Regulator wypełnienia PWM z termistorem NTC

Witam,
Chcę zbudować układ pozwalający regulować obroty wentylatora 4-pinowego w najbardziej optymalny sposób. Ze względu na to, że ten typ wentylatora może być regulowany sygnałem PWM, chciałbym to wykorzystać i nie narażać się na dodatkowe straty w przypadku innych układów m. in. z MOSFET-em.
Regulacja obrotów następuje poprzez zmianę wypełnienia sygnału prostokątnego o ustalonej częstotliwości ok. 25 kHz (zakres 21-28 kHz) Regulowanie wypełnienia od ok. 30% do 100% przekłada się na regulację obrotów od minimalnych po maksymalne.
Próbowałem w jakiś sposób rozwiązać to sterowanie, niestety nieskutecznie poniższym układem. Zastosowałem termistor 22 k?, ale ze względu na małe zmiany rezystancji w granicach ok. 0-60°C (w warunkach w jakich czujnik ma pracować) układ nie działa poprawnie. Nie za bardzo wiem, co miałbym zmienić jak najmniejszym nakładem elementów, aby układ pozostał prosty i miał małe wymiary. Mogę zastosować inny układ scalony np. UC3843, tylko nie wiem jak.

Proszę o pomoc, sugestie lub rady.

Quote:

Zastosowałem termistor 22k, ale ze względu na małe zmiany rezystancji w granicach ok 0-60C (w warunkach jakich czujnik ma pracować) układ nie działa poprawnie

Termistor NTC w takim zakresie temperatur zmieni rezystancję conajmniej dziesięciokrotnie, jeśli to za mało to trzeba zrobić układ PWM sterowany napięciem i dodać wzmacniacz pomiędzy termistorem a modulatorem PWM (TL494 ma w środku wszystko co trzeba)

Nie ma sensu obniżać w IC1 12V na 5V, do zasilania 555, by sterować wentylator znów 12V-owy. Przy 494 też tego nie robić. Wystarczy wydzielić zasilanie samego sterownika diodą i fitrować je kondensatorem. Wtedy klucze wentylatorów będzie łatwiej otwierać.

Podstawowa sprawa jaki to wentylator , z jakim typem silnika?
Jaka moc,że straty mogą być aż tak znaczące?

Może jednak wystarczy zastosowanie wręcz elementarnego rozwiązania z liniowym LM317T i termistorem ? Regulacja PWM to tylko dodatkowe źródło zakłóceń w całym urządzeniu.

NE555 ma maksymalny prąd wyjściowy rzędu 200mA czyli mniej więcej tyle ile trzeba by wysterować typowy wentylator. Dlatego rezystor 1kR na wyjściu jest nie na miejscu. NE555 może pracować przy +12V. Jego wyjście nie jest typu otwarty kolektor a to oznacza, że zasilając go z 5V z podłączonym obciążeniem do 12V możesz uszkodzić wyjście.

Dla termistora 20kR @20°C o dosyć typowej sałej β=3760K będziesz miał nastepujące rezystancje w funkcji temperatury:
20°C->24.7kR
30°C->16.3kR
40°C->11kR
50°C->7.6kR
Czyli wbrew temu co twierdzisz rezystancja termistora zmieni się dosyć radykalnie. Jeżeli policzysz 2/3 Ucc czyli tyle ile odkłada się na rezystorach dzielnika masz 3.3V. To teraz policz jakie będzie napięcie w węźle łączącym termistor z rezystorem polaryzacyjnym R6=1kR dla podanych wyżej temperatur?
Wniosek jest prosty, intuicyjne projektowanie jest nic nie warte. Układ trzeba najpierw policzyć! R6 jest o rząd wielkości za mały. Gdyby rezystor polaryzacyjny R6 miał 10kR to zmiany byłyby zauważalne. Częstotliwość możesz sobie zawsze ustalić dobierając wartość kondensatora.

