, da sich der FET eine kurze Zeit im linearen Bereich befindet, aber das sehr oft. Entsprechend wird er wärmer wenn mehr Strom fließt. Dafür gibt es dann MOSFET-Treiber, die das mit einem erhöhten Gatestrom kompensieren:

http://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Treiberleistung

Es gibt auch FETs mit besonders geringen Gate-Kapazitäten. Das ist aber nur bei richtiger Leistungselektronik relevant, wo man hohe PWM-Frequenzen und hohe Drainströme hat

Leon333:
EIGENTLICH bin ich sogar eher für MOSFETs, da diese eine etwas geringere Leistungsaufnahme haben, durch das nicht vorhandene V_BE.

Das liegt nicht an der Basis-Emitter Spannung, sondern der Kollektor-Emitter-Spannung, die man nicht auf 0V bringt

Das "normalerweise" für V_BE 0.7V genommen wird weiß ich, allerdings hatte ich was von Darlington-Transistoren gelesen

Darlingtons sind im zwei Transistoren hintereinander geschaltet. Entsprechend hat man da ca. 1,2V - 1,4V. Außerdem erhöht sich die Kollektor-Emitter-Spannung um die Basis-Emitter-Spannung des zweiten Transistors. Die hohe Stromverstärkung erkauft man sich also mit mehr Ineffizienz.

Arduino PMW Ausgang -> Gate des MOSFETS
12V des Schaltreglers an +Pol des Lüfters.

  • und - des Lüfters mittels Diode schutz-schalten.
  • des Lüfters an Drain des MOSFETs.
    Source des MOSFETs mit Ground des Schaltreglers verbinden.

Korrekt. Würde noch einen 10-100k von Gate gegen Masse legen.

Und optional noch ca. 125 Ohm zwischen Pin und Gate. Das ist aber für die Funktionalität egal. Schützt lediglich den Arduino in dem der Ladestrom des Gates begrenzt wird.

Und zu den von Dir genannten MOSFETs: Wo liegen denn die Unterschiede der beiden für meinen Anwendungsfall?
Welchen würdest du bevorzugen?

Ist her egal. Der IRLD024 ist schön klein. Deshalb finde ich ihn ganz nett und die 2,5A reichen für die meisten einfachen Sachen. Aber so groß ist ein TO-220 Gehäuse auch nicht.

Der IRLZ44 hat allerdings mit 28mOhm gegenüber 100mOhm einen wesentlich geringeren Drain-Source-Widerstand. Aber das ist bei diesem geringem Drain-Strom nicht so wichtig, da kaum Leistung abfällt. Das ist eigentlich der Standard-FET für solche Sachen.

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Serenifly:

Leon333:
EIGENTLICH bin ich sogar eher für MOSFETs, da diese eine etwas geringere Leistungsaufnahme haben, durch das nicht vorhandene V_BE.

Das liegt nicht an der Basis-Emitter Spannung, sondern der Kollektor-Emitter-Spannung, die man nicht auf 0V bringt

Der Strom I_BE und die Spannung V_BE erzeugen ja eine Verlustleistung, die es faktisch beim MOSFET nicht gibt, da er Spannungsgesteuert geschaltet wird.
V_CE bringt man beim Bipolartransistor nicht auf 0V das stimmt, aber das ist ja beim MOSFET mit V_DS nicht anders.
Daher verstehe ich nicht warum dieser Punkt, der ja bei beiden Transistoren existiert, der ausschlaggebende ist.
Klär mich auf, wo das mein Denkfehler ist.

Serenifly:

Arduino PMW Ausgang -> Gate des MOSFETS
12V des Schaltreglers an +Pol des Lüfters.

  • und - des Lüfters mittels Diode schutz-schalten.
  • des Lüfters an Drain des MOSFETs.
    Source des MOSFETs mit Ground des Schaltreglers verbinden.

Korrekt. Würde noch einen 10-100k von Gate gegen Masse legen.

Und optional noch ca. 125 Ohm zwischen Pin und Gate. Das ist aber für die Funktionalität egal. Schützt lediglich den Arduino in dem der Ladestrom des Gates begrenzt wird.

