Lüfter stört µC-Versorgung

[Dirk K. (dekoepi)]

Ich bastele an einer elektronischen Last, um mir für Entladekurven von 
LiIon-Akkus den Strom selber passend einstellen zu können. Das 
funktioniert auch soweit hervorragend, trotz dass ich derzeit eine PWM 
glätte, um die Zielspannung für den OpAmp (AD8628) vorzugeben.

Ein 10kOhm-NTC neben dem FET auf dem Kühlkörper dient der 
Temperaturmessung; ab 30°C schalte ich per P-FET den 5V 120mA-DC-Lüfter 
- versorgt mit 3,3V wie der ganze Rest - ein.

In diesem Moment sackt die Versorgung von 3,29V auf ~3,08V ab und 
wackelt mehrere zig mV rum. Das stört die Messungen und Anpassungen 
durch den µC (ATmega328), pflanzt sich via USB-Hub sogar fort bis zum 
daneben angeschlossenen Messaufbau (einfacher 10mR-Shunt, ADS1115, 
ATmega328). Selbst da fangen die Messwerte an zu wackeln.

Ich habe dem Lüfter eine Freilaufdiode spendiert, eine SS14. Kondensator 
darüber führt zum µC-Reset, sobald der Lüfter angeschaltet wird. Ich 
habe dem USB-zu-Seriell-Wandler den XC6206 durch einen AM1117-3.3 
ersetzt, in der Hoffnung, dass der mehr Strom liefern kann und stabiler 
läuft. Das Bild bleibt identisch.

Als vorerst letzten Versuch habe ich am Schaltungseingang nun noch 100µF 
Tantal ergänzt. Eine minimale Besserung bringt das schon, meine PWM 
erreicht nach Glättung nun tatsächlich 100% des möglichen Pegels, 
anstatt zuvor 90-95%.

Die Frage ist: Was passiert da durch den Lüfter, und wie kann ich dem 
Entgegenwirken? Noch größeren Elko von 1000µF an den Schaltungseingang?
In meinem (un-)Verständnis sollte die Versorgung aufgrund von 120mA Last 
nicht so stark einbrechen.

[Nico (nico123)]

Nutze zwei Spannungsregler, einen für den µC und einen für den Lüfter 
(eventuell brauchst Du den garnicht)!

Zeige mal vorsichtshalber deine Schaltung! Warum schaltest Du per P-Fet?

[MaWin (Gast)]

Dirk K. schrieb:
> Ich habe dem Lüfter eine Freilaufdiode spendiert, eine SS14. Kondensator
> darüber führt zum µC-Reset, sobald der Lüfter angeschaltet wird

3V3 --+
      |S
-----|I PMOSFET
      |
      +---Lüfter----+
      |             |
      +-----|<|-----+ Freilaufdiode
      |             |
      +-Kondensator-+
                    |
                   GND

Natürlich. Voller Kurzschluss auf die 3.3V Versorgung, deren 
Spannungsregler wird in Strombegrenzung gehen.

Wo kommen denn deine 3V3 her ? Kein zweiter Spannungsregler alleine für 
den Lüfter möglich?

3V3 --+--Drossel--+
      |           |S
------(----------|I PMOSFET
      |           |
 Kondensator      +---Lüfter----+
      |           |             |
      |           +-----|<|-----+ Freilaufdiode
      |                         |
     GND                       GND

[Dirk K. (dekoepi)]

Ich hab' mal versucht, den Aufbau in Frizzing zu skizzieren.

USB-zu-seriell-Wandler für Kommunikation und Stromversorgung, ATmega328 
auf einem Arduino-Pro-Mini-Board als Steuerzentrale. Tut bei dem Problem 
nur nichts zur Sache.

Sofern der Lüfter dazukommt, bricht die Versorgung ein und ist 
"gestört". Einen zweiten Regler kann ich aufbauen und an den 
USB-zu-Seriell-Wandler löten. Das sollte schnell gegengetestet sein.

Danke für den Tipp!

Wobei eine Drossel auch gut klingt, sollte das schon reichen? Das ist 
noch einfacher gegenzutesten.

[Michael U. (amiga)]

Hallo,

was erwartest Du vom internen Regler des CP2101? Der kann laut 
Datenblatt 100mA liefern. Was hat Dein Lüfter nochmal für einen 
Anlaufstrom?
Was verbraucht der Rest Deiner Schaltung?

Wieviel Strom liefert USB?

Gruß aus Berlin
Michael

[Nico (nico123)]

Ich schließe mich Michael an, der interne Spannungsregler im CP2101 kann 
maximal 100mA liefern.....also kein Wunder, dass die Spannung 
zusammenbricht wenn der Lüfter anläuft!

Schalte den Lüfter an die 5V vom USB und dann sollte es gehen! Dann 
brauchst Du aber einen N-Fet oder NPN-Transitor und musst die Masse vom 
Lüfter schalten.

[Dirk K. (dekoepi)]

Ok, 47µH in die Plus-Leitung zum Lüfter sowie eine einfache Ferritperle 
9x5mm zwischen Lüfter und GND bringen nicht so viel.

Ich werde einen zweiten LDO aufbauen, der nur für den Lüfter zuständig 
ist.

[Dirk K. (dekoepi)]

Dirk K. schrieb:
> habe dem USB-zu-Seriell-Wandler den XC6206 durch einen AM1117-3.3
> ersetzt, in der Hoffnung, dass der mehr Strom liefern kann und stabiler

Frizzing hat keinen CH340G. Dort ist ein XC6206 verbaut. Daher der 
Austausch durch AM1117-3.3, der anstatt 250mA doch 1A liefern kann.

Der Mac-USB liefert locker 15W.

Einzig der Lüfter benötigt Strom, 120mA bei 5V.
µC und die restlichen Bausteine sind mit wenigen zig mA dabei.

Daher auch die Erkenntnis, dass es keinerlei Unterschied macht, ob ein 
XC6206 oder AM1117 den Strom liefern.

[Dirk K. (dekoepi)]

Vor dem AM1117 die 5V direkt abgreifen und für den Lüfter nutzen: 
Spannungseinbruch am Regler nur noch 20-30mV; anstatt zuvor >200mV. Auf 
jeden Fall schon mal besser. Schalte den P-FET nun via N-FET BSS138. 
Gelegentlich geht das Konstrukt in eine Art Latch-Up, vermutlich aber 
nur schlecht gelötet.

Danke für die Tipps! :)

Der Rest sollte stabiler werden, wenn ich die geglättete PWM durch einen 
DAC ersetze, der hoffentlich morgen ankommt.

[Dirk K. (dekoepi)]

Naja - hoffentlich kommt morgen der MAX5712 an. Damit sollte die 
Vorgabe-Spannung am OpAmp stabil sein, damit die Last ebenfalls, was 
dann auch die Akkuspannung stabiler hält.