Drehrichtung eines 12V-Lüfters mit PWM regeln, PWM-Signal verstärken

  • Moin zusammen,


    um unseren Keller zu belüften, möchte gerne diesen Lüfter Papst 4412FGPR https://de.farnell.com/ebm-pap…m-12v-dc-0-16a/dp/2914153 mit einem Pi ansteuern und die Drehzahl und Drehrichtung in Abhängigkeit bestimmter Parameter regeln.


    Der Lüfter hat 3 Anschlüsse: +12V , Gnd,PWM.


    Lege ich den Motor an 12 Volt und den PWM-Anschluss an Ground läuft der Motor in Max-Geschwindigkeit vorwärts, lege ich den PWM-Anschluss auf 12 V läuft der Motor in Max-Geschwindigkeit rückwärts. So soll es sein, aber nun kommt der Pi ins Spiel, denn ich würde auch gerne die Drehzahl mittels Pi regeln.


    Die einfache Variante, das PWM-Signal des Pi auf den entsprechenden Motor-Anschluss legen und dann das u.a. Programm (Hoch-und Runterfahren des Dutycycles) starten, funktioniert nicht.


    Zu beobachten ist beim Programmstart zunächst ein Start bei DC= 0 bei voller Drehzahl.


    Bei 50 % DC beträgt die Drehzahl auch noch geschätzte 20-30%. Erst bei ca. 80% DC stoppt der Lüfter, ändert dann die Drehrichtung und kommt bis 100% DC nur auf eine geschätzte Drehzahl von höchstens 20-30%. Beim Rücklauf des DutyCycles von 100 auf 0 verhält sich der Lüfter analog zum Hochlauf.


    Ich nehme mal stark an, dass der geringe PWM-Pegel der GPIO für dieses nicht gewünschte Verhalten verantwortlich ist.

    Nun ist meine Frage, wie schaffe ich es, das PWM-Signal vom PI auf 12 Volt zu verstärken?


    Hat jemand da vielleicht schon eine Lösung in der Schublade? Ich habe bereits mit einer Transitor-Schaltung rumexperimentiert, aber meine Schaltung hatte keine Verbesserung gebracht, der Motor zeigte das gleiche Verhalten wie ohne Transistor.


    Macht es überhaupt Sinn, in die Richtung PWM-Signal-Verstärung weiter zu forschen, oder liege ich hier vielleicht komplett falsch, um diesen Motor zu steuern?


    Über eine Einschätzung wäre ich dankbar.


    Danke im Voraus und viele Grüße

    Rene



    Programmcode Drehzahl Papst-Lüfter


  • Was sagt das Datenblatt (bei F 2 - 5 kHz ?

    bei 5 %, 40 %, 60 %, 100 % PWM ?


    Servus !


    PS: Zum Schalten eines 10 V Signaleinganges mit einem 3,3 V (Pi) Signal, brauchst Du einen Pegelwandler.

    ... oder Du machst es wie im Datenblatt (Kundenseite)

  • Hallo,

    habe jetzt meine Lösung gefunden.

    Ich habe das PWM-Signal vom RPI mit folgender Schaltung an den Lüfter angeschlossen.

    Die Größe des Widerstands habe ich durch Experimentieren herausgefunden.

    Mit dem Resultat kann ich leben.

    Der Ventilator lässt sich nun so ansteuern, dass man die Drehzahl von 0 bis 100% in beide Drehrichtungen bestimmen kann.

    Ob diese Schaltung für denDauerbetrieb taugt? Ich werde es einfach mal probieren.

  • Verstanden hast Du das Lüfterdatenblatt aber nicht.

    Der von Dir ermittelte 330 k Widerstand ist nämlich schon im Lüfter enthalten. Zwei paralell geschaltete Widerstände vermindern den Gesamtwiderstand.