Ja stimmt. Ein Pull-Down Widerstand macht Sinn um das Gate schnell Spannungsfrei zu bekommen.
Muss jetzt erstmal umdenken :smiley:
Die Schaltung von gestern hatte ich mir auch nicht aus dem Ärmel geschüttelt, weil auch wenn sie eigentlich einfach ist, ist es eben das erste mal, dass ich einen "Schaltplan" (großes Wort hahaha) entwerfe :slight_smile:
Wie gehe ich denn zur Berechnung des Pull-Down-Wiederstandes heran?

Den Ladestrom zu begrenzen macht Sinn... Beim Bipolartransistor hat der 1KOhm Widerstand ja dafür gesorgt, dass die Last gering bleibt.
Zur Begrenzung des Gatestroms betrachte ich im Schaltvorgang den Stromfluss ja im Kurzschlussfall.
Das Pro Mini und das UNO haben beide einen I/O Strom von 40mA angegeben, womit ich auf einen Mindestwiderstand von R = 5V/40mA=125 Ohm komme.

Und zu den von Dir genannten MOSFETs: Wo liegen denn die Unterschiede der beiden für meinen Anwendungsfall?
Welchen würdest du bevorzugen?

Ist her egal. Der IRLD024 ist schön klein. Deshalb finde ich ihn ganz nett und die 2,5A reichen für die meisten einfachen Sachen. Aber so groß ist ein TO-220 Gehäuse auch nicht.

Der IRLZ44 hat allerdings mit 28mOhm gegenüber 100mOhm einen wesentlich geringeren Drain-Source-Widerstand. Aber das ist bei diesem geringem Drain-Strom nicht so wichtig, da kaum Leistung abfällt. Das ist eigentlich der Standard-FET für solche Sachen.
[/quote]

Tja die beiden haben beide so ihre Vorteile.
Der IRLZ44 hat einen viertel so großen R_DS allerdings eine dreimal so große Ladung.
Und wenn ich das richtig verstehe, dann fließt damit ja der Strom vom Arduino entsprechend länger "in das Gate" und es entstehen hier dann mehr Verluste als beim IRLD024.
(Auch wenn diese Verluste im Vergleich zu P_DS geringer sind)

Allerdings ist bei einem größeren R_DS auch die die maximale Drehzahl des Lüfters geringer....
Stimmt das? Und falls ja, könnte ich doch einfach die Spannung am Schaltregler entsprechend erhöhen um dies zu kompensieren oder?

Beim Einschaltvorgang des Lüfters kommen knapp über 1A durch den Widerstand R_DS. Ein Wärmeproblem schließe ich aber mal aufgrund der kurzen Dauer aus.

Also bis auf die Berechnung des Pull-Down-Widerstands ist mir soweit alles klar und ich werde dann den IRLZ44 einpacken (Platz ist bei mir nicht kritisch).

Oh man.... ich wollte gerade noch folgendes inhaltlich Fragen:
Soll ich irgendwo noch einen Kondensator verbauen um sicherzustellen, dass der Lüfter auch bei einer Langsamen Drehzahl anläuft? ... Dabei hatte ich im Kopf, dass der Lüfter dann ja nur mit (z.B.) 4V Angetrieben wird und das nicht ausreicht um den Lüfter anlaufen zu lassen (aber zum Drehen evtl. schon).
Zum Glück ist mir noch vor dem aufschreiben eingefallen, dass ich ein PWM Signal benutze...

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Leon333:
Der Strom I_BE und die Spannung V_BE erzeugen ja eine Verlustleistung, die es faktisch beim MOSFET nicht gibt, da er Spannungsgesteuert geschaltet wird.

Das ist aber vernachlässigbar. Bzw. der Basisstrom addiert sich zu dem Strom der in den Kollektor fließt. Der springende Punkt ist dass der Widerstands eines FETs viel geringer ist. Die Verlustleistung entsteht nur durch diesen.

Dass man bei FETs (theoretisch) keinen Ansteuerstrom braucht, ist eher für die Ansteuerungsseite interessant. Die AVRs z.B. können nur 40mA treiben. Und auch dann ist es Strom der irgendwo Wärme erzeugt.

V_CE bringt man beim Bipolartransistor nicht auf 0V das stimmt, aber das ist ja beim MOSFET mit V_DS nicht anders.

Der Kanalwiderstand beträgt aber i.d.R. nur ein paar Dutzend mOhm. Die Verlustleistung steigt zwar quadratisch mit dem Drainstrom, aber das macht sich erst später bemerkbar als bei Bipolartransistoren.

Wie gehe ich denn zur Berechnung des Pull-Down-Wiederstandes heran?

