Problema alimentazione ventole con LM317

[Argiope79]

Buongiorno a tutti, ho un apparato elettronico che ha un problema al sistema di alimentazione delle ventole. Mi sono "battuto" il circuito di pilotaggio delle tre ventole (che allego) e che dovrebbe funzionare così:
La corrente che alimenta la ventola viene fornita da un regolatore di tensione LM317 la cui tensione di uscita viene modulata in funzione della temperatura rilevata da una resistenza NTC. (In questo modo se la temperatura sale il valore della NTC diminuisce e di conseguenza la velocità della ventola aumenta.)
I tre LM317 sono a loro volta alimentati da una tensione di circa +32Vdc ricavata da un segnale ad onda quadra a 25KHz che viene "raddrizzato" da un diodo 1N4007 e un condensatore di livellamento.
Appena si accende l'apparato sembra che sia tutto ok, ma dopo qualche secondo si bruciano i tre regolatori (a volte uno solo a volte tutti e tre insieme) e il diodo (che fuma vistosamente, segno evidente che sta passando molta corrente), durante l'ultimo evento si è addirittura bruciata la pista del PCB che sta sulla scheda che porta il segnale all'anodo del diodo.

A vuoto (staccando il connettore che va verso le ventole) le tensioni sono corrette ed il problema si presenta solo con le ventole attaccate. Ovviamente come prima cosa ho testato le ventole con un alimentatore da banco esterno e non ho riscontrato anomalie negli assorbimento che risultano nei limiti di targa. A questo punto i maggiori indiziati sarebbero i regolatori ma non riesco a capirne il perché e cosa è che si "tira" tutta questa corrente che brucia il diodo.
Spero di essere stato chiaro e di non aver scritto troppe inesattezze e ringrazio anticipatamente chiunque abbia la voglia e la pazienza per aiutarmi.
 

[Livio Orsini]

Quanto assorbe la ventola?

Che tensione c'è all'ingresso del regolatore LM317?

Che tensione hai in uscita dal regolatore?

 

Fai queste 3 semplici misure e ti calcoli quanta potenza dovrà dissipare lo LM317, ammesso che la corrente assorbita dalla ventola non ecceda la massima corrente ammessa dal regolatore stesso.

Secondo me, da quanto hai descritto, si sta superando abbondatemente il limiti di dissipazione del regolatore.

[NovellinoXX]

L' 1N4007 regge massimo 1A; controlla la corrente richiesta dalle ventole. 

[max.bocca]

Ci sono tante cose che non mi piacciono 

Mancanza di condensatori in prossimità di ingresso uscita e regolazione da un centinaio di nF, magari diodi di protezione tra ingresso e uscita, uscita e massa, uscita e regolazione. 

Tutte queste cose sono presenti nell AN dell IC.

Poi il dissipatore? La differenza tra vout e vin e la corrente... ???

 

 

 

[ALLUMY]

Specifiche delle ventole?

Son giusti i collegamenti sul 317 (R-U-E, oppure Adj.-Vout-Vin) ?

Dissipatori isolati tra di loro e dalla massa?

[camp1]

Fermo restando quanto ti hanno già scritto sulla mancanza dei diodi di protezione, etc, sono anch'io abbastanza daccordo sul fatto che si tratti di un banale problema di elevata potenza dissipata dai regolatori rispetto ai loro limiti.

Pur non conoscendo la potenza delle ventole, qualche conticino per darti un'idea della situazione lo si può comunque fare.

Dal datasheet del 317 leggo una Rja=54 °C/W (se hai usato il case to220, altrimenti è ben maggiore, quindi situazione peggiore per te) ed una Tjmax=125°C il che porta a concludere che, in assenza di dissipatore, con meno di 2W in un ambiente a 25°C lo fai fuori.

