Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM in analoge Spannung umwandeln


von Julian D. (juli_elektronik)


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Ich habe ein PWM-Signal mit 12Vp und einem sich hin und wieder ändernden 
Tastgrad (33-100%). Mit dieser will ich einen 12V 800mA Lüfter 
ansteuern, der mit PWM aber nicht zurechtkommt. Darum muss ich die PWM 
wieder in eine analoge Spannung umwandeln.
Ich denke das mache ich am besten mit einem LC-T Tiefpass. Aber ich habe 
keine Ahnung welche Kapazität und induktivität ich da nehmen soll. Kann 
mir da bitte jemand weiterhelfen?

Ach ja, die PWM-Frequenz kann ich von 0 - 1kHz einstellen. Höhere 
Frequenzen werden wahrscheinlich besser sein, nicht?
Die Spannung muss eigentlich auch nicht besonders genau sein, und eine 
restwelligkeit von 100mV sollte auch kein Problem sein.

Oder ein anderer Ansatz:
Der Lüfter hat noch einen dritten (gelben)  Anschluss wie ein PC-Lüfter, 
kann ich diesen damit nicht auch steuern? Das hätte den Vorteil dass ich 
die Verstärkerstufe des PWM-Signalgebers nicht bräuchte. Ich habe schon 
probiert, ein Signal in den Anschluss einzuspeisen (analog und PWM), 
aber der Lüfter hat nicht reagiert. Mache ich da etwas falsch oder geht 
das einfach nicht?

LG Julian

von Kurt (Gast)


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Aha,
da hast du einen 3 EU Lüfter, der mit PWM nicht klarkommt.
Das kann man mit einer Schaltung zu 3...15 EU kompensieren.

Oder gibt es einen 2...5 EU Lüfter, der das kann?

von Julian D. (juli_elektronik)


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Sorry, ich verstehe deine Antwort nicht richtig. Was heiß "3 EU" Lüfter?

von Mani W. (e-doc)


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Diode zum Auskoppeln, dann Lüfter mit parallelem Elko...

von Ralf X. (ralf0815)


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Julian D. schrieb:
> Der Lüfter hat noch einen dritten (gelben)  Anschluss wie ein PC-Lüfter,
> kann ich diesen damit nicht auch steuern?

I.d.R. gibt der gelbe Draht die Umdrehungsimpulse an die 
Steuerung/Regelung zurück, wo (u.a.) damit die Spannungsversorgung 
geregelt wird.

von Mani W. (e-doc)


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Julian D. schrieb:
> Die Spannung muss eigentlich auch nicht besonders genau sein, und eine
> restwelligkeit von 100mV sollte auch kein Problem sein.

Mach Dir über die Restwelligkeit keine Gedanken, spielt für Deinen
Lüfter keine Rollo...

von Julian D. (juli_elektronik)


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Mani W. schrieb:
> Diode zum Auskoppeln, dann Lüfter mit parallelem Elko...

Dann wird die spannung einfach geglättet, und zwar auf die 12V 
dpirzenwert. Somit würde meine PWM einfach rückgängig gemacht werden...

Ralf X. schrieb:
> I.d.R. gibt der gelbe Draht die Umdrehungsimpulse an die
> Steuerung/Regelung zurück, wo (u.a.) damit die Spannungsversorgung
> geregelt wird.

Interessant. Muss ich also doch mit Verstärker.

Also weiß jetzt jemand wie ich Kapazität und induktivität berechnen 
kann?

von Ralf X. (ralf0815)


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Julian D. schrieb:
> Mani W. schrieb:
>> Diode zum Auskoppeln, dann Lüfter mit parallelem Elko...
>
> Dann wird die spannung einfach geglättet, und zwar auf die 12V
> dpirzenwert. Somit würde meine PWM einfach rückgängig gemacht werden...

Wenn da eine Last dran hängt, also Dein Lüfter, ergibt sich automatisch 
eine wellige Gleichspannung unter 12V, abhängig von der Einstellung der 
PWM.

