Calcolo frequenza segnale pwm

[markus51]

Buongiorno e buone feste a tutti.

Sto realizzando un circuito basato sul timer 555 (il GLC 555 G50) per la regolazione del segnale pwm delle ventole del mio pc.

Il circuito è composto da tre parti uguali, ognuna delle quali comanderà una coppia di ventole.

Le tre coppie di ventole sono le seguenti:

- 2 Noctua nfp12 pwm 0.05A, 12V cadauna

- 2 Noctua nfp12 pwm 0.05A, 12V cadauna

- 2 Noctua nfs12a pwm 0.12A, 12V cadauna

L'assorbimento di ogni ventola per quanto riguarda il segnale pwm è stato dichiarato da Noctua inferiore a 1 mA.

Le ventole vengono regolate con potenziometri rotativi lineari da 100Kohm.

Lo schema elettrico originario trovato su internet prevedeva in "c2" un condensatore da 680 pF, promettendo un duty cycle da 20 a 90% ed una frequenza di 20.5 Khz del segnale pwm.

So che abbassando la capacità di "c2" è possibile aumentare la frequenza del segnale pwm.

Volevo chiedervi le seguenti cose:

 

- avendo inserito in "c2" un condensatore da 470 pF, che frequenza in pwm riesco ad ottenere?

- la resistenza "R1" in V out del timer 555 l'ho indicata con un wattaggio pari ad 1: visto lo scarso assorbimento in pwm delle ventole in questione potrei anche abbassarlo a 1/4 W secondo voi, magari così riesco a spostarmi da una precisione di resistenza dall'attuale 5% al 1%?

 

Grazie come sempre.

[tesla88]

R1 nel peggiore dei casi dovrebbe dissipare 5^2 / 1000 = 0.025W

 

Perché vorresti aumentare la frequenza del PWM ? 

Quel circuito non è proprio il classico 555 con PWM variabile, almeno per come lo ricordo. 

 

[markus51]

Volevo aumentare la frequenza del pwm per avvicinarmi alle specifiche richieste dalle ventole Noctua. Infatti, Noctua mi ha indicato di attestarmi a circa 25 kHz.

[markus51]

Certo, non è il circuito standard con il 555 ma una versione della Nidec pubblicato qui:

 

http://www.overclockers.com/pwm-fan-controller/

 

Ho trovato diversi siti che permettono di calcolare diversi parametri ma non con questo tipo di circuito.

[tesla88]

Beh salvo simulare o testare il circuito, cosa che non ho tempo di fare, generalmente per questi oscillatori la frequenza è inversamente proporzionale a C, quindi in teoria se con 680 pF hai 20.5 kHz , per avere 25kHz devi usare un 560 pF

[markus51]

Osservando il circuito con il 556 nel seguente link http://www.overclockers.com/forums/showthread.php/641111-Building-PWM-Controller-for-4-wires-PWM-fan/page2 (che non adotto per motivi di spazio), indicano per una frequenza di 16 Khz 680 pF mentre per ottenere 25 Khz indicano 470 pF. Seguendo il principio di proporzionalità inversa da te indicato, i calcoli dicono che per passare da 16 Khz a 25 Khz occorre un condensatore di 435 pF, quindi, in teoria, sempre se il paragone con il circuito 556 è ammissibile, i conti tornano.

Ma mi domando ..... non c'è un metodo matematico che non preveda quindi la misura sul campo (visto che non dispongo di oscilloscopio e tantomento di frequenzimetro) per determinare  la frequenza del segnale pwm?

[tesla88]

Quote

Ma mi domando ..... non c'è un metodo matematico che non preveda quindi la misura sul campo (visto che non dispongo di oscilloscopio e tantomento di frequenzimetro) per determinare  la frequenza del segnale pwm?

Se consideri che i condensatori hanno tolleranze del ±5 o anche  ±10%  i calcoli servono fino a un certo punto. 

[tesla88]

Comunque ci son metodi migliori per generare il  PWM , nel tuo caso dovendone gestire 3 , si potrebbe usare un op-amp come oscillatore triangolare o a dente di sega a 25 kHz e poi con 3 comparatori che confrontano l'ingresso del potenziometro e dell'oscillatore avere i 3 PWM.

