Шум при регулировке оборотов вентилятора, Как убрать аудиошум? Опции

[kt368]

Здравствуйте!
Появилась необходимость регулировать обороты вентилятора постоянного тока 12В 0.2А в диапазоне питающих напряжений 6...12В. Остановились на готовом чипе от микрочипа TC649B. Решение понравилось продуманным алгоритмом управления вентилятором и тем что регулировка производится не линейным элементом, а ШИМ'ом. Вот он и породил проблемы. При низких температурах очень сильно слышится наличие импульсного питания вентилятора. Т.е. если вентилятор запитать от этой схемы, то при комнатной температуре цифровой мультиметр показывает на вентиляторе напряжение 6В, но шум по сравнению с вентилятором, просто подключенным к 6 В БП очень громкий. Пробовал подключить параллельно вентилятору конденсатор на 10 мкФ, но это не нравится контроллеру, и он повышает обороты вентилятора. В даташите на TC649B про аудио шум, вызванный ШИМ'ом ничего не сказано. Сейчас буду исследовать осциллограмму питающего напряжения, может пойму причину шума более детально.

[Егоров]

А что Вы хотите? Шум там заложен принципиально, в даташите прописано - 30Гц частота ШИМ.
Зачем Вы по выходу пробовали цеплять конденсатор - совершенно неронятно. Спалить чип?
Нет времени глубоко вникать в эту погремушку, но выход в повышении частоты ШИМ. Там на выводе 2 стоит С7 (типовая схема включения). Возможно, уменьшением этой емкости частоту ШИМ можно повысить.
Второе - есть же силовой ключ, не прямо от микросхемы вентилятором управляете? Вот на выходе ключа и можно ставить сглаживающий фильтр.

[kt368]

Вот выкладываю схему включения этой микросхемы:

Конденсатор пробовал ставить параллельно разъёму J16, в который и включается вентилятор. С ним чип ведёт себя неадекватно наверное из-за того, что он сенсит ток через вентилятор, а конденсатор параллельно вентилятору его искажает....Придумал! Сейчас буду пробовать вот такую схему:

Теперь и напряжение на вентиляторе сглажено конденсатором C63, и ток через вентилятор сенсится правильно. Как протестирую - отпишусь.

[Егоров]

А вход токовый от высокого напряжения не повредится? Конденсатор разделительный пока зарядится. Да и зарядится ли?
Вы 1мкФ на выводе 2 на 10000пФ попробуйте заменить. Ведь куда проще и в рамках даташита.

[DL36]

Конденсатор пробовал ставить параллельно разъёму J16, в который и включается вентилятор. С ним чип ведёт себя неадекватно наверное из-за того, что он сенсит ток через вентилятор, а конденсатор параллельно вентилятору его искажает....Придумал! Сейчас буду пробовать вот такую схему:
Теперь и напряжение на вентиляторе сглажено конденсатором C63, и ток через вентилятор сенсится правильно. Как протестирую - отпишусь.

Тут дроссель с диодом просится, ну или хотя бы один диод параллельно с вентилятором.
Ток посмотреть на предмет на предмет непрерывности, как мне кажется вентилятор работает в режиме прерывистых токов, отсюда и звук.

[kt368]

Да, про дроссель с диодом думали, но на такой низкой частоте уж больно большая индуктивность (порядка 10 мГн) и ёмкость (порядка 100 мкФ) на выходе получается, хочется меньше. В даташите на вентилятор вычитали , что его нельзя питать меандром, только постоянным напряжением (наверное как раз из-за шума).
В итоге решили реализовать следующую структуру: с выхода чипа на RC фильтр 100 кОм 10 мкФ, а потом уже продетектированный сигнал идет на буферный каскад на TCA0372DWR2G. На её выходе (между выходом и землёй) включен вентилятор, последовательно с которым стоит 10 Ом шунт для SNS входа чипа. Итого вентилятор питается практически постоянным напряжением, пульсации в 100 мВ - ничто, по сравнению с меандром (как было по даташиту).
Завтра выложу схему.

[Plain]

Чем столько возни, проще и быстрее было бы подключить к МК ключ, дроссель, диод и набить десяток строк программы.

[Егоров]

Тривиальный узел. Пара транзистрорв и термосопротивление. А возни - действительно затеяно...