> Ralf X. schrieb:
>> I.d.R. gibt der gelbe Draht die Umdrehungsimpulse an die
>> Steuerung/Regelung zurück, wo (u.a.) damit die Spannungsversorgung
>> geregelt wird.
>
> Interessant. Muss ich also doch mit Verstärker.

An sich viel zuviel Aufwand (ohne Deine Ansprüche zu kennen).

: Bearbeitet durch User
von Mani W. (e-doc)


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Julian D. schrieb:
> Dann wird die spannung einfach geglättet, und zwar auf die 12V
> dpirzenwert. Somit würde meine PWM einfach rückgängig gemacht werden...

Überlege mal:

Nach der Diode hängt der Lüfter, mag aber nach Deinen Worten keine
saubere PWM, also schaltest Du einfach parallel zum Lüfter einen Elko,
von sagen wir mal 47µ aufwärts (austesten), damit ergibt sich eine
Welligkeit der Spannung, die aber nie ganz auf Null fällt...

Je mehr Kapazität, umso mehr Glättung und Welligkeit, den Vorteil
der PWM verlierst Du dabei nicht...

von Mark S. (voltwide)


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Mani W. schrieb:
> Überlege mal

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Julian D. schrieb:
> Ich denke das mache ich am besten mit einem LC-T Tiefpass. Aber ich habe
> keine Ahnung welche Kapazität und induktivität ich da nehmen soll. Kann
> mir da bitte jemand weiterhelfen?
> Die Spannung muss eigentlich auch nicht besonders genau sein, und eine
> restwelligkeit von 100mV sollte auch kein Problem sein.
Fuer eine Schnapsidee sind das mal angenehm praezise Angaben. Damit kann 
man schon gut was anfangen.

> Ach ja, die PWM-Frequenz kann ich von 0 - 1kHz einstellen. Höhere
> Frequenzen werden wahrscheinlich besser sein, nicht?

Jepp, so ist's. Also rechnen wir mal mit 1kHz.
Ein LC-T Tiefpass wuerd' ich mal sagen ist also ein TP 3.Ordnung. Weit 
nach oben weg von der Grenzfrequenz oder, bei Butterworth, schon recht 
nahe nach der Grenzfrequenz hat der also 18dB/Oktave = 60dB/Dekade mit 
dem die Daempfung zunimmt.

100mV Restwelligkeit / 12V "Nutzsignal" = 0.008333 => 41.58 dB 
Sperrdaempfung bei 1kHz.
41.58dB/60dB = 0.693 ; Also sollte die Grenzfrequenz 0.693 Dekaden unter 
1kHz liegen. 1000Hz/(10^0.693)= 202Hz.

Ok, damit kann man mal gucken, was es so im Internet an Onlinerechnern 
fuer Lautsprecherweichen gibt. Die Ueblichen HF-LC-Filterrechner sind 
etwas schlecht, denn da ist oft Zein = Zaus (=50Ohm). Hier (und bei 
Lautsprecherweichen ist's aber so, dass Zein (also der Ausgang des 
Verstaerkers bzw. der PWM deutlich niederohmiger ist. Also fast 0)
Am Ausgang des Filters haengt hier kein Lautsprecher, sondern ein 
Luefter, der bei 12V 800mA zieht, sich also verhaelt, als ob er 15 Ohm 
hat.  Wird nicht 100% richtig sein, aber was anderes als Info liegt halt 
grad nicht vor.
Ich nehm also z.b. mal diesen Rechner:
http://www.v-cap.com/speaker-crossover-calculator.php#thirdOrderCalculator

Und geb dort als Grenzfrequenz 202Hz und als "Lautsprecher" 15 Ohm ein.
Dann kommt das raus:

L2=17.73 mH
L3=5.91 mH
C3=70.03 µF

Fertsch. Zu der Klobigkeit und dem Preis der Bauteile kann sich ja jeder 
selber Gedanken machen.
Jetzt sollte man noch im Hinterkopf haben, dass die Filterberechnung von 
0Ohm Quellimpedanz ausgeht, also sollten die 0Ohm auch naehrungsweise 
erreicht werden, wenn die PWM grad "aus"geschaltet ist. Dazu wirds noch 
eine "Freilauf"diode am Eingang brauchen...

