Schaltung für Lüftungssteuerung mit RPi

[Thilo Ruppert (Gast)]

Moin liebe Gemeinde,
lese hier schon sehr lange mit und habe auch schon einige kleine 
Projekte durch eure Hilfe realisieren können. Aber gerade komme ich 
nicht weiter. Vielleicht könnt ihr mir helfen.
Ich baue gerade eine Lüftersteuerung für das Dachgeschoss undseres 
Hauses. Wir haben Ventomaxx dezentrale WRG Lüftungsgeräte, die paarweise 
alternierend funktionieren. Während der Lüfter A in die Wohnung 
hineinbläst, saugt der Lüfter B ab. Nach 70s drehen beide ihre 
Drehrichtung um.
Für den Rest des Hauses habe ich die originiale Steuerung des 
Herstellers nehmen können. Im Dachstuhl allerdings geht dies nicht, da 
die Lüfter nicht an der Fasade ansuagen, sondern in der 
Hinterlüftungsebene unter den Ziegeln. Nun ist die Luft im Sommer 
bekanntlich unter den Ziegeln stark aufgeheizt. Ich will vermeiden, dass 
diese heiße Luft von Lüfter A angesaugt wird und den Wohnraum zusätzlich 
aufheizt.. (im Sommer alternieren die Lüfter nicht alle 70s).
Daher habe ich mir folgendes gedacht und bereits die Kabel und die 
Sensoren schon installiert:
In der Luftzone von Lüfter A und B sitzt jeweis ein DHT22, der mir die 
aktuelle Temperatur und die Luftfeuchte liefert. Im Wohnraum befindet 
sich mittig ebenfalls ein DHT22, um den Taupunkt berechnen zu können. 
Die Messwerte der drei DHT22 werden von einem RPI3 ausgelesen. Dieser 
schickt mir dann die Daten auf meine LXCCU (Homematic). Das alles läuft 
nun endlich.
Nun muss ich noch die Lüfter ansteuern. Softwaretechnisch ist das eher 
ein kleineres Problem (kleines Python Skript, Cronjob etc.). Allerdings 
sind die Lüfter etwas speziell. Verbaut sind VarioPro 4412 FGM PR von 
Papst mit einer eigenen Motorsteuerung. Der Lüfter hat 3 
Anschlussleitungen. Nach einigen Recherchen und auch Messungen habe ich 
folgendes herausgefunden: +, Masse 1 und Masse 2. An + liegt eine 
definierte Spannung an und die Richtungsumkehr funktioniert über die 
Umpolung der Masse. Am Steckbrett so auch getestet mit 12 Volt.
So nun möchte ich, genauso wie die originale Steuerung, die Lüfter in 5 
verschiedenen Drehzahlbereichen laufen lassen. Dabei habe ich mir 
folgendes gedacht: Als Spannungsquelle dienst ein Standard 12V Netzteil. 
In der höchsten Drehzahlstufe 5 benötigen die Lüfter diese 12V. Für 
Stufe 1-4 entsprechend weniger bis minimal 7,55V. Nun habe ich mir für 
die 5 Spannungsniveaus Step Down Regler mit wide Range Eingang und 
variablen Ausgang bestellt. Diese entsprechend auch schon auf die 
Ausgangsspannung und die gewünschten Drehzahlen eingestellt.

Nun zu meiner Frage: Wie kann ich nun diese 5 Spannungen mit dem RPi 
steuern??

Dachte an einen ULN2308 und davon 5 Stück. Für jeden Spannungsfall 
einen. Würde das gehen oder kann man das auch intelligenter machen?

Ich würde mich riesig freuen, wenn ihr mir Tipps geben könntet.

Liebe Grüße
Thilo

[Nico W. (nico_w)]

Ich würde da ja 12V anlegen und dann über nen N-Fet die Massen per PWM 
steuern. Dadurch brauchst nur die 12V anlegen. Den Rest macht der RPi.