[ilguargua]

Questo è quanto indica la simulazione con LTspice :

 

 

Il ciclo del PWM dura 270-218 = 52 ms , quindi la frequenza dovrebbe essere 1/0,000052 = 19.230 Hz . Non so quanto rispondente al reale sia il modello di LtSpice, e comunque non credo che 20 o 25 Khz di frequenza di PWM facciano una differenza abissale in termini di prestazioni.

 

Ciao, Ale.

 

 

[dott.cicala]

Le simulazioni di LT sono affidabili. Si deve tener conto però delle tolleranze, specialmente quelle dei condensatori che raggiungono tranquillamente il 20%.

Il metodo analitico esiste, basta studiarsi il 555.

Il circuito non ha nulla di particolare e non è una versione della  Nidec ma solo una delle moltissime configurazioni utilizzabili.

Non c'è più nulla da inventare sul 555  sul mercato dal 1971

La scarica del condensatore è ottenuta dall'uscita e non dal terminale discharge che poi non è altro che un bjt a collettore aperto comandato dall'uscita negata del flip flop.

 

Così come riportato qui sopra, la cosa brutta che noto è che il carico pilotato dal terminale OUT può influenzare il duty-cycle --> da mettere negli orrori elettronici

[Livio Orsini]

20 minuti fa, dott.cicala scrisse:

Così come riportato qui sopra, la cosa brutta che noto è che il carico pilotato dal terminale OUT può influenzare il duty-cycle --> da mettere negli orrori elettronici

 

Doverosa osservazione.

Almeno un transistor di separazione ci vuole.

[markus51]

43 minuti fa, ilguargua scrisse:

Questo è quanto indica la simulazione con LTspice :

 

 

Il ciclo del PWM dura 270-218 = 52 ms , quindi la frequenza dovrebbe essere 1/0,000052 = 19.230 Hz . Non so quanto rispondente al reale sia il modello di LtSpice, e comunque non credo che 20 o 25 Khz di frequenza di PWM facciano una differenza abissale in termini di prestazioni.

 

Ciao, Ale.

 

 

 

 

Grazie mille per la simulazione. Siccome sono poco esperto, lo schema che hai adottato presumo sia lo stesso mio vero? Come mai nello schema originale con 680 pF parlano di 20.5 Khz se si riesce ad ottenere circa  20 Khz solo con 470 pF. In teoria, dai ragionamenti di proporzionalità inversa tra la capacità e la frequenza, Tesla88 era arrivato ad una conclusione, seppure indicativa, che con 560 pF si poteva giungere a 25 Khz, figuriamoci con 470 pF. E' tutta colpa delle tolleranze?

[ilguargua]

4 minuti fa, markus51 scrisse:

Come mai nello schema originale con 680 pF parlano di 20.5 Khz se si riesce ad ottenere circa  20 Khz solo con 470 pF

 

Non saprei, lo dovresti chiedere a chi ha fatto quello schema. Le tolleranze in questo caso non c'entrano, la simulazione assume che il valore sia preciso. Lo schema è lo stesso tuo, ho solo aggiunto un piccolo carico sull'uscita (non so quanto sia quello reale della ventola), ma come fa notare Stefano quello casomai influenza il duty cycle, non  la frequenza.

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

8 minuti fa, markus51 scrisse:

E' tutta colpa delle tolleranze?

 

Hai la tolleranza dei condensatori, quella dei resitori, quella della tensione diretta dei diodi, quella delle soglie di tensione del 555.

Se usi la versione CMos del 555 hai soglie più precise e ripetibili.

In rete trovi tanti tuttorials sul 555, in tutti danno formule per il calcolo della freqeunza in base a R e C; i calcoli servono solo per stabilire l'ordine di grandezza ma non certo per avere quella frequenza desisdrata. Nemmeno con u n oscillatore quarzato ci riesci; quan do si ha necessità di un valore ben preciso anche si un oscillatore quarzato si prevede un compensatore di trimming.

[markus51]

Ciao ilguargua, se intendi il carico relativo all'uscita del segnale pwm, la ventola assorbe circa 1mA, comandando due ventole con un circuito assorbo quindi circa 2 mA.