Gruss
WK

von Anja (Gast)


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Mani W. schrieb:
> von sagen wir mal 47µ aufwärts
UL = L x dI / dT

-> bei 12 V und 47 uH ca 250 A/ms (1kHz)
Das reicht für 0.8 A und nicht lückendem Betrieb bei weitem nicht.
Da braucht man eher Faktor 50-1000 mehr (je nach Position der 
Freilaufdiode).

Gruß Anja

von Mario M. (thelonging)


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Wenn Du noch eine belastbare Hilfsspannung >=12V hast, reicht auch ein 
RC-Tiefpass mit Emitterfolger.

von M. K. (sylaina)


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Also Leute, haben wir Wochenende oder was? Seit wann schaltet man vor 
einen mittels PWM zu regelnden Lüfter denn nen TP? Man klatscht einfach 
die PWM an den Lüfter direkt und lässt das Tiefpassfiltern den Lüfter 
direkt machen. Ich mein, wie lahm muss die PWM sein damit das Lüfterrad 
der PWM folgen kann? ;)

von Anja (Gast)


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Mario M. schrieb:
> reicht auch ein
> RC-Tiefpass mit Emitterfolger.

Da fehlt noch ein Kühlkörper für 5-6 W Verlustleistung.

Gruß Anja

von Dergute W. (derguteweka)


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M. K. schrieb:
> Also Leute, haben wir Wochenende oder was?

Vielleicht solltest du dir einfach mal eine Handvoll Luefter zulegen und 
gucken, wie die sich so bei PWM verhalten. Du koenntest ueberrascht 
werden.
Spoiler: Das steht ueblicherweise nicht in den Datenblaettern.

Gruss
WK

von Mario M. (thelonging)


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Anja schrieb:
> Da fehlt noch ein Kühlkörper für 5-6 W Verlustleistung.

Ja, wohl wahr. Den Gedanken habe ich nicht zu Ende gedacht. 😂

von Julian D. (juli_elektronik)


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Dergute W. schrieb:
> Ein LC-T Tiefpass wuerd' ich mal sagen ist also ein TP 3.

Es ist doch klar dass das ein Tippfehler ist...Aber danke für deine 
Rechnung. 17mH werden dann echt ziemlich klobig, besonders wenn ich 
einen möglichst niedrigen Widerstand haben will. Mal schauen ob ich mit 
der Frequenz noch etwas rauf gehen könnte.

Mario M. schrieb:
> Wenn Du noch eine belastbare Hilfsspannung >=12V hast, reicht auch ein
> RC-Tiefpass mit Emitterfolger.

Ich hätte noch 50V, aber dann würden im Mittel bis zu 46V (4V am lüfter) 
am R anliegen und mit den 800mA habe ich dann über 36W 
verlustleistung...

M. K. schrieb:
> Also Leute, haben wir Wochenende
Erstaunlicherweise ja!
> Man klatscht einfach
> die PWM an den Lüfter direkt und lässt das Tiefpassfiltern den Lüfter
> direkt machen. Ich mein, wie lahm muss die PWM sein damit das Lüfterrad
> der PWM folgen kann? ;)
Was denkst du warum ich das nicht gemacht und stattdessen diesen Thread 
erstellt habe? Der Lüfter scheint einen BLDC-Motor zu haben, inklusive 
Ansteuerung. Wie es aussieht braucht diese nach dem anlegen der Spannung 
um die 100-300ms um überhaupt aktiv zu werden. Dadurch läuft der Lüfter 
ab ca 5Hz trotz gleichbleibendem Tastgrad immer langsamer und bleibt 
dann bei 30Hz komplett stehen.

