Extraño diseño de circuito para accionar un ventilador con PWM

Recientemente intenté reparar un circuito de ventilador de refrigeración en una carcasa de disco duro que me tiene algo desconcertado. El ventilador es un AD08012HX207000 con conexión para dos hilos. El circuito que impulsa el ventilador suministra 12 V al pin positivo y el pin negativo es impulsado por el circuito de abajo. El circuito parece tomar la señal PWM de 3,3 V de la MCU, la reduce a ~ 1,6 V para impulsar la base de un transistor BJT de baja tensión y alta corriente. El transistor proporciona un camino a tierra cuando la base se eleva y el ventilador puede girar.

No estoy muy seguro de para qué sirve el condensador de 47uF. ¿Suavizar la transición PWM cuando el ventilador cambia de velocidad? Cuando pruebo el capacitor, veo una onda cuadrada a 12 V, y mi sensación es que el capacitor se está cargando a 12 V, momento en el cual el ventilador está apagado porque el voltaje en ambos lados es el mismo, y luego se descarga, permitiendo que el ventilador funcione. gire nuevamente, pero no tengo idea de por qué está conectado a través de una resistencia de 4.7k a la alimentación de MCU.

Aquí hay una foto de mi osciloscopio probando el pin del capacitor que es el conector al negativo del ventilador:

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Si quito el condensador del circuito y conecto el negativo del ventilador directamente al emisor del transistor, veo esto:

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Supongo que mis preguntas en orden de importancia son:

  1. ¿Por qué hacerlo de esta manera? ¿Por qué no usar un mosfet para conducir el positivo de 12 V o el camino a tierra? ¿Esto ahorra dinero de alguna manera?

  2. ¿Por qué el divisor de voltaje en la señal PWM? Revisé la hoja de datos de este transistor y 3.3V parece estar bien.

  3. ¿Qué función cumple el capacitor?

[editar] solo para aclarar un poco, lo que estoy tratando de "reparar" es el hecho de que el ventilador gira muy lentamente cuando está conectado, y solo en la configuración más alta. De hecho, probé este ventilador con un circuito PWM simple proveniente de un temporizador 555, y realmente no parece gustarle mucho que lo controle PWM. Básicamente mantiene una velocidad constante hasta ~50% del ciclo de trabajo y luego se apaga, lo que me hace pensar que tiene algún tipo de regulación interna que está interfiriendo. El fabricante me envió este ventilador como reemplazo, y mi creciente sospecha es que me enviaron uno equivocado y que el circuito funciona bien. He perdido el original, así que no puedo usarlo para comparar. Aparte de eso, quiero entender cómo funciona este circuito para mi propia edificación.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Resulta que el esquema anterior era incorrecto. Lo actualicé para indicar que el condensador está conectado a través del colector/emisor en caso de que alguien se encuentre con esto en el futuro.

Su última actualización acaba de acortar el transistor + condensador. El ventilador estaría siempre encendido.
Agh, si gracias. Creo que lo arreglé ahora.

Respuestas (1)

  1. La conmutación del lado bajo es más fácil de manejar usando niveles lógicos ordinarios. Los equivalentes de lado alto necesitan un cambiador de nivel, ya sean FET o BJT.

  2. R2 es un menú desplegable para establecer el estado predeterminado en "apagado" cuando la MCU se inicia pero aún no ha configurado el pin.

  3. Ni idea. Parece que no funcionará. Si la tapa estuviera conectada a través del colector / emisor Q1, eso funcionaría. He usado esta técnica muchas veces, reduce el ruido de conmutación que regresa a la fuente de alimentación.

Agregué una captura de pantalla de mi osciloscopio probando el capacitor, si eso ayuda a aclarar qué está pasando allí.
En realidad, nm, acabo de hurgar más y el condensador está conectado a través del colector/emisor, ¡así que eso responde a eso! Estaba confundido por esa resistencia de regreso a 3.3V, que todavía no entiendo.
También puede intentar eliminar la tapa y simplemente conectar el lado bajo del ventilador. Esa es la conexión más típica.
Se requiere la resistencia a 3.3V porque necesita una forma de subir el nodo de salida cuando el transistor está APAGADO. En el gráfico de alcance, puede ver que el flanco descendente es bastante empinado, pero el flanco ascendente es una curva RC. Este tipo de PWM funcionará bien con ventiladores de motor con escobillas de estilo antiguo, aunque la frecuencia del tren de pulsos puede ser un factor. Esto no se recomienda para ventiladores sin escobillas que tienen controladores internos que necesitan arrancar.
Esa resistencia podría exponer la fuente de alimentación de la MCU al voltaje del ventilador. No es Buena idea. En cuanto a si esto funcionará con un ventilador BLDC, depende del chip del controlador. Usar la tapa para suavizar el voltaje como se muestra hace que sea más probable que funcione que hacer un corte puro (obtienes un diente de sierra), pero sacrifica algo de rango de control en las configuraciones más bajas de PWM.
Gracias amigos, esta información es muy útil. Tengo la sensación de que el ventilador original de este dispositivo (que es bastante antiguo) probablemente era un ventilador cepillado viejo, y el fabricante me acaba de enviar el modelo equivocado. Está bastante claro en este punto que este no es un gran circuito para conducir el tipo de fan que me enviaron, lo cual es algo frustrante, pero al menos entiendo lo que está pasando ahora.
¿Qué pasa con las corrientes máximas en Q1 debido a la tapa?
El bucle de corriente se localiza en el transistor y la tapa cuando el transistor está encendido. Cuando el transistor está apagado, se carga a través del motor.
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