 

Per Livio:

il fatto è che il progetto su internet prevede un 680 pF con una frequenza di circa 20.5 Khz (anche se come dici tu, viste le tolleranze, è un dato indicativo), la mia modifica prevede un 470 pF che alla simulazione da 20 Khz scarsi.......... non so più che valore mettere  ....... se è possibile illuminarmi.

[ilguargua]

Ma poi, torno a ripetere, siamo sicuri che 4-5 Khz di differenza siano così importanti? Non stiamo parlando di una base dei tempi, ma del PWM di una ventola, perchè dovrebbe fare così tanta differenza?

 

Ciao, Ale.

[markus51]

20 minuti fa, ilguargua scrisse:

Ma poi, torno a ripetere, siamo sicuri che 4-5 Khz di differenza siano così importanti? Non stiamo parlando di una base dei tempi, ma del PWM di una ventola, perchè dovrebbe fare così tanta differenza?

 

Ciao, Ale.

 

Io non lo so, so solo che noctua mi ha inviato le specifiche che deve avere il segnale pwm.....

[ilguargua]

49 minuti fa, markus51 scrisse:

Io non lo so, so solo che noctua mi ha inviato le specifiche che deve avere il segnale pwm....

 

Secondo me non fa tutta questa differenza, poi, scusa se te lo dico, ma fai prima a fare delle prove che non a spendere fiumi di parole e di calcoli sul nulla o quasi. Non ho sottomano una ventola, tantomeno della Noctua, altrimenti avrei già fatto un test sulla breadboard, in qualche decina di minuti puoi avere una risposta definitiva e certa.

 

Ciao, Ale.

[dott.cicala]

 

Il carico influenza sia duty cycle che la frequenza con quello schema. Poi quando si lavora con capacità di quell' ordine di grandezza se non si cura un minimo il layout i valori residui sommati alle tolleranze diventano incisivi.

In ogni caso per quello che devi fare lo scostamento  è meno che ininfluente.

 

[ilguargua]

3 minuti fa, dott.cicala scrisse:

Il carico influenza sia duty cycle che la frequenza con quello schema.

 

Vero, e anche di parecchio. Markus, mi sa che è meglio se i cerchi uno schema diverso, ne trovi migliaia in rete che senz'altro utilizzano il 555 in maniera più intelligente.

 

Ciao, Ale.

[markus51]

Meglio non cercare altri schemi perchè ognuno ha le sue peculiarità e limiti ..... finirei nella confusione totale.

 

Bisogna considerare che non disponendo di oscilloscopio e di frequenzimetro, non mi resta altro che provare su breadboard e accertarmi che funzioni....

 

Caspita, la cosa diventa molto spannometrica.

 

Credo che alla luce di quanto si è detto sia quanto mai impossibile chiedervi che capacità inserire in pF, giusto?

 

Per ilGuargua:

 

nella simulazione che hai gentilmente postato che carico hai considerato, in mA? Così posso farmi un'idea di massima della frequenza anche se sappiamo non precisa. Grazie.

[tesla88]

5V / 10K = 0.5mA

 

Io avrei prelevato il segnale a monte della R da 1 K ovvero all'uscita del 555

[Livio Orsini]

2 ore fa, markus51 scrisse:

Bisogna considerare che non disponendo di oscilloscopio e di frequenzimetro, non mi resta altro che provare su breadboard e accertarmi che funzioni....

 

In qusti casi si momnta il circuito che si avvicina alle prstazioni teoriche, poi si sperimenta cercando le migliori prestazioni.

 

La frequnza più o meno elevata influenza consumi più o meno elevati e riscaldamento maggiore o minore. Che piloti un motorino a 25 kHz o a 20kHz non fa molta differenza ne in termini di consumi ne di rumorosità e nemmeno di riscaldamento.

[dott.cicala]

L'unica peculiarità che ha quel circuito è che è progettato malissimo e il carico influenza negativamente il segnale generato.

Inutile stare a cercare il picofarad nell'uovo.

[ilguargua]

21 minuti fa, dott.cicala scrisse:

Inutile stare a cercare il picofarad nell'uovo.

 

Sinteticamente perfetto,!

 

Ciao, Ale.