    Da solltest Du Dich eher um eine Strombegrenzung vom P-Pin zur Transistor-Basis kümmern. Derzeit kommt an der Basis 3,3 V an. Soviel braucht ein Transistor üblicherweise aber nicht. Ohne das Datenblatt des von Dir verwendeten Transistors zu kennen, würde ich dort vorerst maximal 2 V anlegen (statt 3,3 V). Dieser, auch als "Angstwiderstand" bezeichnete Begrenzer rettet auch den Pi im Falle einer Überlastung des Ausgangstromes am Pi-Pin, auch im Falle eines Kurzschlusses.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Da es ja ein Transistor ist, sollte UNBEDINGT ein Vorwiderstand vor der Basis zur Strombegrenzung verwendet werden!

    Der GPIO des PI wird ohne Vorwiderstand so stark überlastet, dass er das, wenn überhaupt, nicht lange mitmacht, bevor er kaputt ist - wäre schade drum.

    In Deinem Falls sollte ein Vorwiderstand von 10K jedenfalls genügen. Jeder andere Widerstand zwischen 1K und 100K wird aber auch funktionieren.

    Den 330K solltest Du, wie RTFM schon "gesagt" hat weglassen, da der Lüfter ja intern schon einen (R1) hat und dieser vermutlich so abgestimmt ist, damit der Tiefpass (R2 und C) optimal funktioniert.

    ...wenn Software nicht so hard-ware ;) ...

    Freue mich über jeden like :thumbup:

  • Danke für die Tipps, ich habe den 10K Basiswiderstand eingebaut.


    Ohne den 330k R geht es allerdings nicht (Transistor danach kaputt).

    Mit dem Widerstand läuft es perfekt, ich habe ich den Richtungswechsel ungefähr bei 50% PWM-Signal.

    Aber vermutlich verstehe ich euch falsch. Wenn ich den 330k in meiner Schaltung weglasse, schaltet der Transistor die 12 V doch auf Masse?

    Ich vermute daher, ihr habt irgendwie eine andere Verdrahtung im Kopf als die, die ich aufgemalt habe.

    Verratet ihr mir welche?

  • Es ist nicht vorstellbar, dass der Anschaltvorschlag des Herstellers im Datenblatt nicht funktioniert.

    Möglicherweise hast Du bei Deinen trial & error Versuchen in der Elektronik des Lüfters etwas verheizt.


    Als funktionierender Anschaltvariante sollte Dein Anschlussplan von nachfolgenden Usern vorerst nicht verwendet werden.


    Für mich gilt die Grundregel, immer erst das Datenblatt durchlesen (insbes. die "maximal ratings") bevor ein Halbleiterbauteil verwendet/angeschlossen wird)



    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Ohne den 330k R geht es allerdings nicht (Transistor danach kaputt).

    Mit dem Widerstand läuft es perfekt, ich habe ich den Richtungswechsel ungefähr bei 50% PWM-Signal.

    Aber vermutlich verstehe ich euch falsch. Wenn ich den 330k in meiner Schaltung weglasse, schaltet der Transistor die 12 V doch auf Masse?

    Hast du vielleicht versehentlich den Widerstand - statt ihn wegzulassen - durch eine Drahtbrücke ersetzt ???
    Dann würde der Transistor tatsächlich 12 V nach Masse schalten und logischerweise kaputt gehen.

    Zur Schaltung: Der ganze obere Zweig mit Widerstand und 12V-Anschluss entfällt! - Kollektor nur an den Lüfteranschluss ! (PWM-Motor hast du ihn bezeichnet)

  • Der Transitor liegt doch in Reihe zur Motorwicklung, damit wird der Strom durch den Transitor durch die Motorwicklung gebremst.

    Ein Kurzschluss entsteht da nicht, aber der Transistor muss den Motorstrom aushalten und parallel zur Motorwicklung muss eine Freilaufdiode rein. Kathode an + vom Netzteil und Anode an den Kollektor vom Transitor.

  • Hallo,

    vermutlich geht der Transisitor deshalb kaputt, weil du keine Freilaufdiode eingebaut hast.

    Eine Freilaufdiode sollte bei einem durch die eingebaute Elektronik gesteuerten Lüfter / Motor nicht nötig sein. Das kann man leicht prüfen, ein Messgerät an + und - des Lüfter anschließen und den Rotor kurz manuell in Bewegung setzen, es sollte keine Spannung messbar sein.

