[Schematy] Sterownik obrotów wentylatora zależny od temp. - projekt i testy

Po pierwsze, dla jakich warunków zmierzyłeś wzmocnienie tranzystora? Ono zależy od prądu i napięcia, zwłaszcza przy większych prądach.

Po drugie, obciążenie w emiterze oznacza, że trzeba podać napięcie równe sumie potrzebnego napięcia na obciążeniu + napięcia baza-emiter + napięcia na oporniku.

A z twoich wzorów trudno coś dociec, jak nie piszesz, który symbol co oznacza.

Skoro to ma być wtórnik to rezystor bazowy jest zupełnie zbędny, można dodać rezystor pull-up - jest to sposób na rozszerzenie zakresu napięć od góry (bez nich LM324 ograniczy do 10,5V).
Rezystory sumujące 91R to zdecydowanie za mało daj 1k albo 10k, rezystory od dodatniego sprzężenia zwrotnego przy komparatorze też za małe, zauważ że podłączyłeś 100R do dzielnika którego rezystancja wewnętrzna ma 1,7kΩ więc to nie mogło poprawnie działać.

Dodano po 2 [minuty]:

aj123 napisał:

Szczerze mówiąc, nie pamiętam już w jakiej konfiguracji sprawdzałem wzmocnienie, natomiast wiem, że wyszło ono nawet zgodne z danymi w nocie katalogowej (typowo 290x). Ale ten pomiar robiłem bardziej z ciekawości.

Trzeba było włączyć amperomierz pomiędzy bazę i kolektor, a obwód kolektor emiter szeregowo z wentylatorem, dostał byś rzeczywisty prąd bazy w tym układzie, pomiar hfe w mierniku działa przy prądzie kolektora ok 1mA gdzie wzmocnienie jest większe.
Jaki to tranzystor?

aj123,

Schemat, który proponujesz w poście #1 ogólnie jest dobry, choć ja zmieniłbym to, skąd wzmacniacze operacyjne biorą sygnał sprzężenia zwrotnego.
Mianowicie sygnał pobierałbym z emitera tranzystora wykonawczego (tranzystora wentylatora).
jarek_lnx dobrze proponuje z rezystorem pull-up.
Nie jestem pewny czy warto usuwać rezystor bazowy (rezystor pomiędzy wyjściem wzm. oper., a bazą tr. wykonawczego). Kojarzę (nie jestem pewny), że układ bez tego rezystora może być mniej stabilny i zachowywać się jak generator. W razie problemów, można poeksperymentować w tej kwestii.
O sekcji komparatora z histerezą jest dobrze powiedziane w poście #4
Choć, po zmianach w sekcji wtórników i sterowania wentylatorami, może się okazać, że trzeba będzie wprowadzić jeszcze nieznaczne zmiany (być może tylko wartości elementów?) w sekcji komparatora


"(...) realizował płynne zwiększanie obrotów wentylatora w zakresie 30-60 stopni (...)"
Czy możesz doprecyzować,
Jakie ma być napięcie na wentylatorze (inaczej na emiterze tr. wykonawczego), gdy temperatura termistora jest równa:
- 30degC
- 60degC
?

Akurat I_Cmax nie jest tu najważniejszy: to jest prąd dopuszczalny ze względu na możliwość uszkodzenia tranzystora, ale niestety to nie jest prąd, przy którym tranzystor dobrze działa - jeśli ma dobrze działać przy 100mA, to BC337 jest tylko minimalnie droższy od BC547, a 100mA to nie jest dla niego za dużo. Należy popatrzeć na typową zależność wzmocnienia od prądu kolektora, do jakiego prądu jest w miarę stała, i raczej unikać stosowania tranzystora do większych prądów.

Z tym, że BC337 może się mocno grzać (a nawet przegrzać), jeśli regulacja napięcia na wentylatorze będzie płynna - zwłaszcza, jeśli wentylator ma nieliniową zależność prądu od napięcia i np. przy napięciu 3V pobierze 80mA - w tranzystorze wydzieli się wtedy 720mW (przy zasilaniu 12V), dla BC337 to za dużo, należy użyć np. BD137.

Inna sprawa, że rozwiązanie układowe, które by miało dać np. 100mA przy temperaturach ponad 60°C, a płynną (i przewidywalną) zależność przy niższych, jest trochę bardziej skomplikowane. Nie ma potrzeby stosowania innego wzmacniacza operacyjnego, niż LM324, bo do sterowania bazy NPN w układzie wspólnego emitera zakres napięć wyjściowych LM324 wystarczy, ale potrzebny jest układ przekształcający napięcie wejściowe na współczynnik wypełnienia na wyjściu - może prosty generator ze wzmacniacza + kondensatora i paru oporników. Tylko... czy nie dałoby rady zmienić polaryzacji sygnału wejściowego (przez zamianę miejscami termistora i opornika), żeby wzmacniacz mógł działać w układzie odwracającym? Bo bez tego generator daje sygnał na wejście i zakłóca resztę układu.

trymer01 napisał:

Wtórnik emiterowy jako "włącznik" wentylatora - bez sensu. Podobnie jak obliczanie wzmocnienia, prądu bazy itp.

