PWM - Glättungskondensator dimensionieren

Guten Morgen liebe Community,

neuer Tag neue Probleme :slight_smile:

Ich habe eine Schaltung aufgebaut, in der ein MOSFET über PWM einen Ventilator in seiner Drehzahl steuern kann. Dies funktioniert soweit auch Prima, wenn das PWM Signal hoch genug ist. Ist das PWM Signal zu niedrig wird es "unangenehm", dies möchte ich über einen Glättungskondensator bereinigen.
Im Netz habe ich auch eine Berechung dazu gefunden. Da gibt man Spannung, Ladestrom und Ladezeit ein. Soweit klar. Da ich aber durch die Veränderung des PWM die Ladezeit bereinflusse (das nehme an) ist dieser Wert ja recht variabel. Das gleiche gilt für die Spannung am Ventilator.

Die Daten:
Netzteil: 24V, 26,4W
Ventilator: 7-18V, 1,8W

Aus einem alten defekten Board, habe ich einen Elko 100uF 25V ausgelötet und spaßenshalber mal eingesetzt, dass hat schon funktioniert. Aber nicht gut, da sicher viel zu hoch dimensieroniert. Die Drehzahlsteuerung klappte zwar, aber suboptimal :slight_smile:

Was verstehst du unter "PWM hoch genug" ?
Ich befürchte, du verstehst PWM nicht.
PWM gibt immer die gleiche Spannung aus, ändert sich nur in der Puls-Weite, wie der Name es schon sagt.

Vermutlich ist dein Ventilator nicht für PWM geeignet, sondern nur für eine Gleichspannungssteuerung.

Etschuldigung, tippfehler, hoch -> noch genau.

Ich verstehe das PWM prinzip schon, nur mein Anwendungsfall muss LEIDER einen Ventilator steuern der nicht PWM geeignet ist. Somit wollte ich etwas "trixen" und ein PWM Signal am Mosfet anlegen, welches über einen Glättungskondensator eine angenäherte Gleichspannung ausgibt.

(deleted)

Kriccemis:
Ich verstehe das PWM prinzip schon, nur mein Anwendungsfall muss LEIDER einen Ventilator steuern der nicht PWM geeignet ist. Somit wollte ich etwas "trixen" und ein PWM Signal am Mosfet anlegen, welches über einen Glättungskondensator eine angenäherte Gleichspannung ausgibt.

Und warum schreibst du das nicht gleich ?

Formel dazu kenne ich nicht, aber du kannst es mit unterschiedlichen Kondensatoren selbst testen.

Dann habe ich mich wohl etwas unklar ausgedrückt.

Mit dem Analogeingang werde ich mir mal anschauen.
Und die Variante mit der Kondensatorvariation bleibt auch im Hinterkopf :slight_smile:

Dein Elko ist deutlich zu schwach dimensioniert. Entladestrom ist ~ 1A, und wenn dein Ventilator nicht PWM-geeignet ist, dann musst du die Welligkeit möglichst niedrig halten --> fetter ELKO und dickes Netzteil. Oder kleinerer Elko und möglichst hohe PWM-Frequenz. Und dann ist da noch sie Kleinigkeit, dass der Ventilator und der C einen Schwingkreis mit einer bestimmten Eigenfrequenz bilden - je nach PWM-Frequenz ist das Ergebnis "interessant". Und bitte die Freilaufdiode nicht vergessen. Möglicherweise ist die auch das einzige, das du in deiner Schaltung dazupappen musst.

Zu schwach, okay :slight_smile:
Laut der im Netz gefundenen Berechnung war er deutlich zu groß. Aber egal. Bin über jeden Tipp und Hinweis dankbar. Freilaufdiode habe ich nicht vergessen. Aber danke für Hinweis! Schwingkreise hatte ich vor sehr vielen Monden mal im Studium behandelt. Da muss ich wohl die alten Dokumente nochmal herbei holen!
Ich habe noch größere Elkos zur Hand, da kann ich diese mal testen.
Ich habe zusätzlich mal die Spannung am Ventilator gemessen, bei steigendem PWM. Da könnte ich mir doch auch die notwendigen Spannungen zum PWM Signal händisch ermitteln oder wäre dies die Deppenvariante?