Was halt Pulldown-Widerstände so haben. 10k ist ein gängiger Wert. Aber 100k reichen auch noch. Das muss man nicht wirklich berechnen.

Den Ladestrom zu begrenzen macht Sinn... Beim Bipolartransistor hat der 1KOhm Widerstand ja dafür gesorgt, dass die Last gering bleibt.

Vorsicht. Das sieht ähnlich aus, aber ist ganz anders. Bei Bipolartransistoren hast du ohne Basiswiderstand einen Kurzschluss über die Basis-Emitter-Diode. Der Gatewiderstand dagegen ist einzig und allein für die Ansteuerung relevant und optional. Viele Leute lassen ihn weg.

Der IRLZ44 hat einen viertel so großen R_DS allerdings eine dreimal so große Ladung.

Ja, das ist aber bei dir weniger relevant. Die Gate-Kapizität macht sich erst bei höheren Frequenzen negativ bemerkbar, wenn man weniger Zeit hat diese umzuladen.

Selbst wenn man auf dem Arduino die PWM-Frequenz auf 30kHz erhöht, geht das noch was man so liest. Da wäre dann mal interessant am Gate mit einem Oszilloskop zu messen. Aber selbst wenn man da eine Ladekurve sieht, habe ich noch nicht gehört, dass der Transistor da wirklich heiß wird.

Allerdings ist bei einem größeren R_DS auch die die maximale Drehzahl des Lüfters geringer

Nein. Wieso sollte das so sein? Der RDS(on) ist nur für die Verlustleistung relevant da P = I² * R.

Bei deiner Anwendung brauchst du dich um diese ganzen Sachen nicht großartig zu sorgen. Vor allem weil du nur ein paar mA Drainstrom hast. Du willst einen kleinen Lüfter steuern. Und nicht ein 30A Netzteil bauen das mit 50kHz getaktet ist. Vielleicht hast du irgendwo ein paar Ineffizienzen drin, aber wo wenig Strom fließt erzeugen die auch keine Verlustleistung. Selbst bei kurzzeitig 1A ist das egal.

Es gibt Leute die nehmen IRF-Transistoren für Lüftersteuerungen, welche bei 5V nicht ihren minimalen Kanalwiderstand haben. Und es geht trotzdem. Ist also alles nicht so kritisch.

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Den BC337 hatte ich mir vorher angeschaut, allerdings keinen Grund gefunden diesem den BD139 vorzuziehen.

Ein BC337 kostet so gut wie nichts, kann aber bei weitem nicht den Strom eines Leistungstransistors schalten.
( 85mA sollten gehen, aber beim Einschalten oder blockiertem Lüfter könnte es schon mehr werden ...)
Den kannst du zusätzlich nehmen, wenn du mehr als 5V am Gate eines MOSFET haben willst, so dass du dann nicht auf LogicLevel MOSFETS beschränkt bist.

Wenn du nicht sowieso 12V hast, aus denen du nebenbei den Arduino mit versorgen könntest, ist ein StepUp (boost Converter)
genau richtig.
Aber: Wer einen PC Lüfter hat, hat meist auch ein PC Netzteil. Woher kommen denn deine 5V ?

Schaltregler sind mir heute Nachmittag das erste mal über den Weg gelaufen.

wobei ich nicht wirklich verstehe, wie das Teil das macht von 5V auf 12V hoch zu regeln

Je nachdem wie eng du das Wort "wirklich" nimmst, kann sein, dass die anderen sich auch nur dran gewöhnt haben, dass es geht,
und man es besser fertig kauft als es selbst nochmal zu erfinden.

Herzlichen Glückwunsch, auch zur hervorragenden "Note in Elektronik" :wink: :wink:

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Danke euch beiden für die Antworten.
Also den BC337 wollte ich sowieso nicht nehmen. Wenn dann den BD139, da er sicher ausreicht.

Demnach muss man mal die Vor- und Nachteile der Ansteuerung mittels BD139 mit einem MOSFET gegenüber stellen.