Was meinst du eigentlich mit Umpolung der Masse?

Normal hat man an der dritten Ader ja nen OpenCollector um damit die 
Drehzahl zu detekieren.

[Thilo Ruppert (Gast)]

moin nico_w,
die Lüfter scheinen Spezialanferigungen von Papst für Ventomaxx zu sein. 
Bei dem Hersteller Inventer kenne ich das auch so. Da habe ich auch 
schon mal im Netz was gefunden. Die Lüfter haben drei Adern. Einer ist + 
und die anderen beiden sind -. D.h., dass wenn an + und -(1) Spannung 
anliegt, dreht er rechts herum und wenn an + und -(2) Spannung anliegt, 
dann dreht er links herum.
Deine Idee mit einem FET ist super. Nun taktet am Gate ja die PWM 
Spannung (TLL) vom RPi. Ist dieser Takt, z.B. 125Hz, dann auch zwischen 
Drain und Sours? Oder "merkt" diese Strecke D-S den Takt nicht? Problem 
ist nämlich, dass ich die Lüfter schon mal bei 1kHz PWM Spannung 
betrieben habe und da pfeifen die unheimlich. Gerade laufen sie 
testweise mit 20kHz und nun ist das Pfeifen deutlich leiser. Die Tage 
müssten die Step Down´s kommen. Die takten mit 350kHz. Mal schaun wie 
laut dann das Pfeifen noch ist. Ich habe halt die Befürchtung, dass wenn 
der FET auf der Strecke D-S auch den PWM Takt des Gate´s hat, dass die 
Lüfter dann sehr laut sind. die Frequenz des RPi ist ja begrenzt, auf 
wieviel weiß ich leider nicht. Wenn nicht, wäre es super. Dann brauch 
ich für alle Spannungen nur einen FET.
Was meinst du denn mit "Ich würde da ja 12V anlegen und dann über nen 
N-Fet die MASSEN per PWM steuern." Wie die Masse? Könntest du mir 
vielleicht kurz beschreiben oder kleine Zeichnung machen? Komm einfach 
nicht drauf. Kenn mich da leider auch zu wenig aus. Und wird der FET 
heiss? Muss der dann gekühlt werden?

Und schonmal 1000 Dank für deinen Vorschlag.

Best
Thilo

[Jürgen H. (nobody)]

Hallo Tilo,

ich habe für meine InVenter Lüfter genau diese Ansteuerung gebaut.
Den Schaltplan und eine Beschreibung findest du hier.

Hausbus mit RS485 / InVenter und Raumsensoren

Vielleicht kannst du dir ja was abkupfern.
Übrigens 350kHz sind heftig! Im Bereich von 28 kHz sind immer so das was 
man nicht mehr hört aber trotzdem für die Lüfter passt.

Gruß

Jürgen

[Chris (Gast)]

Hi,

unbedingt vorher testen, wie die Lüfter auf die PWM reagieren. Die 
Papst-Lüfter (aus alten Servern), die ich für meine Eigenbaulüftung 
verwendet habe, verhalten sich "komisch", besonders bei hohen 
PWM-Frequenzen. Bei niedrigen Frequenzen fiepen oder klopfen sie, was 
auch nicht gut ist.

Lösung war in meinem Fall, Kondensator, Spule und Diode zu ergänzen und 
somit einem ungeregelten Schalt"regler" zu bauen.

Chris

[Rudolph (Gast)]

Thilo Ruppert schrieb:
> Während der Lüfter A in die Wohnung hineinbläst, saugt der Lüfter B ab.
> Nach 70s drehen beide ihre Drehrichtung um.

Bist Du sicher, dass die das auch wirklich tun?
Ich fand das gerade interessant da DC Lüfter eigentlich immer nur in 
eine Richtung angeschlossen funktionieren und habe mal nach den Daten 
von dem 4412 FGMPR gefischt.

