PWM & Ausgangsspannung

Ich glaube, Sie werden von der Physik des Lüfters gebissen.

Die Leistung in einem sich bewegenden Luftstrom ist proportional zur Kubikzahl der Luftgeschwindigkeit, und die Rotationsgeschwindigkeit eines Propellers mit fester Steigung (dh Lüfter) ist direkt proportional zur Luftgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass Sie, um die Luftgeschwindigkeit Ihres Lüfters (oder seine Drehzahl) zu verdoppeln, achtmal so viel Leistung aufbringen müssen. Oder umgekehrt, um die Geschwindigkeit zu halbieren, benötigen Sie nur ein Achtel der Leistung. Wenn Sie die Luftgeschwindigkeit, die Sie bei 100 % Einschaltdauer erhalten, „volle Geschwindigkeit“ nennen, dann tritt „halbe Geschwindigkeit“ bei 1/8 der Leistungsstufe auf; bei 12,5 % Einschaltdauer. Noch dramatischer wäre die Viertelgeschwindigkeit bei 1/8 davon , bei nur 1,5625 % Einschaltdauer. Mit anderen Worten, die Geschwindigkeit, die Sie bei den niedrigsten Arbeitszyklen erreichen, ist fast alles, was Sie erreichen werden, da die Leistung in bewegter Luft so nicht linear ist.

Bearbeitet basierend auf dem Schaltplan:

Sie haben dort im Wesentlichen einen Abwärtswandler. Der P-Kanal verhält sich wie der High-Side-N-Kanal, den Sie normalerweise in einem Dollar haben. Ich bezweifle, dass sich der FET so solide einschaltet wie ein N-Kanal mit High-Side-Antrieb, aber er verhält sich immer noch bockig.

Wenn Sie keine gute Drehzahlregelung haben, haben Sie wahrscheinlich einen Lüfter, der nur über einen begrenzten DC-Eingangsbereich (10–12 V) arbeitet, oder der High-Side-P-Kanal leitet einen Teil der Eingangsspannung ab und begrenzt den maximalen DC dass der Fan sehen kann.

Oder ordnen Sie den Buck so an, dass sich der FET auf der niedrigen Seite befindet, und verwenden Sie dort einen N-Kanal.

Wenn Sie HF-Klingeln am MOSFET haben, können Sie versuchen, das Schalten zu verlangsamen, indem Sie den Serien-Gate-Widerstand erhöhen, oder eine Hochfrequenz-RC-Snubber-Schaltung über die Gate-Source hinzufügen, um die Klänge zu unterdrücken.

Vor einiger Zeit habe ich eine ähnliche Schaltung gemacht, im Grunde eine PWM mit einem LC-Filter am Ausgang. Dies ist im Wesentlichen ein schaltender DC/DC-Abwärtswandler. Ich komme auf den Punkt: Es hat nicht funktioniert.

Das Hauptproblem besteht darin, dass die Kappe bei eingeschaltetem PWM vollständig aufgeladen und bei ausgeschaltetem PWM nicht vollständig entladen wurde – wodurch der Lüfter im Grunde zu 100 % mit Strom versorgt wird. Denken Sie auch daran, dass sich die meisten 12-V-Lüfter drehen, wenn sie nur von 4 V abgeschaltet werden.

Mein Vorschlag ist, den LC-Filter zu entfernen und zu sehen, ob das die Dinge verbessert (sollte es). Wenn Sie nicht versuchen, die FCC-Tests zu bestehen, sind Sie fertig. Wenn Sie versuchen, Tests zu bestehen, sollte es funktionieren, einfach eine kleine Obergrenze (1 uF oder weniger) hinzuzufügen. Abgesehen von EMI-Emissionen gibt es nicht viel Grund, Dinge auf einen Lüfter zu filtern.

Wenn Sie alternativ den LC-Filter dort belassen, ist das, was Sie wirklich tun, nicht das PWM des Lüfters, sondern das Steuern der Geschwindigkeit durch Variieren der Spannung. Damit dies funktioniert, sollten Sie entweder die Größe des Induktors erhöhen und/oder die PWM-Frequenz erhöhen. Grundsätzlich möchten Sie, dass dieser schaltende Buck-DC / DC-Wandler ordnungsgemäß funktioniert.

Das Variieren des PWM-Tastverhältnisses, um einen linearen (oder nahezu linearen) Spannungsausgang zu erzielen, funktioniert, wenn Sie das Laden und Entladen von einem "Ausgang" glätten, der Strom mit der gleichen Rate liefert und senkt. Typischerweise würden Sie dies bei einem bipolaren Ausgang sehen (damit meine ich beide Polaritäten, nicht BJT), der einen R / C-Filter speist.

Was Sie stattdessen gebaut haben, ist eine Ladungsinjektionsschaltung mit variablem Arbeitszyklus (eine Art Abwärtswandler) - Sie steuern die Spannung nicht, da die Entladerate Ihres Filters von der Last und nicht von der PWM-Schaltung gesteuert wird. Sie arbeiten hier mit offener Schleife - und so haben Sie jenseits eines kleinen Fensters entweder nicht genug Strom und die Spannung geht auf Null, oder Sie haben zu viel Strom und Sie erhalten die volle Spannung.

Ich nehme an, ein schneller Hack, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, besteht darin, einen FET-Totempfahl zu haben, der die linke Seite von L1 auf Masse zieht. Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob Ihr 12-V-Netzteil Ihnen dafür danken wird.

„Gebissen von der Physik des Lüfters“ klingt wahrscheinlich.

Sie könnten Ihre Skala nach dem Abstandsquadratgesetz p/4πr^2 neu berechnen. Aber Sie benötigen mehr als 8 Bit PWM-Auflösung, damit das funktioniert.