Простой регулятор скорости вращения вентилятора

Данная схема является несколько более сложной по сравнению с предыдущими, однако она позволяет управлять вращением двигателя путем регулировки напряжения на электроприводе. Такое решение значительно улучшает как линейность регулирования, так и способность устройства обеспечивать достаточную мощность при низких оборотах. Эта схема по своей сути представляет собой параметрический стабилизатор напряжения, созданный на основе управляемого стабилитрона TL431.

Автоматический регулятор оборотов кулера

Сегодня вентиляторы используются в различных бытовых приборах, таких как компьютеры, музыкальные центры и системы домашнего кинотеатра. Эти устройства эффективно справляются с задачей охлаждения перегревающихся компонентов, но, к сожалению, часто создают значительный уровень шума. Это особенно критично в случае музыкальных центров и домашних кинотеатров, поскольку шум от вентилятора может помешать наслаждению интимными моментами прослушивания любимой музыки. Обычно производители не придают значения шуму и подключают охлаждающие вентиляторы напрямую к питанию, в результате чего они работают на максимальных оборотах постоянно, вне зависимости от того, требуется ли охлаждение в данный момент времени. Однако, эту проблему можно решить сравнительно просто — нужно встроить автоматический регулятор оборотов кулера. Он будет отслеживать температуру радиатора и включать охлаждение только тогда, когда это действительно необходимо. Если температура продолжит увеличиваться, регулятор постепенно повысит скорость вращения вентилятора до максимальных значений. Благодаря этому такая система не только уменьшит уровень шума, но и значительно продлит срок службы самого вентилятора. Также данный регулятор можно использовать, например, при создании самодельных мощных усилителей, блоков питания и других электронных устройств.

Схема

Схема довольно проста, она состоит всего из двух транзисторов, пары резисторов и термистора, но несмотря на это, она прекрасно выполняет свою функцию. В данном случае М1 — это вентилятор, обороты которого мы будем регулировать. Схема предназначена для использования стандартных кулеров при напряжении питания 12 вольт. VT1 — это маломощный n-p-n транзистор, такой как КТ3102Б, BC547B или КТ315Б. Желательно, чтобы коэффициент усиления этих транзисторов был на уровне 300 и выше. VT2 — это мощный n-p-n транзистор, который будет коммутировать вентилятор. Здесь подойдет недорогой отечественный транзистор КТ819 или КТ829, но желательно выбирать с высоким коэффициентом усиления. R1 — это терморезистор (или термистор), который является ключевым компонентом всей схемы. Он меняет своё сопротивление в зависимости от температуры, и любой NTC-терморезистор сопротивлением от 10 до 200 кОм, так, например, частенько выпускается модель ММТ-4. Номинал подстроечного резистора R2 зависит от выбранного термистора и должен быть в 1,5–2 раза больше, чем его значение. Этот резистор устанавливает порог срабатывания включения вентилятора.

Простой регулятор скорости вращения вентилятора

Этот регулятор может использоваться в любых устройствах, где требуется автоматическая регулировка скорости вращения вентилятора, таких как усилители, компьютеры, блоки питания и т.д. Схема устройства В данном случае напряжение, создаваемое делителем R1 и R2, устанавливает начальную скорость вращения вентилятора, когда терморезистор холодный. При повышении температуры терморезистора его сопротивление снижается, что приводит к увеличению напряжения на базе транзистора Vt1, а следовательно, также возрастает напряжение на эмиттере транзистора Vt2. В результате, подается большее напряжение на вентилятор, что увеличивает его скорость вращения. Налаживание устройства Иногда новые вентиляторы могут запускаться нестабильно или вообще не запускаться при низких напряжениях питания, поэтому в таких случаях потребуется корректировать сопротивления резисторов R1 и R2. Обычно новые вентиляторы запускаются без трудностей. Чтобы улучшить запуск, можно включить последовательно резистор на 1 кОм и электролитический конденсатор между +питанием и базой Vt1, параллельно терморезистору. Благодаря этому, на время зарядки конденсатора вентилятор будет работать на максимальных оборотах, и по мере зарядки конденсатора скорость постепенно снизится до заданного уровня, установленного делителем R1 и R2. Это особенно актуально для более старых вентиляторов. Емкость конденсатора и его сопротивление являются приблизительными значениями, поэтому их придется подбирать в процессе настройки. Внесение изменений в схему Внешний вид устройства Вид со стороны монтажа

Оценить статью

Средний балл статьи: 4.5 Проголосовало: 3 чел.