[Plain]

Двигатели надо правильно запускать, и уж затем регулировать, а к этого типа это относится в большей степени, потому что не работающая в штатном режиме их схема тут же разогревается, вплоть до выхода из строя, так что парой транзисторов не обойтись никак.

[DL36]

Да, про дроссель с диодом думали, но на такой низкой частоте уж больно большая индуктивность (порядка 10 мГн) и ёмкость (порядка 100 мкФ) на выходе получается, хочется меньше.

У двигателя есть своя индуктивность, ее тоже надо учитывать.
Я бы сначала просто диод попробовал и посмотреть, что с током получается на минимальных оборотах.

[Егоров]

Двигатели надо правильно запускать, и уж затем регулировать, а к этого типа это относится в большей степени, потому что не работающая в штатном режиме их схема тут же разогревается, вплоть до выхода из строя, так что парой транзисторов не обойтись никак.

Вы порою очень строги и категоричны. Такое впечатление, что до появления программистов цивилизация обходилась сохой, включение вентилятора было недостижимой мечтой.
Пару транзисторов тоже ведь нужно уметь правильно включить. И ничего, запускали благополучно вентиляторы с пропорциональным регулированием. Я их сотни, если не тысячи применял.
Даже сегодня отдам предпочтение такой схеме регулирования, как более простой, дешевой, прозрачной. И ШИМ можно организовать.
По крайней мере, не нужно к микроконтроллеру навешивать специализированные микросхемы, дроссели по 40мГн и прочие архитектурных излишества, которые тут предлагались. Все вместе вырисовывается дороже вентилятора и больше него по объему.
Не заглядывая уже в "десяток строк программы". Там чудес порою на сорок строк обнаруживается и выловить их своевременно не удается.
Потому - пусть каждый делает как умеет, но не объявляет свое решение единственно верным и возможным.
Существуют хорошие решения и на МК, и на россыпи. Уметь нужно.

[DL36]

Вы порою очень строги и категоричны. Такое впечатление, что до появления программистов цивилизация обходилась сохой, включение вентилятора было недостижимой мечтой.

Красиво сказано.

[Plain]

Пару транзисторов тоже ведь нужно уметь правильно включить.

Очевидно, говорите о линейном термостате. А автор темы, напомню, говорит о вентильном двигателе.

К примеру, Ваш термостат на холоде выдаст на такой двигатель 3 В вместо штатных 12 В. Его схема, естественно, от такого нарушения ТУ войдёт в стабильный ступор, начнёт греться сама и поджаривать этим холодным током Ваш термостат тем более, который вместо охладителя превратится в обогреватель, потому что его ООС при остановленном двигателе меняется на ПОС. Конечно, встречаются вентиляторы с тепловой защитой их схемы, но в среднем такое дело заканчивается необратимым дымом где-то на 7...8 вольтах.

[rx3apf]

Речь о компьютерных вентиляторах ? Я, например, уж больше 20 лет включаю их на пониженное напряжение, от 5 до 9 вольт. И за двадцать лет не сгорел ни один. Что я делаю не так ?

[Егоров]

Очевидно, говорите о линейном термостате. А автор темы, напомню, говорит о вентильном двигателе.

Возможно, я эту особенность уникального вентилятора не увидел. По-прежнему не вижу, но если так - пусть будет так.
Хотя, я упомянул и ШИМ, номинальным напряжением, а еще тут обсуждаются разные системы сглаживания, что тоже подразумевает усреднение напряжения непосредственно на входе вентилятора. По крайней мере, вся линейка бесщеточных SUNON- втулочные, шариковые, maglev прекрасно стартуют и регулируются в диапазоне 0.5-1.1 номинального напряжения. Годами. С другими знаком меньше, но тоже работал, регулируются.
Похоже, это единственный вентилятор, который судьба ТС в наказание послала и никак без четырехосевого гироскопа его не включить.
Ладно, пусть диспут продолжается, не буду мешать.

[Plain]

Речь о компьютерных вентиляторах ? Я, например, уж больше 20 лет включаю их на пониженное напряжение, от 5 до 9 вольт. И за двадцать лет не сгорел ни один. Что я делаю не так ?

Подайте на схему не 5 В, а как сказано, 3 В, точнее, недостаточное для запуска напряжение, и линейно увеличивайте его до 9 В в течение часа. Ещё раз повторю, что у разных двигателей способность к задымлению в данном включении разная, в т.ч. зависит от наклона оси, изношенности подшипника и т.п.