Nella tua applicazione applichi al regolatore una tensione raddrizzata di circa 32V (o poco meno dopo il diodo), regolatore che mi sembra progettato per erogare circa 12V a 25°C con delle variazioni poi su base temperatura, ma facciamo finta di essere in questa condizione.

Il regolatore, quindi è soggetto ad una tensione di dropout di circa 20V, il che significa che può erogare meno di 100mA (sempre senza dissipatore, come mi sembra di capire visto che non ne parli, ma sarebbe gradita una conferma). O meglio con 100mA a 25°C ambiente, il silicio probabilmente sta già friggendo, perchè raggiunge una temperatura di giunzione superiore al valore massimo indicato dal costruttore.

Se tu mi dici che fuma anche il diodo e che, anzi, ti è saltata persino la pista del pcb, stiamo parlando di correnti ben maggiori di quelle sufficienti a bruciare i regolatori.

Sarebbe opportuno innanzitutto capire di che ventole si tratta e, soprattutto, se siano pilotabili in tensione come fai tu. Poi bisognerebbe dimensionare i regolatori sulla base delle potenze che devono dissipare, o meglio adottare una regolazione switching piuttosto che lineare, vista l'elevata tensione di ingresso.

[NovellinoXX]

Se il diodo va in corto perchè la corrente totale supera il valore massimo ammesso

a tutto il resto del circuito arriva una tensione alternata +- 32V.

Secondo me in primis e' da sostituire l'1N4007 con uno con portata in corrente maggiore,

poi inserire in serie una resistenza di protezione o un fusibile.

Curiosità: lo schema di questo circuito dove e' stato preso?

Modificato: 27 ottobre da NovellinoXX

[Argiope79]

Buongiorno vi ringrazio tutti per l'interesse dimostrato su questa discussione e cerco di rispondere alle vostre giuste osservazioni:

Premetto che non si tratta di un mio progetto ma di un apparecchio che credo di poter considerare "collaudato" in quanto ne abbiamo decine che sono in funzione da anni e questo è il primo che ha iniziato a presentare questa problematica, pertanto, almeno per ora, tenderei ad escludere problemi di "progetto". Comunque si tratta di un Power Supply modulare, nel senso che è composto da un mainframe ( che è l'apparecchio che contiene, tra le altre cose, le ventole ed il circuito in questione che le pilota), all'interno del mainframe possono essere montati fino a 8 moduli aventi tensioni e correnti diverse, questi moduli poi possono essere programmati e pilotati tramite bus GPIB tramite software dedicati installati sui vari banchi di collaudo.

• All'uscita dei regolatori sono montati anche dei condensatori ceramici da 1uF (sigla 105) che credo abbiano funzione di bypass.
• Confermo l'assenza dei diodi di protezione "a cavallo" degli LM317
• tensione in ingresso ai regolatori 32Vdc
• alla temperatura di 25°C, quindi con tensione applicata alle ventole di12V, l'assorbimento totale è di 380mA - ne consegue una potenza da dissipare di ( [32-12]*0,38= 7.6W totali, quindi circa 2.5W per ogni regolatore)
• I regolatori sono montati su dissipatore e i loro case (TO220)  sono opportunamente isolati dalla massa.
• da targa, le ventole possono essere alimentate fino a 24V ed assorbire 280mA. Alimentandole con alimentatore da banco con 24Vdc l'assorbimento totale è di 890mA che è in linea con i dati di targa (in questa condizione anche secondo me il povero 1N4007 potrebbe essere sottodimensionato, ma credo che la cosa sia studiata per non arrivare facilmente a questa tensione in quanto per arrivare a 24Vdc in uscita ai regolatori la NTC deve assumere il valore di circa 700ohm e questo si verifica quanto la termoresistenza "sente" una temperatura di circa 50°C)
• Confermo che appena monto i 3 nuovi LM317 e il diodo, le ventole girano per qualche secondo poi il povero diodo va in fumo e si guastano i regolatori...