Комментарии (7)

Для добавления вашей сборки необходима регистрация

Что пишут пользователи?

Вот один из комментариев: «Хорошая схема. А подойдут ли другие терморезисторы, кроме ММТ-4?»

На что другой пользователь отвечает: «Да, можно использовать любые. Даже если сопротивление отличается, просто надо пересчитать значения R1 и R2″. По идее, если я правильно понимаю принцип работы этой схемы, то это просто стабилизатор напряжения, где делитель на резисторах R1 и R2 устанавливает начальное выходное напряжение при холодном термисторе. На данном сайте имеется калькулятор для расчета делителя напряжения.»

Другой комментатор подметил: «Просмотрел схему и понял, что можно ограничиться одним транзистором КТ829. Терморезистор лучше использовать дисковый, так его удобно крепить одним винтом через отверстие.»

Дополнение: «Кроме этого, можно использовать диоды и МОП-транзисторы (например, любого типа с материнской платы), а также три резистора — всё это из репертуара «Радио». Работает!»

Другой пользователь задаёт вопрос: «Какой диапазон напряжений получается на выходе?»
«Если делитель состоит из 10 кОм и терморезистора на 10 кОм, то минимальное напряжение составит 6 вольт. При нагреве до 70°C (больше не хочется) согласно данным на терморезисторе, он будет иметь сопротивление около 2 кОм. При 12 вольтах на входе, какое максимальное напряжение мы могли бы получить? Около 10 вольт на выходе, верно? Таким образом, максимальные обороты не могут быть достигнуты?
И, скорее всего, также будет падение напряжения на самом транзисторе?»

Анатомия и физиология вентилятора

Низковольтные вентиляторы используют бесщеточные двигатели постоянного тока и различаются между собой прежде всего по типу интерфейса. Различия, такие как разное напряжение питания (например, 5, 12 или 24 В), будем считать очевидными и оставляем за кадром.

Вентиляторы присутствуют в двух-, трех- и четырехпроводных вариантах. С двухпроводной схемой все очевидно: два провода — это для питания; подал на них напряжение — вентилятор крутится, выключил — не крутится. В трехпроводных схемах к линиям питания добавляется вывод тахометра, который выдает два импульса на один оборот вентилятора. Этот вывод представляет собой выход с открытым коллектором, а значит, ему необходима подтяжка к плюсу питания для функционирования.

В четырехпроводном варианте предусмотрен дополнительный вывод для контроля оборотов, которые регулируются ШИМ-сигналом. У этого вывода имеется внутренняя подтяжка к плюсу, следовательно, если оставить его неподключенным, обороты будут максимальными. Для подачи ШИМ-сигнала также можно использовать выход с открытым коллектором.

Очевидно, что такая распиновка обеспечивает полную обратную совместимость, поэтому нет необходимости ломать голову над тем, какой кулер подключать к материнской плате. Работать будет любой вентилятор, который подходит по напряжению. Теперь, ознакомившись со статьей «Почему и как регулировать скорость вентилятора для охлаждения электронной аппаратуры», разберемся, как устроены вентиляторы. Итак, сердце бесщеточного мотора вентилятора составляет датчик Холла, который определяет положение магнитного ротора. Когда к датчику приближается северный полюс магнита, на его выходе формируется логическая единица, с южным полюсом — наоборот.

Сигнал с датчика Холла служит для управления ключами, питающими катушки, и типичная упрощенная схема бесщеточного вентилятора выглядит так.

