PC-Lüfter steuern und regeln / das kleine Lüfter-1mal1

Brush(es), zu deutsch Bürste(n), sind die Überträger die bei einem klassischen Gleichstrommotor den Strom auf die Spule übertragen. Diese klassischen Lüfter sind so aufgebaut dass der Elektromagnet sich an der Achse befindet und je nach Position den Elektromagnet so oder so herum polt.

Brushless, zu deutsch “Bürstenlos”, sind Lüfter die an der Achse einen Dauermagnet besitzen. Die Spule(n) befinden sich außen. Ein Sensor erfasst in welcher Position sich die Achse gerade befindet und wechselt je nach dem elektronisch das Magnetfeld der Spule(n). Diese Lüfter überleben eine Verpolung in der Regel nicht.

Ein 2Pin-Lüfter ist denkbar einfach anzusteuern: Saft auf die Leitung und er pustet. Rot ist normalerweise + und Schwarz/Braun -. Die Drehzahl wird über die Spannung geregelt. Zu beachten ist dass der Lüfter erst ab einer gewissen Spannung anläuft. Die Spannung während des Betriebs kann ruhig niedriger sein als die Start-Spannung.

Gegenüber der 2Pin-Variante gibt es eine dritte, gelbe, Ader. Auf dieser liefert der Lüfter sein Tacho-Signal.

Das Tacho-Signal sieht eigentlich immer gleich aus: Bei jeder Umdrehung gibt es eine steigende und eine fallende Flanke. Die gelbe Ader wird dabei intern durch einen NPN-Transistor auf Masse gezogen, um den Wert mit einer Schaltung auszulesen wird also ein Pullup-Widerstand von einigen kΩ benötigt.

Zusätzlich zur 3Pin-Variante kommt eine vierte Ader hinzu: Die PWM-Leitung. Über diese Leitung bekommt der Lüfter seine Drehzahl diktiert.

Mehr gibts sobald mir ein entsprechendes Mainboard/Lüfter über den Weg läuft

Stichpunkt passiver Tiefpass

Um die Umdrehungen pro Minute zu messen werden ein simpler Zähler (8Bit sollten reichen, 16), ein Taktgenerator und ein 8 bzw 16Bit-D-Flipflop benötigt. Der Zähler wird bei jedem Impuls vom Lüfter um eins erhöht. Schlägt der Taktgenerator zu wird die Ausgabe des Zählers ins Flipflop übernommen und der Zähler zurückgesetzt. Ein Verzögerungsglied sollte vor den Reset-Eingang des Zählers geschaltet werden, einfach weil beim setzten des Flipflops sonst Müll rauskommen könnte.

Zur Ausgabe bietet sich eine µA-Analoganzeige via R2R-d/a-Wandler an.

Da immer wieder Leute Probleme damit haben Lüfter extrem gedrosselt laufen zu lassen, einfach weil die Kühlleistung trotzdem reicht und es wesentlich leiser ist, hier einige Möglichkeiten wie eine Anlauf-Schaltung realisierbar ist. Diese Schaltungen sollten sicherheitshalber nicht ans Mainboard geklemmt werden.

Die Schaltungen sind ungetestet!

Eine sehr einfache Schaltung. Über das Potentiometer wird der Lüfter gedrosselt. Damit er trotzdem anläuft ist ein sehr großer Kondensator parallel zum Potentiometer geschaltet. Wird Spannung angelegt ist der Kondensator leer. Er läd sich auf. Währenddessen fließt der Maximalstrom durch ihn, nur durch den Motor begrenzt - es ist also so als wäre der Motor direkt an 12V (-0,7V für die Diode) angeschlossen.

Die Diode verhindert dass die Im Kondensator gespeicherte Energie die Stromquelle irgendwie beschädigt. Wird abgeschaltet entläd sich der Kondensator über das Potentiometer. Hier fehlt ein kleiner (10Ohm etc.) Widerstand in Reihe mit dem Potentiometer!

Diese Variante kommt ganz ohne Potentiometer aus. Es werden die 12V und die 5V Strippe des Netzteils verwendet. Diese Schaltung ist nur sinnvoll wenn der Lüfter an 5V nicht anläuft (da z.B. 4pin PWM-Lüfter).

Der Kondensator hat die gleiche Funktion wie in Variante 1: Erstmal wird der Kondensator geladen und der Motor wird mit 12V (11,3V) versorgt. ist der Kondensator voll fließt kein Strom mehr über ihn - jetzt gibts nur noch die 5V (4,3V).

Die Dioden verhindern dass die 12V- und die 5V-Leitung ihr Potential ausgleichen. Der Widerstand leert den Kondensator nach dem Ausschalten langsam.

Bei Variante 3 wird kein teurer großer Kondensator benötigt - es reicht ein kleiner. Die Funktion ist recht ähnlich wie bei Variante 1. Den Unterschied bildet der Transistor der die Last von der “Logik” nimmt. Dieser sollte entsprechend dimensioniert sein, ggf. mit Kühlkörper. Hier sollte die Tacholeitung nicht angeschlossen werden (da der Lüfter nicht auf 0V schalten kann, dafür wäre ein PNP-Transistor vor dem Motor nötig).