A skąd pomysł że autor che mieć "włącznik" napisał że "Chodzi o sterownik obrotów wentylatora uzależniony od temperatury" jak dla mnie jest oczywiste że to ma być regulator o działaniu ciągłym, w takim przypadku wtórnik jest poprawnym rozwiązaniem.

Wtórnik nie, bo maksymalne napięcie za wtórnikiem będzie znacznie niższe od napięcia zasilania. Można próbować uzyskać płynną regulację poprzez PWM, ale bezpośrednio do PWM można podłączyć tylko zwykły silnik, a nie BLDC z mikrokontrolerem w środku - on by wymagał filtru, który uśredni napięcie.

A osobna sprawa, to czy silnik BLDC nadaje się do regulacji obrotów - nawet jeśli reguluje mu się napięcie, to mikrokontroler może zdecydować, że i tak będzie utrzymywał stałe obroty mimo zmian napięcia, a jak ono jest za niskie, żeby mógł to robić - to wyłączy silnik. I wtedy nie na wiele się zda płynna regulacja.

Z tranzystorem PNP jako elementem wykonawczym (osobna sprawa, że BC557 miernie działa przy 100mA) mogą być kłopoty ze sterowaniem go z LM324 - napięcie na wyjściu tego ostatniego jest za niskie, by wyłączyć tranzystor.

Jest jakieś maksymalne napięcie, które LM324 może dać na wyjściu; od niego trzeba odjąć spadek napięcia na R1 (on tu jest zbędny) i na złączu baza-emiter - to będzie maksymalne napięcie, jakie ten układ jest w stanie podać na silnik, i pewnie to będzie około 9V (w każdym razie poniżej 10V).

Pytanie, czy wentylator musi być włączany między wyjście, a masę, czy nie można go włączać między +12V, a wyjście? Przy połączeniu wentylatora z masą uzyskanie napięcia bliskiego 12V wymaga użycia tranzystora PNP jako wyjściowego, a wtedy jest problem z bezpośrednim sterowaniem - można poprzez diodę Zenera (albo i LED-a, daje wystarczający spadek napięcia), i pewnie tak będzie prościej, niż poprzez dodatkowy tranzystor.

Poza tym, potrzebne jest sprzężenie zwrotne z wyjścia końcowego (tego, co idzie na wentylator) na wejście LM324, ale jeśli ono będzie działać w całym zakresie częstotliwości, to układ się wzbudzi - trzeba zrobić wolne sprzężenie z wyjścia końcowego (z kolektora do wejścia '+') i szybkie (przez kondensator) z wyjścia LM324 (do wejścia '-'), żeby układ mógł być stabilny.

Alternatywa, to kondensator między kolektorem i bazą tranzystora - w każdym razie w pętli sprzężenia dokładnie jeden element musi zmniejszać wzmocnienie jak 1/f, aż do wzmocnienia 1 w pętli - jeśli będą dwa takie, to w sumie odwrócą fazę, sprzężenie stanie się dodatnie i układ się wzbudzi.

Mam wrażenie, że to ograniczanie pasma lepiej zrobić na LM324 (podwójne sprzężenie, wolne i szybkie), niż na tranzystorze (kondensator kolektor-baza), bo częstotliwość graniczna LM324 jest dużo niższa (1.3MHz), niż tranzystora (ze 200MHz) - potrzebna jest dużo większa różnica, łatwiej powiększyć, niż zrobić większą w przeciwną stronę.

Można by dać przy tym dolnym wzmacniaczu albo po 20k (zamiast po 91k) w górnym dzielniku, albo większe w dolnym. I pamiętaj, że w dolnym do liczenia wzmocnienia trzeba brać nie 10k, ale prawie 12k - do 10k dodaje się oporność wypadkowa z równoległego połączenia 2k7 i 4k7, równa (teoretycznie) 1k715.

Wyłączanie BC556 może nie działać - wypada szeregowo z 10k w bazie dodać np. LED-a, a sam opornik dać nieco mniejszy. Przy okazji uzyskasz sygnalizację włączenia wentylatora. Nie wiem, po co dioda 1N4148 - celowe jest dawanie diody równolegle do silnika, jeśli to taki zwykły, ale wtedy by była anodą do masy, katodą do kolektora BC556. No i zamiast BC556 lepiej byłoby użyć BC327.

U0max to napięcie jakim zasilam układ (15V) czy maksymalne napięcie jakie pojawi się na wyjściu? (powiedzmy te 13,5V)

Maksymalne na wyjściu - przecież to ono może się pojawić na prawym końcu R3. Co innego, jakbyś miał opornik podłączony do +zasilania.

należy dobierać rezystancję R1 i R2 możliwie małe i rezystancję R1 równą połączeniu równoległemu R2 i R3

W twoim układzie połączenie oporników jest bardziej skomplikowane - przy jednym wejściu dwa po 91k, przy drugim układ z oporników 82k, 10k, 2k7 i 4k7.