Здесь видно, откуда берется сигнал тахометра и что он собой представляет, а также как можно подключить ШИМ-контроль оборотов. Обратите внимание, что управляемый ШИМ-сигналом ключ коммутирует только силовую часть мотора, не нарушая работу датчика Холла и позволяя правильно определять число оборотов независимо от уровня сигнала на выходе PWM. Двухпроводной вентилятор отличается лишь тем, что у него не выводится TACHO. На практике это может быть реализовано даже проще — в одной микросхеме, в которой будут комбинированы датчик, ключи и необходимая обвязка.

info

Можно найти видео, где некто из Чехии разбирает вентилятор от компьютерного блока питания. У него даже есть видео, который достаточно наглядно демонстрирует принцип работы кулера.

Так как же им рулить?

Существуют четыре классических подхода к управлению оборотами вентиляторов, все они будут рассмотрены в данной статье. Сразу отмечу, что четвертый вариант является самым предпочтительным.

Вариант первый. Дискретный

В данном случае вентилятор включается только при необходимости, и в остальное время он отключен. После включения он работает на максимальных оборотах. Этот подход неплох, но в большинстве случаев активное охлаждение необходимо и в бездействии, поэтому останавливать его не всегда эффективнее.

Вариант второй. Линейный регулятор

Питание подается на вентилятор с линейного регулятора. Это означает, что при необходимости уменьшить обороты вентилятору подается меньше стандартные 12 В, что снижает скорость вращения. Так как входное напряжение уже стабилизировано и отфильтровано, нет нужды использовать специализированную микросхему, такую как LM317; можно обойтись простым эмиттерным или истоковым повторителем или использовать источник тока.

Этот вариант прост и универсален, так как подходит для различных типов вентиляторов. Он широко используется производителями, работающими в Китае. Аналогичные устройства стоят около 300 рублей, поэтому проще их купить, чем собирать с нуля. Упомянутый выше китайский контроллер работает именно так.

Тем не менее, у данного решения есть несколько серьезных недостатков. Во-первых, бесщеточным вентилятором требуется порядка 5 В для питания датчика Холла, иначе он не будет работать, и такой режим функционирования для двигателя будет явно ненормальным. Для пятивольтовых кулеров это еще более серьезная проблема, поскольку у них диапазон напряжений, при которых они сохраняют работоспособность, значительно уже.

Во-вторых, напряжение, при котором двигатель запускается, всегда чуть выше напряжения, при котором он останавливается. То есть, если выставить низкие обороты, вентилятор может не стартовать при включении. Третья неприятность заключается в низком КПД, так как вся мощность, которая падает на регуляторе, уходит в тепло.

Вариант третий. Медленный ШИМ по питанию

Этот способ лишен большинства недостатков предыдущего и довольно часто используется. Суть его заключается в том, что двигатель питается ШИМ-сигналом.

Ключевым моментом является выбор невысокой частоты ШИМ-сигнала. Например, в данной схеме частота должна составлять около 50 Гц. Эта схема подойдет для любого из рассматриваемых вентиляторов, единственная проблема может возникнуть с сигналом тахометра: он может быть некорректным. Впрочем, выбор частоты ШИМ-сигнала ниже частоты тахометра частично решает эту проблему.

С КПД у данной схемы тоже всё в порядке. Если необходимо регулировать обороты двух- или трехпроводного кулера, это будет лучшим решением. Единственный минус заключается в проблемах с измерением частоты оборотов. Интересно, что если установить параллельно двигателю конденсатор на несколько десятков микрофарад, схема начнет работать как описанный ранее линейный регулятор.

Вариант четвертый. Штатный

Как известно, в индустрии работают не глупые инженеры. Они разработали способ регулировки оборотов. Так появились четырехпроводные вентиляторы, которые позволяют не только нормально изменять обороты, но и контролировать их изменение. Благодаря этому можно, например, заранее обнаруживать неисправности вентилятора. Как это достигается? Все происходит, как в предыдущем способе, только ШИМ-сигнал управляет непосредственно обмотками двигателя, в то время как датчик Холла постоянно получает питание.

Сборка регуляторов вращения кулера

Сегодня мы познакомимся с тремя интересными схемами для регуляторов скорости вентилятора — одной обычной, второй с термодатчиком и третьей для уменьшения шума.

Не будем тянуть и сразу перейдем к пракктике.