  • [...] Ohne das Datenblatt des von Dir verwendeten Transistors zu kennen, würde ich dort vorerst maximal 2 V anlegen (statt 3,3 V). Dieser, auch als "Angstwiderstand" bezeichnete Begrenzer rettet auch den Pi im Falle einer Überlastung des Ausgangstromes am Pi-Pin, auch im Falle eines Kurzschlusses.

    Wie berechnet man denn, welchen Widerstand man braucht, um 2,0 Volt an die Basis zu legen...? Kannst du das mal vorrechnen? Ich glaube, ich stehe gerade auf deinem Schlauch.

    Den 330K solltest Du, wie RTFM schon "gesagt" hat weglassen, da der Lüfter ja intern schon einen (R1) hat und dieser vermutlich so abgestimmt ist, damit der Tiefpass (R2 und C) optimal funktioniert.

    Nicht nur den Widerstand solltest du weglassen, sondern auch den Anschluss an die 12 Volt - sonst wunderts nicht, wenn der Transitor die Grätsche macht.

    vermutlich geht der Transisitor deshalb kaputt, weil du keine Freilaufdiode eingebaut hast.

    Vermutlich ist diese Vermutung Unsinn.

    Hast du vielleicht versehentlich den Widerstand - statt ihn wegzulassen - durch eine Drahtbrücke ersetzt ???
    Dann würde der Transistor tatsächlich 12 V nach Masse schalten und logischerweise kaputt gehen.

    Zur Schaltung: Der ganze obere Zweig mit Widerstand und 12V-Anschluss entfällt! - Kollektor nur an den Lüfteranschluss ! (PWM-Motor hast du ihn bezeichnet)

    Erfreulicherweise endlich ein sachlich zutreffender Beitrag. Wohltuend neben dem Unsinn, der hier bisweilen zu lesen ist.

    Der Transitor liegt doch in Reihe zur Motorwicklung, damit wird der Strom durch den Transitor durch die Motorwicklung gebremst.

    Ein Kurzschluss entsteht da nicht, aber der Transistor muss den Motorstrom aushalten und parallel zur Motorwicklung muss eine Freilaufdiode rein. Kathode an + vom Netzteil und Anode an den Kollektor vom Transitor.

    Oh mein Gott. gibt es schon einen Oskar für die beste Elektronik-Comedy?

    Eine Freilaufdiode sollte bei einem durch die eingebaute Elektronik gesteuerten Lüfter / Motor nicht nötig sein. Das kann man leicht prüfen, ein Messgerät an + und - des Lüfter anschließen und den Rotor kurz manuell in Bewegung setzen, es sollte keine Spannung messbar sein.

    Danke! Und auch und gerade am PWM Eingang sollte selbstverständlich ebenfalls nichts messbar sein.


    Die Beschaltung ist doch auf Seite 4 des Datenblattes eindeutig beschrieben. Da der Hersteller nicht weiß, welchen Transistor du verwendest und mit welcher Spannung du den ansteuerst, kann er natürlich auch nichts zum Basiswiderstand sagen. Der Kollektorstrom dürfte aber sehr gering sein (kannst ihn ja mal messen), so dass jeder Kleintransistor das ohne Probleme ansteuern kann. Mit 1000 bis 10000 Ohm für den Basiswiderstand kannst du beim BC337 nichts falsch machen.

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

  • Die Basis-Emitterspannung ist bei einem Siliziumtransistor maximal 0,7V

    Bei 2V ist der Transitor kaputt, weil die Basis-Emitter Diode durchbrennt

  • Schlaues Kerlchen! Die Frage war auch mehr, wie du "2 Volt an die Basis legen" willst. Aber du kannst den Artikel ja mal selbst lesen, vielleicht kannst du noch was lernen, bevor du wieder mal "2 Volt an die Basis legen" willst. Ich frag mich hier allmählich, ob das alles hier ne große Kabarettnummer ist.

    Die Basis-Emitterspannung ist bei einem Siliziumtransistor maximal 0,7V

    Bei 2V ist der Transitor kaputt, weil die Basis-Emitter Diode durchbrennt

    Jetzt weiß ich echt nicht mehr, ob ich vor Lachen schreien oder in der Hoffnung auf gnädige Bewusstlosigkeit den Kopf an die Wand schlagen soll.