Ho cominciato anche a pensare che il problema possa essere causato dalla "deriva" delle resistenze termiche (NTC) , le quali potrebbero andare in auto-riscaldamento e diminuire progressivamente la loro resistenza  fino ad arrivare a valori troppo bassi e quindi ad alimentare le ventole con tensione troppo elevata, è solo un'ipotesi probabilmente anche maldestra... in ogni caso ho acquistato tutti i componenti nuovi  (regolatori, condensatori e resistenze NTC) appena mi arrivano rimonto il tutto, riprovo e vi aggiorno.

 

Ciao e Grazie

 

Modificato: 28 ottobre da Argiope79

[Livio Orsini]

27 minuti fa, Argiope79 ha scritto:

• tensione in ingresso ai regolatori 32Vdc
• alla temperatura di 25°C, quindi con tensione applicata alle ventole di12V, l'assorbimento totale è di 380mA - ne consegue una potenza da dissipare di ( [32-12]*0,38= 7.6W totali, quindi circa 2.5W per ogni regolatore)

 

Misura la tensione di ingresso e di d'uscita senza carico, poi rimisurale con il carico connesso (ventola). Fai la prova veloce con un solo ventilatore .

 

È iinegabile, da quello che hai scritto, che il regolatore deve dissipare una potenza molto maggiore di quella calcolata. Che dipenda da un guasto del circuito o da altro poi è da verificare.

 

Per questo motivo ti chiedo di effettuare la virifica sulle tensioni.

[Dumah Brazorf]

Quel povero diodo lavora solo metà onda quindi ha il carico doppio in quella semionda. Usare qualcosa da 3-5A shottky?

Poi solo 22uF di condensatore? Avete mai verificato il comportamento del circuito con un oscilloscopio?

Modificato: 28 ottobre da Dumah Brazorf

[Livio Orsini]

2 minuti fa, Dumah Brazorf ha scritto:

Poi solo 22uF di condensatore? Come non averlo. 

 

Ma no!😀

Leggi il primo messaggio: trattasi di onda quadra a 25kHz, non di una sinusoide a 50Hz!

[ALLUMY]

Secondo me è proprio il condensatore da 22uF, andato. Lo cambierei subito.

[Dumah Brazorf]

A me che il 4007 regga 25kHz non sconfinfera, per questo almeno lo shottky ce lo metterei. 1N5822

Modificato: 28 ottobre da Dumah Brazorf

[NovellinoXX]

1 ora fa, Dumah Brazorf ha scritto:

Quel povero diodo lavora solo metà onda quindi ha il carico doppio in quella semionda. Usare qualcosa da 3-5A shottky?

Io insisto per il diodo, come ha spiegato Dumah, se in continua le tre ventole richiedono 0.89A,

di picco in quel diodo passano 1.8 A; ma poi cosa cambia metterne uno da 3 o 5 amp in termini di costo?

[NovellinoXX]

2 ore fa, Argiope79 ha scritto:

pertanto, almeno per ora, tenderei ad escludere problemi di "progetto"

Senza nessuna protezione contro un eventuale corto circuito, se i componenti fumano e si bruciano le piste in rame,

bèh ..... qualche problema di progettazione c'e'.  

[Argiope79]

Ciao, come da tuo consiglio ho fatto le prove con una sola ventola

 

Tensioni senza carico sul regolatore (ventola spenta):

Vin 32.72V - Vout 12.16V

 

Tensioni con carico sul regolatore (ventola accesa):

Vin 32.58V - Vout 12.37V (il diodo dopo qualche secondo scotta arrivando abbondantemente sopra il 70*C, il regolatore no.)

 

Correnti sul diodo (ventola accesa):

DC 169mA - Corrente AC 427mA (scopro ora che ci sta una componente alternata di corrente che attraversa il diodo la cui intensità è molto maggiore di quella in continua ....)