"Przy okazji, czy to podłączenie rezystorów sumujących 91k bezpośrednio do dzielników termistora wpłynie jakoś znacząco na odczyty?"

Odnoszę się do schematu w poście #15
Wypadkowa rezystancja układu NTC 10kR i rezystora 2,4kR (połączenie równoległe) jest relatywnie niska (około 100x mniejsza) względem 182kR (sumy rezystancji 91kR + 91kR)
Zatem zmiana napięcia po stronie jednego dzielnika NTC10kR;2,4kR wpływa w nieznacznym (jest tłumiona 100 krotnie) stopniu na zmianę napięcia po stronie drugiego dzielnika NTC10kR;2,4kR
(To można zasymulować zastępując jeden z dzielników NTC;2,4k źródłem napięcia i obserwować jak zmienia się napięcie na tym pozostawionym dzielniku NTC;2,4kR)

Układ trzech rezystorów 10kR 2,7kR 4,7kR można zastąpić dwoma rezystorami (18,445kR i 32,107kR). Takimi, aby rezystancja 'widziana' od strony wejścia + wzm.oper. była tak sama jak do tej pory. Takimi, aby napięcie 12V było dzielone w tej samej proporcji co do tej pory.

zmierzyłem maksymalne napięcie jakie ten wzmacniacz jest w stanie podać na wyjście przy 15V zasilania: wyszło 13,78V

Ale pewnie tyle wyszło bez obciążenia, a tranzystor potrzebuje jakiegoś prądu bazy i obciążenie wyjścia tym prądem obniża napięcie. Jeśli jednak zostanie 12.8V, to już wystarczy. Jeszcze pozostaje przeliczyć maksymalną moc strat w tranzystorze: przy napięciu 7.5V prąd silnika będzie powiedzmy 64mA, moc strat 480mW. To sporo, jak na BC337 (dopuszczalna jest 625mW w temperaturze 25°C i przy odpowiednim montażu), można to odrobinę zmniejszyć wstawiając opornik albo diodę między +15V, a kolektorem (chyba można dwie 1N4001 szeregowo). Wtedy najgorsza sytuacja będzie przy około 6.8V, moc strat będzie ze 400mW.

Dodaj LED-a szeregowo z opornikiem łączącym bazę BC556 z wyjściem LM324.

Albo dodaj opornik ze 3X mniejszy od niego między bazą, a emiterem BC556.

Nie rozumiem, o co chodzi z tym LED-em, dlaczego nie możesz. A z opornikiem można zrobić właśnie tak, jakkolwiek może lepiej użyć nieco mniejszych oporników - np. 10k zastąpić przez 5k6, a dodać 1k8. Ale to zależy od wzmocnienia tego tranzystora i potrzebnego prądu - jeśli prąd kolektora nie ma być 100mA, a np. 50mA, to 10k i 3k3 nie będą za duże.

A, to mogłeś wstawić LED-a i go schować, skoro by sygnalizował nie to, co chcesz.

Ale skoro opornik załatwił sprawę, to nie ma co więcej kombinować. Można by te oba oporniki zastąpić większymi (na ile, to zależy od wzmocnienia tranzystora, przy prądzie tranzystora do 20mA od biedy wystarczyłyby nawet 33k i 10k, ważna jest proporcja 3÷5:1), ale czy warto tak zabiegać o oszczędność około 0.8mA?

Popatrzyłem na ceny w Semiconductors Bank - u nich najtańsze NPN średniej mocy to: BD139 (przy niskim napięciu można użyć BD135, BD137, ale ich tam nie ma), 2SC1013, 2SC1096, 2SC1173, 2N1484, 2SC1061, 2SD313, SJE5439, TIP29, TIP31 - wszystkie znacznie tańsze, TIP29 ze 3X. Przypuszczam, że jakikolwiek z nich się nada - dla BC337 moc jest blisko granicy i jakikolwiek o choć trochę większej mocy dopuszczalnej będzie w sam raz - ale trzeba sprawdzić w nocie katalogowej, że dopuszcza większą moc (np. 1W) bez radiatora (BD139 1.25W, TIP29 2W). Ale w każdym sklepie ceny mogą być inne, nie wiem, jakie są w Katowicach. Kiedyś były tranzystory w obudowie TO39 (metalowa, średnica 1cm) o mocy około 1W (bez radiatora), nadawałyby się, ale pewnie ich nie ma, albo są drogie. BC635/637/639 mają moc 1W (bez radiatora), bywają tanie, obudowa jak BC547 I BC337. Uwaga na tranzystory SMD - bywa, że mają sporą moc, ale to dotyczy takiego montażu, że płytka drukowana służy za radiator.