Zum StepUp/Schaltregler:
Ich habe mir ein Ambilight nachgebaut, das mittlerweile extrem gut funktioniert. (Nur bei 3D geht es NOCH nicht, weil ein 3D->2D konverter benötigt wird und ich dafür nicht bereit bin 40€ hinzulegen... daher erstmal warten bis die Preise sinken).
Das Ganze wird über 5V gespeist und es gibt auch nur ein 5V/10A Netzteil.
Die Gerätschaften, die das Umwandeln und auswerten des HDMI Signals übernehmen erzeugen alle Wärme.
Noch liegt der Aufbau in einer Etage des Fernsehschrankes, soll aber bald ein Gehäuse bekommen und dann muss was gegen die Temperatur gemacht werden. Daher liegen leider keine 12V bereit.

Den Schaltregler hatte ich mir gestern und heute auch noch nicht genau angeschaut.
Ich weiß was er tut und verstehe das Prinzip wie er es tut, allerdings habe ich es noch nicht verstanden, wie er das genau tut ^^
Werde ich aber nachholen, wenn ich mehr Zeit dafür habe. (dazu siehe auch meine Frage "2" unten)

Leider hatten wir in Elektronik nur Bipolartransistoren und MOSFETs im allgemeinen (und Op-Amps, CMOS, Dioden...) aber nicht mal "real" betrachtet und worauf man wirklich bei einer Schaltung und der Auswahl der Komponenten zu achten hat.
Ich komme mir trotz des bestehens in Elektronik vor wie ein Fachidiot, der mit der Realität nichts anfangen kann.
Danke aber für deine Glückwünsche ^^

Den Ladestrom zu begrenzen macht Sinn... Beim Bipolartransistor hat der 1KOhm Widerstand ja dafür gesorgt, dass die Last gering bleibt.

Vorsicht. Das sieht ähnlich aus, aber ist ganz anders. Bei Bipolartransistoren hast du ohne Basiswiderstand einen Kurzschluss über die Basis-Emitter-Diode. Der Gatewiderstand dagegen ist einzig und allein für die Ansteuerung relevant und optional. Viele Leute lassen ihn weg.

Wie sich ein MOSFET verhält weiß ich und auch, das bei einem Bipolartransistor der Strom steuert und bei einem MOSFET die Spannung steuert.
Nach meiner Überlegung wird sich das Gate ähnlich eines Kondesators bei t=0 verhalten und sich damit kurzzeitig wie ein Kurzschluss verhalten, weil sich das Gate erstmal aufläd. Es ist also nicht wie ein Bipolartransistor eine "Dauerbelastung", sondern ein kurzes Pik, dass allerdings dennoch auf im Maximum die 40mA nicht übersteigen sollte. (auch wenn der Atmega damit keine Probleme hätte...)

Ich hab noch nie etwas mit einem Pulldown-Widerstand zu tun gehabt, daher fragte ich :smiley:
Wenn man das allgemein nicht berechnet, dann ok. Wobei es dazu eigentlich auch einen Rechenweg geben müsste :slight_smile:

Allerdings ist bei einem größeren R_DS auch die die maximale Drehzahl des Lüfters geringer

Nein. Wieso sollte das so sein? Der RDS(on) ist nur für die Verlustleistung relevant da P = I² * R.

Ich dachte, dass über R_DS eine Spannung abfällt und somit von den 12V eben nicht mehr 100% erreichbar sind.
Zwar wird der Spannungsabfall gering sein, allerdings will ich erstmal alles wissen, bevor ich einkaufe und "bastel" ^^
Wie die Leistung berechnet wird ist mir klar. Man kann auch P= UI schreiben oder P =U²/R wobei diese Berechnungen der Leistung alle nichts zu tun haben mit dem Spannungsabfall an dem Widerstand R_DS.
Angenommen mein Lüfter läuft bei anvisierten 80mA, dann würde am Widerstand R_DS= 100 mOhm entsprechend U=80mA100mOhm=8mV abfallen.
Dann hätte ich "nur noch" 11,92V am Lüfter.
Kein Weltuntergang, aber dennoch zu berücksichtigen, dass man bei diesem aufbau ohne Kompensation nicht 100% Lüfterleistung bekommt.

Ich habe allerdings noch 2 weitere Fragen:

  1. Die MOSFETS die du vorgeschlagen hast, sind zwar super geeignet, allerdings auch recht teuer. (der IRLD024 kostet einzelnd 2,80€ und im Zehnerpack bestenfalls 0,90€ das Stück).
    Würde daher auch ein BUZ11 (Datenblatt) gehen?
    Dieser liegt mit R_DS=40mA zwischen den beiden von dir vorgeschlagenen, hat allerdings eine etwas langsamere Reaktionszeit td(ON).