: Bearbeitet durch User
von Dergute W. (derguteweka)


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Julian D. schrieb:
>> Ein LC-T Tiefpass wuerd' ich mal sagen ist also ein TP 3.
>
> Es ist doch klar dass das ein Tippfehler ist...

??? Mir is nix klar. Was ist ein Tippfehler?

Julian D. schrieb:
> 17mH werden dann echt ziemlich klobig,
Jepp. Das war der Sinn meiner Rechnerei.
Wahrscheinlich sinnvoller wird's sein, entweder den Luefter ueber einen 
linear arbeitenden Transistor anzusteuern und die max. ~2.4W 
Verlustleistung im Transistor zu akzeptieren oder eine "neue" PWM mit 
deutlich hoeherer Schaltfrequenz zu basteln, wo dann die Filterelemente 
handlicher ausfallen.

Wie ist denn dein jetziger PWM-Ausgang - Haengt da die Last zwischen 
Ausgang und Masse oder zwischen Ausgang und +12V?

Gruss
WK

von Julian D. (juli_elektronik)


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Dergute W. schrieb:
> Julian D. schrieb:
>
>>> Ein LC-T Tiefpass wuerd' ich mal sagen ist also ein TP 3.
>>
>> Es ist doch klar dass das ein Tippfehler ist...
>
> ??? Mir is nix klar. Was ist ein Tippfehler?

🤦‍♂️ Der LC-T Tiefpass ist ein LC-Tiefpass.

Dergute W. schrieb:
> eine "neue" PWM mit deutlich hoeherer Schaltfrequenz zu basteln, wo dann
> die Filterelemente handlicher ausfallen.

Das habe ich jetzt gemacht, die neue PWM-Frequenz beträgt ca. 30-31kHz. 
Das sollte nun echt reichen, oder?

Dergute W. schrieb:
> Wie ist denn dein jetziger PWM-Ausgang - Haengt da die Last zwischen
> Ausgang und Masse oder zwischen Ausgang und +12V?

Der Lüfter hängt an 12V und wird mit einem Mosfet gegen Masse 
geschalten.

von Julian D. (juli_elektronik)


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Ich habe jetzt mal einfach irgendeine Ringkerndrossel mit ca 30 
Windungen aus einem Schaltnetzteil probiert, zusammen mit einem 4,7mF 
Elko. Es funktioniert perfekt :D
Die Lüfterdrehzahl lässt sich gut regeln und die Restwelligkeit liegt je 
nach Tastgrad zwischen 50 und 100mV. Zu groß ist das ganze auch nicht. 
Bei 100% Duty liegen am Lüfter ca 11,2V an, das sollte in Ordnung sein.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Julian D. schrieb:
> 🤦‍♂️ Der LC-T Tiefpass ist ein LC-Tiefpass.

Axo. Gibt halt T und Pi Strukturen bei Filtern.

Julian D. schrieb:
> die neue PWM-Frequenz beträgt ca. 30-31kHz.
> Das sollte nun echt reichen, oder?
Dann sind halt die Bauteilwerte ca. den Faktor 30..31 kleiner.

Julian D. schrieb:
> Der Lüfter hängt an 12V und wird mit einem Mosfet gegen Masse
> geschalten.
Ok, dann sollte zwischen Mosfet und 12V eine "Freilauf"diode.

Julian D. schrieb:
> zusammen mit einem 4,7mF
> Elko. Es funktioniert perfekt :D
Musst halt mal gucken, wie gerne der Mosfet es auf Dauer hat, die 4.7mF 
immer wieder nachzuladen. Aber wenns erstmal funktioniert...

Gruss
WK

von J. S. (engineer) Benutzerseite


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Dergute W. schrieb:
> Julian D. schrieb:
>> die neue PWM-Frequenz beträgt ca. 30-31kHz.
>> Das sollte nun echt reichen, oder?
> Dann sind halt die Bauteilwerte ca. den Faktor 30..31 kleiner.