Du musst die Spannung und Welligkeit derselbigen messen, dafür brauchst du ein Oszi oder ein Multimeter, bei dem der AC-Eingang eine Gleichstrumunterdrückung hat. Also mal probieren: einfach AC einstellen, + an +, - an -, messsen, + an -, - an plus, messen. Wenn beide Werte ~ gleich sind → jubeln, wenn stark unterschiedlich oder einer <= 0 → Pech gehabt.

Kriccemis:
Im Netz habe ich auch eine Berechung dazu gefunden. Da gibt man Spannung, Ladestrom und Ladezeit ein.

Es gibt auch speziell Rechner/Simulationen die für die PWM Glättung gedacht sind:

http://sim.okawa-denshi.jp/en/PWMtool.php

Da kann man die PWM Frequenz, den Widerstand und den Kondensator eingeben und kann dann den Ripple berechnen lassen. Es gibt auch eine Grafik wie schnell der gewünschte Ausgangswert von 0V weg erreicht wird.

Gruß, Jürgen

zwieblum:
Entladestrom ist ~ 1A

Wie kommst du auf den Wert?

zwieblum:
Und dann ist da noch sie Kleinigkeit, dass der Ventilator und der C einen Schwingkreis mit einer bestimmten Eigenfrequenz bilden

Warum nicht die Spannung am Gate glätten? Dann hat man nichts mit dem Ventilator am Hut. Klar ist, dass der Mosfet in dem Fall die Verlustleistung abkönnen muss, die er abbekommt, wenn er nicht nur als Schalter arbeitet.

@Kriccemis: Mit welchen Werten hast du denn gerechnet? Und wo den Kondensator eingesetzt?

Mahimus:
Wie kommst du auf den Wert?

oops, das war das Netzteil ...

(deleted)

Ventilator: 7-18V, 1,8W

Da würde ich mal größenordnungsmäßig ca. 100 mA annehmen und also ca. 100...200 Ohm

Bei 50% 500 Hz PWM (1 ms HIGH 1 ms LOW) würde ein R*C von 2..10 ms sich schonmal deutlich auswirken. (Mal zur Vereinfachung die Ventilator-Induktivität ignoriert)

Daraus ergibt sich ein C von 10 .. 100 µF. Das ist realisierbar.

Ist das PWM Signal zu niedrig wird es "unangenehm"

Da es also prinzipiell geht, ist das doch eine schöne Basis für weitere Experimente und Abschätzungen, wie gut die Glättung wirkt. Ist auch die Frage, bis zu welcher echten geglätteten Gleichspannung runter der Ventilator überhaupt läuft und was du als "unangenehm" empfindest (Brummen?)

michael_x:
Bei 50% 500 Hz PWM (1 ms HIGH 1 ms LOW) würde ein R*C von 2..10 ms sich schonmal deutlich auswirken.

Mal wieder eine zielführende Antwort von dir!

Aber du rechnest RC gleich T in Sekunden? RC ist die Zeitkonstante des RC Gliedes, völlig klar. Aber ich hab extra nachgeschaut*: 1/RC ist die Eckfrequenz omega in rad/s. T in Sekunden muss daher mit der Formel RC * 2pi berechnet werden. Oder hab ich den Denkfehler?

*(Wikipedia, RC Glied, Verhalten im Frequenzbereich)

Hier mal die aktuelle Schaltung mit dem zum Test verwendeten Bauteilen.

ich würde es mal so versuchen und die PWM Frequenz auf 4kHz setzen.

Hier mal die aktuelle Schaltung mit dem zum Test verwendeten Bauteilen.

Die Ladeströme von C1 müssen durch Q1.
Diese gehen gegen unendlich.
LTspice wird es dir zeigen

Dem ardubu sein R1 mildert die Situation ungemein.

Mahimus:
Oder hab ich den Denkfehler?

Nein, f = 1 / 2piR*C. Ist schon richtig für die Grenzfrequenz bei einem Tiefpass erster Ordnung.

Die Zeit R*C ist einfach das τ in dieser Zeichnung und dient nur zur groben Orientierung, von welchen Größenordnungen wir sprechen. Kommt bei Glättungskondensatoren und meiner Schätzung (10...100 µF) ja auch nicht so genau drauf an. Zumal wir alle die Induktivität des Ventilators einfach ignorieren, die sich auch noch eher günstig auswirken sollte.
RC_τ.jpg

ltspice ist übrigens ein guter Hinweis, combie. Erspart das Rechnen und das evtl. das testweise Zerstören :slight_smile:

RC_τ.jpg

Vielenn dank für den Schaltungsentwurf, ich werde diese Variante aufbauen und testen!