Corrente in ingresso al solo LM317 (ventola accesa):

DC 167mA - nessuna componete alternata della corrente

 

A questo punto mi sembrerebbe abbastanza evidente che sulla linea che porta alimentazione ai regolatori, tra il catodo del diodo e l'ingresso dei regolatori stessi, ci sia qualcosa che assorbe questa corrente alternata, il problema però è che ci sta solo, in parallelo ai regolatore, un condensatore elettrolitico, che ho anche sostituito ma la cosa non cambia.

Ora mi sto ribattendo il circuito alla ricerca, purtroppo non ho lo schema elettrico della board in questione ...

Grazie ancora  per la collaborazione!!

 

 

[Argiope79]

1 ora fa, NovellinoXX ha scritto:

Io insisto per il diodo, come ha spiegato Dumah, se in continua le tre ventole richiedono 0.89A,

di picco in quel diodo passano 1.8 A; ma poi cosa cambia metterne uno da 3 o 5 amp in termini di costo?

non è un problema di costo, se in questo momento mettessi un diodo piu robusto, senza prima capire cosa provoca questo eccesso di corrente, rischierei solo di sollecitare maggiormente il dispositivo (trasformatore) che c'è a monte (da cui esce il segnale a 25Khz per intenderci). in questo momento il diodo che scotta e si brucia per me è addirittura una "sentinella" che mi conferma che qualcosa non sta andando per il verso giusto

 

 

Modificato: 28 ottobre da Argiope79

[NovellinoXX]

6 minuti fa, Argiope79 ha scritto:

in questo momento il diodo che scotta e si brucia

In diodo sottodimensionato che scotta e si brucia, se non scoppia, va in corto circuito!

dopo di chè arrivano 32 V ALTERNATI a 25KHz sui condensatori che non si comportano più da filtro di livellamento  ma come una reattanza capacitiva molto bassa

Inoltre i picchi negativi arrivano anche ai regolatori  che fondono a loro volta istantaneamente perchè polarizzati inversamente .

Quindi il diodo potrebbe essere la causa scatenante del problema e non la spia "sentinella"

Prima di rimontare tutto controlla che il diodo non sia i corto altrimenti in un istante sei punto e a capo.

Se vuoi una sentinella effettiva per non

18 minuti fa, Argiope79 ha scritto:

rischierei solo di sollecitare maggiormente il dispositivo (trasformatore) che c'è a monte

devi inserire in ingresso o un fusibile o una resistenza di protezione. Un circuito senza protezioni e' una ca..ta di circuito.

[Nik-nak]

Metti un diodo schottky da 3/5A al posto del 1N4007. ed inserisci in serie un fusibile rapido da 1/1.5A, e vedi cosa succede, al massimo interviene il fusibile.

[Livio Orsini]

2 ore fa, Argiope79 ha scritto:

Correnti sul diodo (ventola accesa):

DC 169mA - Corrente AC 427mA (scopro ora che ci sta una componente alternata di corrente che attraversa il diodo la cui intensità è molto maggiore di quella in continua ....)

Corrente in ingresso al solo LM317 (ventola accesa):

DC 167mA - nessuna componete alternata della corrente

 

 

 

Così a prima impressione credo che ci sia uno o più condensatori che hanno perdite esagerate.

Che tensione di lavoro hanno quei condensatori? Mi auguro che abbiano tensioni >=50V, inoltre dovrebbero essere condensatori a con basissimo valore di ESR e ESL.

 

Comunque anche non considerando le correnti di perdita, che non devon esserci, una corrente totale di 0,89A proprio non la sopporta molto bene, senza contare che con un recovery time di 2 µs è vivamente sconsigliato usare questo diodo per rettificare segnali con frequenza >1kHz, ma io non supererei i 150 Hz.

Al di la del guasto contingente, credo che questa scheda qualche problema di progettazione ce lo ha sicuramente.