[Егоров]

Если температурный режим не меняется в течение часа, невольно возникает вопрос: а нужен ли вообще вентилятор или пропорциональная продувка?
Если при минус 40 на нем три вольта и он задымился, то для чистоты эксперимента может ему крыльчатку еще заклинить и подогрев до 100С местный устроить?
Почему именно 3 вольта? Что, нельзя сделать линейный регулятор или простой ШИМ с начальным напряжением не менее 5 вольт?
Как-то Вы ужесточаете условия чрезмерно.

[Plain]

От 3 В конечно не дымится. Идея в том, что при плавном повышении питания он не стартует.

При 5 В такие вентиляторы, во-первых, дают избыточный для многих задач поток, а во-вторых, уже заметно шумят, поэтому правильный регулятор должен быть завязан именно на тахометр.

[kt368]

Окончательную схему ещё не составил, могу высказать плюсы применения контроллера:
1. При подаче питания - на 1 секунду включается вентилятор по максимуму.
2. постоянно проверяется не остановился ли вентилятор, если остановился (вернее если скорость вращения меньше порога) - через секунду перезапуск, снова на 1 секунду включается на максимум, затем на нормальную скорость, зависящую от температуры.
Это же можно сделать на МК, не спорю, но ещё один МК (основной нет возможности применить) - это ещё одно место, требующее прошивки при производстве. Основной МК - Silabc C8051F345, в качестве дополнительного в некоторых устройствах использовали PIC10, но в итоге увидели во втором МК неудобство - сборка производится в разных странах, раными группами сборщиков, их всех нужно не забыть обеспечить дополнительно и прошивальщиком ПИКов. Вообщем было решено не использовать МК. Раз есть готовая микросхема, вот только ШИМ в постоянку, и все готово.

По поводу схемы на двух транзисторах - не уверен, что она сможет детектировать останов вентилятора...
Вентилятор - SUNON ME50151V1-000U-A99

В общем схема уже отмакетирована, будем её использовать. Как нарисую в альтиуме - выложу принтскрин.

[Егоров]

По поводу схемы на двух транзисторах - не уверен, что она сможет детектировать останов вентилятора...

Главное - уверенность в том что именно это действительно нужно в системе.
Обнаружить о станов вентилятора или перегрев аппаратуры.
Если по факту обнаружения события аппаратура сама ничего не делает для исправления ситуации, то и детектировать бесполезно.

[kt368]

Основной МК никак не контролирует останов вентилятора, фишка в том что если он остановится, то контроллер TC649B насильно даст ему максимум напряжения на секунду, чтобы, несмотря на запыленность вентилятора, он начал вращаться.

Всё, доделал.

С выхода Vout микросхемы TC649B ШИМ сигнал поступает на сглаживающую RC цепочку R58C58, на её выходе образуется постоянный сигнал с пульсациями не более 100 мВ. Конденсатор C58 соединен одним выводом к 12 В, а не к земле специально, чтоб в момент включения дополнительно ещё помочь дать на вентилятор полные 12В. Дальше стоит усилитель на ОУ U14B, на его выходе - вентилятор. В земляном проводе вентилятора стоит шунт 10 Ом, с него сигнал снимается на SENSE вход TC649B. На входе Vin TC649B стоит не просто делитель из резистора и термистора (как по даташиту) а ещё введены элементы R50R51D13. Они позволяют обеспечить практически неизменную скорость вентилятора при температуре ниже 30 градусов (тестировал вплоть до -15). При 40 градусов на вентиляторе максимум (около 11.5 В), при 30 градусах - минимум (около 4 В). TC649B работает на 30 Гц, повысить не получается, т.к. его внутренние задержки в 1 секунду (при запуске вентилятора) являются Tшим*32.

[Егоров]

фишка в том что если он остановится, то контроллер TC649B насильно даст ему максимум напряжения на секунду, чтобы?,несмотря на запыленность вентилятора, он начал вращаться.

Очень сильный ход! Вентилятор таки должен вращаться, МК за этим следит строго.
Я сначала думал, что аппаратура должна охлаждаться. И с ростом температуры на вентилятор поступит таки все возможное напряжение.
Ну а если там не пыль, а дрова в крыльчатке, то финиш! Самое время отключить прибор вообще. По температуре, а не жужжанию крыльчатки