    Ich hoffe, Delta, dass du mich nur auf die Schippe nehmen willst. So viel Strom kann der GPIO gar nicht liefern, dass der Transistor kaputt geht. Da raucht dir eher der Pi ab.

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    Edited once, last by Gnom ().

  • Ich habe auch nicht geschrieben, dass der Pi soviel Strom liefern kann, wobei die 16mA die der Pi abgeben kann bei einem Transitor der im Normalfall im Mikroampere Bereich betrieben wird schon sehr hoch ist.

    Ob das die Basisdiode das lange aushält müsste man ausprobieren.

    Wenn bei dieser Beschaltung tatsächlich 2V an der Basis anliegen, unabhängig von der Ursache wie die da drauf gekommen wären, ist der Transitor kaputt.

    Mehr habe ich auch nicht geschrieben.

  • Microamperebereich. Wie hoch soll der Basiswiderstand sein? Im Megaohmbereich? Ob das dann für die Ansteuerung des Lüfters noch reicht... mag ich bezweifeln.


    Ja, ok, wenn du einfach so 2 Volt an die Basis legst, wird es wahrscheinlich schiefgehen. Allerdings kann man vom Pi aus faktisch keine 2 Volt an die Basis legen. Du kannst nur den Strom durch den Basiswiderstand regeln. Der Spannungsabfall am Basiswiderstand ist immer ungefähr 2,6 Volt. Lässt du den Widerstand weg, ist der Spannunsgabfall "im Draht" 2,6 Volt (weniger natürlich, weil der Spannungsabfall in der Diode bei hohen Strömen steigt). Der Strom muss dann so groß sein, dass URI erfüllt ist. Und das wäre ziemlich groß. Und dann wird der Transistor durchbrennen. Im praktischen Fall dieses Threads wird das aber kaum passieren.

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  • Guck mal das Diagramm an:

    bei 0,8mA = 800yA stellen sich 700mA Kollektorstrom ein.

    Und jetzt sind wir uns doch einig, daß ein größerer Strom durch einen Widerstand nur durch eine größere Spannung möglich ist.

    Bei 3,3V wäre der Widerstand 3250 Ohm

    R=U/I

    3,3 - 0,7 = 2,6

    2,6 : 0,0008 = 3250

  • Der Strom muss dann so groß sein, dass URI erfüllt ist. Und das wäre ziemlich groß. Und dann wird der Transistor durchbrennen. Im praktischen Fall dieses Threads wird das aber kaum passieren.

    genau. Weil vorher wahrscheinlich der GPIO des Raspberry Pi über den Jordan geht...


    Ich denke es ist klar dass die Schaltung die Rene Cherry vorschlägt mit ziemlicher Sicherheit einen Schaden verursachen wird, entweder beim Transistor, oder beim GPIO oder beiden. Es ist auch klar dass der Transistor bzw. GPIO, auch wenn beide das zeitweise zu überleben scheinen , weit ausserhalb jedweder Spezifikation bzw. vernünftigem oder kontrolliertem Arbeitsbereich betrieben wird/werden. Datenblätter haben durchaus einen Sinn. Ich hab allerdings jede Menge Verständnis für Leute die Datenblätter von Transistoren nicht verstehen. Die Dinger sind komplex. 2V BE Spannung ist - so sorry to say that- weit ausserhalb dessen was sich die Entwickler in der Anwendung vorgestellt haben.


    Also lieber Rene Cherry, bitte schalte einen Vorwiderstand zwischen GPIO des Raspberry und Basis des Transistors. Irgendwas zwischen 1.5 kOhm und 10kOhm sollte funktionieren. Die 330K am Collector nach +12V sind, denke ich, nicht notwendig, wie VeryPrivat bereits schrieb. Der Transistor kann dann nicht kaputt gehen, ausser du machst einen Anschlussfehler. Wenn man beispielsweise C und E aus Versehen vertauscht, funktioniert der Transistor im Prinzip auch! Nur halt nicht nach Datenblatt, und man muss mit seltsamen Effekten rechnen.