Dzięki za zainteresowanie tematem.
Rzeczywiście prawdopodobnie źle podgrzewałem termistor i przez to miałem takie małe różnice rezystancji. Podgrzewałem go lutownicą ustawioną na 80C i myślałem, około tyle na nim wystąpi przy kontakcie z grubym grotem.
Jest jeszcze jeden ważny szczegół. Sterowanie PWM odbywa się za pomocą 4 przewodu sygnałowego SENSE i tam dostarczany musi być sygnał 5V 25kHz o regulowanym wypełnieniu (i wystarczającej bardzo małej wydajności prądowej 1-5mA). Za pomocą tego wejścia sygnałowego w wentylatorze można sterować jego obrotami. Wejścia 12V i GND są cały czas podłączone, to wewnętrzny układ w wentylatorze nim steruje, więc nie chcę dawać jakiegoś dodatkowego mosfeta który by się grzał.
Największy problem dla mnie to wyliczenie tyle elementów tak aby uzyskać pożądany przedział użytkowy od ok. 30%-100% (25kHz)
Jest to trochę inna aplikacja N555, bo bez tych diod mógłby pracować tylko od 50% i to one wszytko mi komplikują. Znalazłem dwa wzory z kalkulatorów.... Ale prawdopodobnie ulegną one modyfikacji z tymi diodami.
TL= 0.693*RB*C
TH= 0.693*(RA+RB)*C
RA=R6 RB=POT+Termistor
Czy projektowanie nawet tak prostych obwodów jest zawsze takie trudne?
Postaram się przeczytać notę katalogową może mi coś rozjaśni.
Aha, poszukuję jeszcze termistorów z specyficznym wkrętem M3 (bardzo praktycznym) Czy ktoś widział je kiedyś w jakimś internetowym sklepie?

Zuavirr wrote:

Jest to trochę inna aplikacja N555, bo bez tych diod mógłby pracować tylko od 50% i to one wszytko mi komplikują. Znalazłem dwa wzory z kalkulatorów.... Ale prawdopodobnie ulegną one modyfikacji z tymi diodami.
TL= 0.693*RB*C
TH= 0.693*(RA+RB)*C
RA=R6 RB=POT+Termistor

W wersji z diodami będzie prościej nie będzie sumy w drugim wzorze, potencjometr odpowiada za ładowanie, termistor za rozładowanie.
Ja bym podstawił pod to równanie opisujące zależność rezystancji od temperatury i wyrysował charakterystykę wyopełnienia od temperatury w jakimś sofcie do obliczeń matematycznych - na codzień używam Octave-a (opensource-owy "odpowiednik" Matlab-a)
Pewnie są jakieś narzędzia tego typu on-line, może wolfram alpha się nada.
Inny sposób to zasymulować w SPICE-ie przy pomocy źródeł o arbitralnie ustalonej funkcji przenoszenia.
To są dwa sposoby na to żeby komputar za nas policzył jak to będzie wyglądało.
Może też ci sie przydać informacja że łącząc równolegle termistor z rezystorem można zlinearyzować charakterystykę (w pewnym przedziale), bo eksponent z różnicy odwrotności temperatur bywa uciążliwy.

Zuavirr wrote:

Czy projektowanie nawet tak prostych obwodów jest zawsze takie trudne?
Postaram się przeczytać notę katalogową może mi coś rozjaśni.

Projektowanie prostych obwodów jest trudniejsze niż skomplikowanych.
Im mniej elementów tym więcej wymagań stawianych poszczególnym elementom, a więc trudniej.

Kiedyś miałem taki układ zbudowany na wzmacniaczach operacyjnych, oddzielnymi potencjometreami można było regulować: minimalne obroty (żeby sie nie zatrzymał) nachylenie charakterystyki i temperaturę od której rosną obroty, czujnikiem był zwykły tranzystor, układ był skomplikowany ale łatwy do modyfikacji.

Można podłączyć termistor do pinu 5... zobacz w nocie katalogowej NE555. Można też kondensator C6 podłączać do odpowiednio dobranego dzielnika. To pozwoli zwiększyć czułość - można uzyskać nawet taki wynik, że przy niskiej temperaturze zasilanie wiatraczka będzie stale wyłączone, przy wysokiej stale włączone, a przy pośrednich wypełnienie będzie zależne od temperatury.

Ale łatwiej to się robi z użyciem wzmacniaczy operacyjnych, niż NE555 - na jednym wzmacniaczu robi się generator trójkąta, na drugi podaje się ten trójkąt i napięcie z dzielnika zawierającego termistor, a on na wyjściu daje stan zależny od tego, czy trójkąt w danej chwili jest powyżej, czy poniżej napięcia z dzielnika.

Zastosować prosty generator VCO na wzmacniaczach operacyjnych. Schematów jest na necie kilkadziesiąt.

cooltygrysek wrote:

Zastosować prosty generator VCO na wzmacniaczach operacyjnych. Schematów jest na necie kilkadziesiąt.