Das ist auch zu empfehlen, weil geringere Frequenzen in den 
Audio-Bereich einkoppeln- und dort zu Störungen führen können. Wenn man 
Pech hat, fiept schon irgendein Kondensator.

von 2aggressive (Gast)


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Julian D. schrieb:
> Ach ja, die PWM-Frequenz kann ich von 0 - 1kHz einstellen. Höhere
> Frequenzen werden wahrscheinlich besser sein, nicht?
-Höher als null Herz ergibt durchaus Sinn.

-Ohne L ergibt Sinn, bei solch niedrigen Frequenzen.


Mario M. schrieb:
> Wenn Du noch eine belastbare Hilfsspannung >=12V hast, reicht auch
> ein
> RC-Tiefpass mit Emitterfolger.
So ergibt das eine wohl einigermasen sinnvolle Lösung. Aus der PWM per 
RC-Tiefpass eine verhältnissmässig passende Gleichspannung (mit relativ 
kleiner Welligkeit) erzeugen, dann als Leistungverstärker einen 
Emitterfolger.

von Harald A. (embedded)


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Wie heißt der Typ des Lüfters?

von Julian D. (juli_elektronik)


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Dergute W. schrieb:
> Ok, dann sollte zwischen Mosfet und 12V eine "Freilauf"diode.

Die habe ich eh drin.

Dergute W. schrieb:
> Musst halt mal gucken, wie gerne der Mosfet es auf Dauer hat, die 4.7mF
> immer wieder nachzuladen. Aber wenns erstmal funktioniert...

Der wird es aushalten, kann 4,7A Dauer und 17A Puls und wird nur 
lauwarm.
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/67552/INTERSIL/IRFU110.html
Außerdem wird ja der Strom auch durch die Induktivität begrenzt.

2aggressive schrieb:
> Mario M. schrieb:
>
>> Wenn Du noch eine belastbare Hilfsspannung >=12V hast, reicht auch
>> ein
>> RC-Tiefpass mit Emitterfolger.
>
> So ergibt das eine wohl einigermasen sinnvolle Lösung. Aus der PWM per
> RC-Tiefpass eine verhältnissmässig passende Gleichspannung (mit relativ
> kleiner Welligkeit) erzeugen, dann als Leistungverstärker einen
> Emitterfolger.

Das Problem wurde eh schon gelöst. Bei deiner Lösung wird dann aber die 
restliche Leistung einfach verheizt,  wenn ich das richtig verstanden 
habe.

Harald A. schrieb:
> Wie heißt der Typ des Lüfters?

Das kann ich dir erst nächstes Wochenende sagen, bin unter der Woche 
nicht zuhause.

LG Julian

von M.A. S. (mse2)


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Julian D. schrieb:
> 2aggressive schrieb:
>> So ergibt das eine wohl einigermasen sinnvolle Lösung. Aus der PWM per
>> RC-Tiefpass eine verhältnissmässig passende Gleichspannung (mit relativ
>> kleiner Welligkeit) erzeugen, dann als Leistungverstärker einen
>> Emitterfolger.
>
> ... Bei deiner Lösung wird dann aber die
> restliche Leistung einfach verheizt,  wenn ich das richtig verstanden
> habe.
Ja, das hast Du richtig verstanden.

von Mani W. (e-doc)


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Anja schrieb:
> Mani W. schrieb:
>> von sagen wir mal 47µ aufwärts
> UL = L x dI / dT
>
> -> bei 12 V und 47 uH ca 250 A/ms (1kHz)
> Das reicht für 0.8 A und nicht lückendem Betrieb bei weitem nicht.

Meine 47 µ bezogen sich auf die parallel geschaltete KAPAZITÄT,
parallel zum Lüfter...

Für die Anwendung des TO braucht es keine µH, sonder µF...

von Mani W. (e-doc)


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Ich möchte es nur erwähnen:

Ich habe bei sehr vielen Steuerungen mit PWM, egal ob Motor, Glühlampen,
Laderegler (Regler!), elektrische Heizungen (Hitzedraht usw...) immer
eine Frequenz von ca. 180 Hz genutzt...