In den Unterlagen die ich finden konnte ist aber ausdrücklich nur eine 
Drehrichtung angegeben.
Kann es sein, dass immer nur einer pustet und der andere einfach durch 
den Luftstrom bewegt wird?

Wenn die Dinger den Steuer-Pin als Option haben, dann werden da wohl 
1...10V Gleichspannung angelegt.

[Thilo Ruppert (Gast)]

moin Rudolph,
bin mir da 100% sicher, dass die Adern so beschalten werden, wie ich 
beschrieben habe. Habe diese Lüfter ja auch in meinen anderen 
Stockwerken mit der originalen Steuerung verbaut und die alternieren 
paarweise. Natürlich kann man auch einen Modus einstellen 
(Querlüftungsmodus), dass einer rein und der andere raus bläst und dass 
immer. Aber das ist eher was für den Sommer, wenn man die 
Wärmerückgewinnung nicht braucht.
Auf der Papst Seite habe ich auch schonmal nach den Lüfterndaten 
nachgeschaut. Da habe ich das gleiche herausgefunden wie du geschrieben 
hast. Da ich einen Lüfter aber schon mal im Versuchsaufbau auf meinem 
Tisch getestet habe, weiss ich, dass sie so funktionieren, wie oben 
beschrieben.Denke mal, dass Ventomaxx dort in den Lüftern eine eigene 
Steuerung einbauen hat lassen.
Gestern sind die Step Down Regler gekommen.
1. 5 x LM2596S DC Spannung Step-Down Schaltregler Netzteil Modul Wandler 
Konverter
2.Mini 3A DC Spannungsregler -wandler Buck Converter Step Down Module 
Modul LM2596
findet man im großen Auktionshaus.
Werde sie heute Abend mal testen und berichten. Besonders das Geräusch 
der Lüfter bei niedriger Drehzahl ist interessant.

@Jürgen H:
Könntest du mir das Layout für deine Platine schicken und die 
Stückliste? Hast du die Inventer Lüfter mit 3 oder 4 Adern. Soll mal 
beide Varianten gegeben haben. Besonders würde mich interessieren, wie 
du die Drehzahlregelung gemacht hast und wenn mit PWM, dann mit welcher 
Frequenz. Und wie machst du die unterschiedlichen Spannugnsstufen für 
die Drehzahl? Kannst du auch mehrere Stufen einstellen? Wie wählst du 
die an?

1000 Dank schon mal
Best
Thilo

[Jürgen H. (nobody)]

Servus,

Schaltplan und Layout ist im Anhang.
Kannst du mit der Freeware Version von Eagle verwenden.

Ich hab die Lüfter mit 3 Adern so wie du sie auch beschrieben hast.
Die Frequenz habe ich auf 28kHz gesetzt. Damit laufen sie sehr ruhig und 
rund.

Für die Drehzahlregelung war die Strommessung gedacht. Allerdings 
stellte sich raus das man es das nicht braucht.
Ich stelle per Protokoll eine Spannung ein, kann also Stufenlos regeln.
Anhand der Versorgungsspannung, gemessen am PA5 auf den Modulen, wird 
dann die PWM eingestellt.
Damit kann man die Leitungslängen ausgleichen, und da ich noch weitere 
Verbraucher am gleichen Netz habe, auch unterschiedliche Belastungen 
ausgleichen.

z.B.: ich stelle 8.5V ein.
Dann läuft ein Lüfter mit 74% PWM bei einer Versorgung von 11,5V
und der andere mit 71% PWM bei einer Versorgung von 12,0V

Gruß
Jürgen

[Thilo Ruppert (Gast)]

Super danke vielmals. Werd es mir morgen gleich mal anschauen und 
hoffentlich mal zum laufen bekommen.
Woher bekommst du denn die 28kHz PWM. Der RPi gibt meines Wissens nicht 
so viel her?

[Jürgen H. (nobody)]

28kHz wirst du mit dem PI nicht erreichen.

Dazu habe ich einen kleinen Controller verbaute der das sauber in 
Hardware macht.

Viel Spaß