Niech kolega sie nie ośmiesza, VCO to generator o częstotliwości sterowanej napięciem a tu chodzi o sterowanie wypełnieniem, układ równie prosty ale funkcja zupełnie inna.

Można też użyć układ TC642 specjalnie zaprojektowany do sterowania obrotami względem temperatury wraz zabezpieczeniem przed zatarciem i pewnym startem wentylatora wraz z sygnalizacją. Gdyż układy z generatorami mają wadę. Brak możliwości poprawnego startu wentylatora w przypadku zatarcia lub zabrudzenia.

Jeśli częstotliwość ma być stała (w #1 poprzez zmianę wypełnienia sygnału prostokątnego o ustalonej częstotliwości), to na jednym NE555 nie da rady, bo zmiana wypełnienia będzie powodować zmianę częstotliwości - trzeba by zrobić oddzielny generator "trójkąta" i generator PWM wykorzystujący ten "trójkąt", i robienie tego na NE555 jest "utrudnianiem sobie życia", bo bez sztucznego ustawiania potencjału pinu 5 NE555 ma progi przełączania 1/3 i 2/3 napięcia zasilania i w takim zakresie generuje "trójkąt" (regulacja potencjału pinu 5 zachowa 1:2 - będzie 1/2 i 2/2 tego potencjału), a do zrobienia PWM potrzebny jest "trójkąt" dużo większy od różnicy progów przełączania. Na wzmacniaczach operacyjnych można zrobić przerzutnik Schmitta (1 w.o.) o małej różnicy progów przełączania i generator trójkąta (2 w.o.) bliskiego napięciu zasilania.

Jest kolega pewny że generator VCO się nie nadaje ? Za jego pomocą wysterujemy drugi generator tak trudno pomyśleć ?

cooltygrysek, chyba nie przeczytałeś tego, co zacytowałem z #1: o ustalonej częstotliwości. Co prawda można by zastosować dwa generatory, z tego jeden VCO, impuls z jednego by zmieniał stan wyjścia na '1', drugiego na '0', a napięcie sterujące byłoby różnicą uśrednienia napięcia na wyjściu i napięcia z termistora, to by mogło działać, ale może być nieco za trudne.

Twierdzisz że trudne ? Swego czasu budowałem taki regulator jednak prawdę powiedziawszy trudno jest ustalić minimalne jak i maksymalne obroty. Gdzieś mam schemat, jak znajdę to zapodam. Chyba że tu chodzi o załączenie generatora PWM przy określonej temperaturze ale mnie się wydaje że koledze chodzi o regulację obrotów w pełnym zakresie poprzez wypełnienia przebiegu PWM za pomocą czujnika NTC.

Jest jeszcze kwestia, czy to działało tak, jak sobie wyobrażasz... No i po co kombinować z VCO, skoro można prościej?

W układzie z VCO trudno uzyskać stabilne działanie w całym zakresie - kiedyś zrobiłem ściemniacz do żarówki działający na tej zasadzie, mogłem nim regulować napięcie na żarówce od 0 do 217V (przy napięciu sieci 220V), ale jak za daleko pokręciłem, albo nawet tylko za szybko, to żarówka zaczynała migać.

Działało i to nawet bardzo dobrze. Jednak masz rację co do stabilności. Bo tak jak mówię ciężko było wentylator utrzymać przy minimalnej prędkości obrotowej. Ale to było zaprojektowane kiedy miałem 12lat i burzę w mózgu. Dziś bym zrobił podobnie lecz termistor sparametryzował bym równolegle z dzielnikiem rezystorowym niepozwalającym na zejście na niższe obroty. Zresztą do dziś w aucie mam podobny wynalazek, to sterownik do lampki kabinowej oparty na VCO sterujący PWM na NE555. Tryb rozjaśniania 3sek i ściemniania 5sek. Działa to już 20lat bez zarzutu.
Ja na ogół stosuje albo układ TC642 do każdego typu wentylatora DC jeśli zachodzi potrzeba kontroli działania wentylatora i pewnego startu albo kupuje wentylatory NIDEC z wbudowanym sterownikiem opartym na podobnym układzie.
Układ TC642 ma ta przewagę że można sterować obrotami wentylatora na dowolne napięcie DC.

A czy dawało impulsy o stałej częstotliwości? Bo tak sobie życzył autor tematu.