PWM -> analog Lüftersteuerung

Mit der Einrichtung meines Rechners ist mir damals aufgefallen, dass das Mainboard nur eine an die CPU-Temperatur anpassbare PWM-Lüftersteuerung hat und die Spannung der Lüfter nicht analog ausgeben werden kann. Zwei weitere analoge Lüfteranschlüsse waren auf dem Mainboard vorhanden, konnten aber nur mit 50%, 75% oder 100% Spannung betrieben werden. [Diese Anschlüsse lassen sich zwar mit SpeedFan steuern, allerdings funktioniert die Steuerung naturgemäß nicht im Bios, unter Linux, bei einem Systemabsturz, wenn SpeedFan geschlossen ist oder bei ähnlichen Problemen.] Obwohl die Steuerung sogar für einen Semipassiv-Betrieb ausreichen würde, hatte ich keinen PWM-Lüfter, welcher bei 0% Tastverhältnis am PWM-Ausgang die Drehzahl auch auf {tex}\small 0\frac{U}{min}{/tex} reduzierte.

Da für mich ein Neukauf von Lüftern nicht angebracht erschien, entschied ich mich, einen "PWM -> analoge Spannung"-Wandler zu bauen. Wichtig war mir dabei auch, dass die Spannung linear zum Tastverhältnis ansteigen würde. Dementsprechend kam für mich auch kein einfacher Step-Down-Schaltregler mit dem PWM-Signal als Schaltsignal nicht in Frage.

Die Funktion der Schaltung ist ganz einfach. Zunächst wird mit einem Komparator das PWM-Signal mit einer Referenzspannung verglichen, welche hier der Einfachkeit halber auf etwa {tex}\small 12V\cdot\frac{10k\Omega}{10k\Omega +100k\Omega}=1,09V{/tex} eingestellt wurde.

Durch die Wahl eines Rail-2-Rail-Opamps kann das Ausgangssignal des Komparators vereinfacht 0V oder 12V betragen. Der nachgeschaltete RC-Tiefpass erzeugt daraus eine Gleichspannung, welche je nach Tastverhältnis zwischen 0V und 12V liegen kann. Die Zeitkonstante {tex}\small \tau{/tex} ist dabei so gewählt, dass kein großes Ripple am Kondensator zu erwarten ist und die Ansteigszeit im akzeptablen Rahmen bleibt.

Dem RC-Tiefpass ist ein Spannungsfolger nachgeschaltet, welcher durch einen Opamp und einen PNP-Transistor realisiert wurde. Es kann nahezu jeder PNP-Transistor verwendet werden, welcher genug Strom liefert. Auch ein P-MOSFET kann verwendet werden und sollte bevorzugt werden, um zwei Widerstände auf der Platine zu sparen und den Stromverbrauch zu reduzieren.

Zu guter letzt sind Pufferkondensatoren am Eingang und ausgang parallel geschaltet. Fertig ist der Wandler.

Das Board-Layout ist recht klein geworden. Ggf. gibt es noch Optimierungsmöglichkeiten, welche ich aber nicht mehr durchführen werde, da das Ziel erreicht ist, dass der Prototyp funktioniert.

Der Aufbau ist etwas abenteuerlich geworden, da der Opamp leider ein anderes Package hat bzw. ich den falschen bestellt hatte. Dies ändert allerdings nichts an der Funktionstüchtigkeit, Not macht eben erfinderisch ;-).

Die Lüftersteuerung läuft nun seid einiger Zeit ganz in meinem Rechner und funktioniert wie erwartet. Natürlich ist das Tacho-Signal durchgeschliffen, sodass man auch die Drehzahl kontrollieren kann.

Das Projekt kann hier heruntergeladen werden. Ich habe eine experimentelle Steuerung mit PWM hinzugefügt, welche ich aber ausdrücklich ungetestet hochgeladen habe! Ich bin für Rückmeldungen sehr dankbar.

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