Es hat sich damals (tm) als
günstig erwiesen, denn es gibt kein Pfeifen wie bei 1KHz und höher,

Auch ist eine PWM-Lüfterstellung kein Problem mit parallel geschaltetem
Elko am Lüfter...

Und man kann die Schaltflanken des MosFet noch etwas entschärfen mit
Lade- und
Entladewiderständen, sprich - die Kanten etwas weicher machen wegen
eventuellen Störungen oder Stromspitzen...

Für die Anwendung des TO reicht eine Diode und ein Elko, alles andere
ist Overkill und sinnbefreit...

Meine Meinung!

: Bearbeitet durch User
von M. K. (sylaina)


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Julian D. schrieb:
> Was denkst du warum ich das nicht gemacht und stattdessen diesen Thread
> erstellt habe? Der Lüfter scheint einen BLDC-Motor zu haben, inklusive
> Ansteuerung. Wie es aussieht braucht diese nach dem anlegen der Spannung
> um die 100-300ms um überhaupt aktiv zu werden.

Achso, du machst die altbekannte Salami-Taktik. DAS war mir in der Tat 
nicht bewusst. ;)

von M. K. (sylaina)


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Mani W. schrieb:
> Ich möchte es nur erwähnen:
>
> Ich habe bei sehr vielen Steuerungen mit PWM, egal ob Motor, Glühlampen,
> Laderegler (Regler!), elektrische Heizungen (Hitzedraht usw...) immer
> eine Frequenz von ca. 180 Hz genutzt...
>
> Es hat sich damals (tm) als
> günstig erwiesen, denn es gibt kein Pfeifen wie bei 1KHz und höher,

Du bist also eher für Brummen denn für Pfeifen. Jeder, wie er‘s mag ;)

von Julian D. (juli_elektronik)


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M. K. schrieb:
> Achso, du machst die altbekannte Salami-Taktik. DAS war mir in der Tat
> nicht bewusst. ;)

Salami-taktik? Wie geht die?

von I. Augur of Forbidden Town (Gast)


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Julian D. schrieb:
> M. K. schrieb:
>> Achso, du machst die altbekannte Salami-Taktik. DAS war mir in der Tat
>> nicht bewusst. ;)
>
> Salami-taktik? Wie geht die?

Klassische Salamitaktik (frei aus "Die Wurst des Krieges"):

Zwecks effektiver zielgerichteter Hilfe notwendige Angaben/Infos...

...nur unter Nachfragen, Scheibchen für Scheibchen, herausgeben.

von Mani W. (e-doc)


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M. K. schrieb:
> Du bist also eher für Brummen denn für Pfeifen. Jeder, wie er‘s mag ;)

Meistens hört man das gar nicht, solange keine Induktivität dabei ist,
und ein leises Brummeln ist immer noch angenehmer als ein lästiger
1 - 10 Khz Ton, auch wenn er leise ist...

;-)

von Julian D. (juli_elektronik)


Angehängte Dateien:

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Harald A. schrieb:
> Wie heißt der Typ des Lüfters?

War letzte Woche verhindert, hab aber jetzt nachgeschaut: MGT12012YB-R38

I. Augur of Forbidden Town schrieb:
> Julian D. schrieb:
>
>> M. K. schrieb:
>>> Achso, du machst die altbekannte Salami-Taktik. DAS war mir in der Tat
>>> nicht bewusst. ;)
>>
>> Salami-taktik? Wie geht die?
>
> Klassische Salamitaktik (frei aus "Die Wurst des Krieges"):
> Zwecks effektiver zielgerichteter Hilfe notwendige Angaben/Infos...
> ...nur unter Nachfragen, Scheibchen für Scheibchen, herausgeben.

Sorry, das war nicht meine Absicht. Oft stellt sich erst später heraus 
dass noch Informationen nötig sind, wie es mMn hier der Fall war. Aber 
wenn du meinst...

LG Julian

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