  2. Wird in diesem Aufbau auch der Schaltwandler nur dann "betrieben", wenn der MOSFET eingeschaltet wird?
    Mein Anwendungszweck sieht vor, das der Lüfter nur betrieben wird, wenn es im Gehäuse zu warm wird.
    Angenommen der Lüfter sei 24h/Tag ausgeschaltet, dann wäre es blöd, wenn der Schaltregler ständig Verluste produzieren würde um eine Spannung am Lüfter bereit zu stellen, die nicht gebraucht wurde.
    Ansonsten müsste ich mir gedanken machen, wie ich das umgehen kann.
    Ein Schaltrelais wäre eine Möglichkeit, würde dann aber "klacken", was ich aus akustischen Gründen gerne vermeiden würde.
    Wenn der Schaltregler allerdings nur dann etwas tut (und damit Verlustleistung erzeugt), wenn auf der Verbraucherseite auch wirklich etwas "verbraucht" wird, dann wäre dass das ideale.

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BUZ11 ist halt kein LogicLevel Mosfet, aber so überdimensioniert, dass er auch mit VGS = 5V noch 1A locker schaltet.
( Schau dir Figure 5 im Datenblatt an ). Der RDSon ist auch für 10V VGS angegeben, und bei dir etwa doppelt so groß, aber was solls.

Wie ich vorhin erwähnte, kleiner Bipolar-Signaltransistor davor ist die Alternative zu Logik-Mosfets

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Der BUZ11 ist kein Logic Level FET. FETs brauchen normalerweise 6-10V UGS um richtig durchzuschalten. Die leiten auch eher, aber haben dann einen höheren Widerstand. Logic Level FETs (siehe L im Namen), fangen bei 1-2V an zu leiten und haben bei 5V ihren minimalen Widerstand. Siehe Gate-Treshshold Spannung, das Diagram für ID in Abhängigkeit UGS, und vor allem die Spannung für die RDS(on) definiert ist.

Wobei auch hier wieder: das geht auch mit dem BUZ11, da der Widerstand bei dem geringen Strom keine so große Rolle spielt. Aber nachdem du dir so viele Gedanken über die anderen Sachen machst...

Die Alternative ist ein BC-337 als Treiber. Mit dem kann man die Gate-Spannung auf 12V anheben.

Den IRLD024 gibt es bei Reichelt für 64 Cents. Der IRLZ44 kostet 58 Cents. Also praktisch gleich. Bei Conrad sind es 87 Cents und 93 Cents.
Der IRLZ44 ist wie gesagt der Standard Logic Level FET der hier normalerweise empfohlen wird.

Ich dachte, dass über R_DS eine Spannung abfällt und somit von den 12V eben nicht mehr 100% erreichbar sind.

Stimmt. Das hatte ich nicht berücksichtigt. Aber dem Lüfter sind die fehlenden 8mV egal.

Wegen dem Schaltregler. Wenn er nicht belastet ist, dürfte eigentlich auch kein richtiger Eingangsstrom fließen. Der Regler braucht aber auch im Leerlauf ein klein wenig Strom, da es eine integrierte Schaltung ist. Das ist der "quiescent supply current". Hier 2,5-5mA.
Das IC hat zwar einen Enable Pin (wenn der auf 0V ist sinkt der Verbraucht auf <= 100µA), aber der wird fest auf Plus liegen und ist auf der Platine nicht herausgeführt.

Zu den Grundlagen, gibt es hier einen guten Artikel:

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Hmm... also ich die Thevenin-Spannung betrachtet habe, habe ich nicht im Kopf gehapt, dass das ja erst der Bereich ist, wo der MOSFET anfängt zu schalten... Demnach wären die 5V tatsächlich etwas wenig.
Einen Treiber zu bauen um den MOSFET als Logic Level MOSFET zu betreiben ist zwar möglich, allerdings finde ich, dass es dann etwas in Materialschlacht ausartet und der Vorteil des geringen Strom"verbrauchs" des MOSFETs dadurch wieder relativiert würde.

Und bei reichelt oder Conrad gibt es vielleicht die Bauteile ab 60cent, allerdings zahle ich dafür dann 5,60 wegen der Versandkosten.