 

Riassumendo:

1. Condensatore di ingresso con tensione >=50V e bassisimi valori di ESR e ESL, in pratica ci vuole un condensatore da SMPS.
2. Il diodo 1N4007 è assolutamente inadatto allo scopo, sia per corrente sia per velocità. Per conto mio bisogna usa re un fast recovery o uno schotky con capacità di corrente >= 2A; molto dipende da case e da un eventuale dissipatore.
3. Sempre a mio parere, su ognuno dei 3 rami ci dovrebbe essere un fusiible rapido a protezione, oltre ad un fusibile generale sull'ingresso.

Modificato: 28 ottobre da Livio Orsini

[Argiope79]

2 ore fa, NovellinoXX ha scritto:

In diodo sottodimensionato che scotta e si brucia, se non scoppia, va in corto circuito!

dopo di chè arrivano 32 V ALTERNATI a 25KHz sui condensatori che non si comportano più da filtro di livellamento  ma come una reattanza capacitiva molto bassa

Inoltre i picchi negativi arrivano anche ai regolatori  che fondono a loro volta istantaneamente perchè polarizzati inversamente .

Quindi il diodo potrebbe essere la causa scatenante del problema e non la spia "sentinella"

Prima di rimontare tutto controlla che il diodo non sia i corto altrimenti in un istante sei punto e a capo.

Se vuoi una sentinella effettiva per non

@NovellinoXX (che tanto "novellino" non sembri 😜) sono d'accordo con te, e questa che hai descritto è certamente la dinamica che porta alla rottura anche dei regolatori, il diodo l'ho sempre trovato aperto e mai in corto, ma non posso escludere a priori che nel transitorio di rottura prima di aprirsi vada proprio in corto, in ogni caso questa scheda ha un guasto, e il diodo si brucia perché c'è un guasto e non solo perché è dimensionato male o perché l'oggetto è progettato male (anche se di fatto lo è...). In stabilimento abbiamo almeno una ventina di questi oggetti in funzione e tutti montano un 1N4007 e solo questo presenta questo problema.

In ogni caso ti ringrazio per le osservazioni e per gli spunti di riflessione che mi hai fornito. 

Appena mi arrivano i componenti che ho ordinato (tra cui anche dei diodi schottky da 3A) rimonto il tutto e ti aggiorno sull'esito.

Ciao

[Dumah Brazorf]

Se ci fosse un corto lo vedresti con un semplice multimetro.

Potresti testare il circuito collegandoti con l'alimentatore da banco dopo il diodo, gli mandi 32V e vedi come si comporta/quanto ciuccia con le ventole.

Modificato: 28 ottobre da Dumah Brazorf

[Argiope79]

1 ora fa, Livio Orsini ha scritto:

Condensatore di ingresso con tensione >=50V e bassisimi valori di ESR e ESL, in pratica ci vuole un condensatore da SMPS.

ho appena misurato la corrente mettendomi con l'amperometro in serie al condensatore elettrolitico ed è proprio lui che si beve i quasi 500mA  in AC, ma solo con ventola attaccata...scusa la domanda per caso sapresti indicarmi come riconoscere un condensatore da SMPS?

1 ora fa, Livio Orsini ha scritto:

Il diodo 1N4007 è assolutamente inadatto allo scopo, sia per corrente sia per velocità. Per conto mio bisogna usa re un fast recovery o uno schotky con capacità di corrente >= 2A; molto dipende da case e da un eventuale dissipatore.

stoa acquistando schottky da 3A

 

Grazie!!

[Dumah Brazorf]

Il punto è che l'AC non ci doveva arrivare al condensatore. E' il 4007 che è troppo lento per 25kHz e l'onda di ritorno passa almeno in parte.

Modificato: 28 ottobre da Dumah Brazorf

[ALLUMY]

Non è che magari nel progetto originale c'erano gli UF4007 anziché i 2N4007? Poi occhio alla massima tensione inversa supportata dagli schottky!