Somit stehe ich vor der Wahl zwischen einem BD139 mit etwas mehr Verlustleistung (mindestens 3,2mA*5V=16mW mehr) oder einem IRLZ4 mit einem höheren Anschaffungspreis. In Zahlen sind das 3,60€ Differenz.
Wenn ihr es soweit absegnet, dann bau ich es wie Anfangs gedacht mit einem BD139, ner Schutzdiode am Lüfter und einem Basiswiderstand von 1K Ohm. (brauche ich noch einen Kondensator an der Basis um eine Restwelligkeit auszugleichen oder ähnliches?)

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Leon333:
Angenommen mein Lüfter läuft bei anvisierten 80mA, dann würde am Widerstand R_DS= 100 mOhm entsprechend U=80mA100mOhm=8mV abfallen.
Dann hätte ich "nur noch" 11,99*2V am Lüfter.
Kein Weltuntergang, aber dennoch zu berücksichtigen, dass man bei diesem aufbau ohne Kompensation nicht 100% Lüfterleistung bekommt.

Keine 100%, aber immerhin 99,86%! (du hast dich um eine Stelle vertan)

Ich weiß, es ist schwierig aus den vielen Daten, die im Datenblatt stehen, die rauszufinden, die relevant sind.
Aber glaube mir, die meisten Daten sind für deinen Anwendungsfall völlig unwichtig. Verlasse dich erstmal auf die Erfahrung der Experten hier im Forum.

Noch was wesentliches: wieviele Pins hat den dein PC-Lüfter? Die neuen drehzahlgeregelten lassen sich so nicht ansteuern....

Und: Conrad ist eine Apotheke. Wo anders gibts die billiger: ab 2,49€

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5,60€ Versand sind relativ zu sehen. Wenn du wirklich praktische Erfahrungen sammeln willst, dann wird es nicht bei ein oder 2 Transistoren bleiben :slight_smile:
Vielleicht planst du ja schon dein nächstes Projekt und guckst, was du da so brauchst.
Pollin ist auch interessant. Gerade, wenn man sich einen Grundstock an Bauelementen zulegen will, denn die haben viele Restposten und Sortimente. Mit einem 1000'er Widerstandssortiment kann man nicht viel falsch machen. Und wenn da statt 1K 1,1K und statt 4,7 4,3K drin sind, wen juckt's.
Das Wissen, das du in der Schaltung siehst, welcher Widerstand empirisch aus der Praxis heraus ermitelt wird und welcher wirklich genau passen muß, solltest du vom Theorieteil her ja haben.
Als ich anfing zu basteln, da hatten die Kohleschichtwiderstände 20% Toleranz. Wenn du dir heute 1% Metallschicht kaufst und hast so krumme Werte im Sortiment, dann ist das auch nicht viel anders :stuck_out_tongue:
Oder wenn du ein bisschen Zeit und Geduld hast, kannst du auch beim freundlichen Chinesen per Direktimport bestellen. Oft ist das Porto da inclusive. Dauert halt 2-4 Wochen, aber es lohnt sich. Ebay international oder Aliexpress sind da gute Anlaufstellen.
Ich habe auch noch massig "veraltete" Bauelemente. Ehe ich einen Logiclevel-FET kaufe, nehme ich einen meiner 'zig pipolaren Transistoren. So lange der Aufwand nicht ausufert, verheize ich lieber vorhandenes Material, als das ich mir was Neues kaufe, wovon dann meist wieder was rumliegt, denn ich kaufe nicht abgezählt. Man will ja auch mal spontan in die Kiste greifen können und was auf die Beine stellen :wink:

Gruß Gerald

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Wie gesagt, wenn du willst geht hier auch ein BUZ11.

Zwei andere Transistoren den man oft sieht sind der IRF530 und IRF630. Da kannst du jetzt nach den Daten schauen und feststellen, dass die schlechter sind, aber bei 80mA ist das halt irrelevant.

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Also verwendet werden soll ein Scythe Slip Stream SLIM Lüfter. Der hat 3 Pole (-, + und "Controll", wenn ich das richtig im Kopf habe).

Und das mit dem "es kommen keine 100% an" war nach der Berechnung und damit nach erfassen der Größenordnung auch schon abgeharkt :slight_smile:
Nur von der Theorie her bin ich da so heran gegangen... selbst 11,8V wären noch ok gewesen.

Ich weiß, dass es aus Übersee die Bauteile günstiger gibt. Aber wenn ich zwischen einem MOSFET für 2,49€ oder 5 Bipolartransistoren für 3,34€ entscheiden kann, ist die Entscheidung schnell gemacht. Die Lieferzeit ist bei mir nicht kritisch, da ich sowieso lernen muss.

Das der BUZ11 geht ist natürlich jetzt schwer abzuwägen für mich.
Beim BD139 "weiß man was man hat", wähend der BUZ11 in einem Bereich betrieben wird, den man anhand des Datenblattes kaum einsehen kann.
Da der Widerstand des BUZ11 bei niedriger Spannung wegen des linearen Bereiches relativ hoch ist, macht es doch eigentlich keinen Sinn diesem dem BD139 vorzuziehen oder?
Ich verstehe halt gerade nicht so richtig, warum es besser ist den MOSFET zu nehmen, statt einen passenden Bipolartransistor.

Falls BD139: mit Kondensator zwischen Basis und Ground oder ist das unnötig?

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Leon333:
Falls BD139: mit Kondensator zwischen Basis und Ground oder ist das unnötig?

Was soll der Kondensator bringen?
Damit "verschleifst" du die PWM Flanken, d.h. dein Transistor wird zeitweise analog betrieben. Genau das will man ja vermeiden.
Transistor gesperrt - kein Strom, keine Verlustleistung
Transistor leitet - (fast) kein Spannungsabfall, sehr wenig Verlustleistung
Transistor leitet 50% - na, klingelt's? ]:slight_smile:
Außerdem : Lüfter bekommt volle Spannung - liefert volles Drehmeoment
Das ist ja das Geile an PWM, das du auch bei wenig Drehzahl volles Drehmoment hast :smiley:
und genau das alles verschenkst du, wenn da da mit einem Kondensator an der Basis rumfummelst.
So lange es dafür keine triftigen Gründe gibt, wie Oberwellen durch schnelles Schalten, Schwingneigung etc. bringt ein C dort mehr Schaden als Nutzen :wink:

Gruß Gerald

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Leon333:
Also verwendet werden soll ein Scythe Slip Stream SLIM Lüfter. Der hat 3 Pole (-, + und "Controll", wenn ich das richtig im Kopf habe).

Mit dem geht das. Nur das Drehzahlsignal kannst du bei PMW-Ansteuerung nicht verwenden.

Leon333:
Ich verstehe halt gerade nicht so richtig, warum es besser ist den MOSFET zu nehmen, statt einen passenden Bipolartransistor.

Falls BD139: mit Kondensator zwischen Basis und Ground oder ist das unnötig?

MOSFETs sind moderner, leistungsfähiger, unkomplizierter.
Du kannst einen MOSFET direkt vom Arduino ansteuern und damit 100A oder mehr schalten.
Du kannst mit einem IRLZ44 im TO220-Gehäuse ca. 8A schalten, ohne ihn kühlen zu müssen.
Mit dem BD139 kannst du ohne Kühlung nur 1A, und scheiterst da schon am Basisstrom, weil der Arduino nur 40mA liefern kann.

In deinem speziellen Fall reicht der BD139. Aber ein Mosfet ist einfach vielseitiger. Und IRLZ44N gibts bei Ebay 5Stk für 6€.

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guntherb:

Leon333:
Also verwendet werden soll ein Scythe Slip Stream SLIM Lüfter. Der hat 3 Pole (-, + und "Controll", wenn ich das richtig im Kopf habe).

Mit dem geht das. Nur das Drehzahlsignal kannst du bei PMW-Ansteuerung nicht verwenden.

Zumindest geht das mit den genannten Logic-Level-Mosfets nicht. Da handelt es sich ja ausnahmslos um N-Channel-Typen, nutzt man aber einen P-Channel und schaltet damit die positive Versorgungsspannung statt Masse, kann man auch wieder das Tachosignal auswerten. Den P-Channel bekommt man aber nicht mit den 5V des Arduino-Pins angesteuert, da wird ein weiterer Transistor fällig. Das wurde ja erst letztens hier im deutschsprachigen Forum besprochen.

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sth77:

guntherb:

Leon333:
Also verwendet werden soll ein Scythe Slip Stream SLIM Lüfter. Der hat 3 Pole (-, + und "Controll", wenn ich das richtig im Kopf habe).

Mit dem geht das. Nur das Drehzahlsignal kannst du bei PMW-Ansteuerung nicht verwenden.

Zumindest geht das mit den genannten Logic-Level-Mosfets nicht.

Richtig. Ich wollte nur nicht zu viele Varianten reinbringen.