Обычная схема для регулятора оборотов кулера

Схема предоставляет возможность регулировки скорости работы вентилятора без контроля числа оборотов.

Данная схема может помещаться прямо внутри блока питания и обеспечивать дополнительные выходы для подключения внешних датчиков, также есть возможность добавить стабилизатор напряжения, который ограничивает минимальное напряжение для вентилятора.

Вот список комплектующих, которые вам понадобятся для сборки этой схемы:

• Биполярные транзисторы;
• Стабилизатор напряжения;
• Диод;
• Электролитический конденсатор;
• 8 резисторов;
• Терморезистор;
• Вентилятор;

И вот схема:

Схема обычного регулятора скорости вращения кулера без контроля оборотов

Схема регулятора оборотов кулера с термодатчиком

Вентилятор в блоках питания обычно работает с постоянной скоростью, которая не зависит от температуры высоковольтных резисторов, которые он должен охлаждать.

Существуют блоки питания, которые предназначены для работы с избыточной мощностью даже в условиях максимального потребления. В итоге, блоки питания работают не на всю мощность и высоковольтные резисторы нагреваются недостаточно.

Следовательно, вентилятор без необходимости обдувает пространство и поднимает пыль внутри корпуса компьютера.

Для решения этой проблемы подходит автоматический регулятор скорости вращения вентилятора с термодатчиком, схема которого представлена ниже.

Схема регулятора скорости оборотов вентилятора с термодатчиком

Вот список радиодеталей, необходимых вам для сборки:

• Два биполярных транзистора;
• Четыре диода;
• Два резистора;
• Вентилятор;

В этом регуляторе в качестве датчиков служат германиевые диоды VD1-VD4.

Выбор германиевых диодов обоснован рядом преимуществ по сравнению с терморезисторами. Во-первых, зависимость обратного тока здесь более выражена, чем у терморезисторов, а во-вторых, стеклянный корпус диодов позволяет избежать использования диэлектрических прокладок.

Резистор R1 предназначен для исключения поломок транзисторов VT1 и VT2 при термическом пробое диодов. Сопротивление этого резистора рассчитывается на основе максимально допустимого тока базы VT1.

Резистор R2 определяет порог включения вентилятора.

Устройство устанавливается непосредственно в блок питания.

Выводы диодов паяются вместе и приклеиваются к теплоотводам высоковольтных транзисторов с обратной стороны. Также к выводам транзистора VT2 припаиваются резисторы R1 и R2, а также транзистор VT1.

Транзистор VT2 устанавливается эмиттером в отверстие кулера на плате блока питания.

При настройке регулятора стоит уделить внимание подстройке резистора R2 и выбору необходимого количества диодов.

Что в итоге.

Сегодня мы рассмотрели, как можно самостоятельно собрать обычный регулятор частоты оборотов компьютерного вентилятора и контроль скорости вентилятора с термодатчиком.

Для более глубокого понимания процесса сборки обратитесь к схемам, представленным выше.

Поделитесь своими мыслями в комментариях: стоит ли разрабатывать и устанавливать подобные регуляторы или вентиляторы в существующих системах функционируют нормально и без них?

Схема автоматической регулировки от температуры

В некоторых случаях необходимо автоматическое регулирование скорости вращения вентиляторов в зависимости от температуры охлаждаемых объектов. Такую систему удобно использовать для охлаждения блока питания компьютера или выходных транзисторов мощного усилителя.

В качестве терморезистора подойдет отечественный вариант ММТ-4, его сопротивление может варьироваться в пределах ± 50% от указанного на схеме. Датчик следует установить на поверхности охлаждаемого радиатора с использованием теплопроводящей пасты КПТ-8. При этом подстраиваемое сопротивление R2 должно иметь значение примерно в два раза больше номинала терморезистора. Использование транзисторов с высоким коэффициентом усиления обеспечит хорошую чувствительность регулятора.

Простое устройство можно собрать самостоятельно, используя навесной монтаж. После завершения сборки можно подключить питание и приступить к настройке. Подстроечный резистор помогает установить пороговый режим работы регулятора: при нормальной температуре вентилятор не работает, при прикосновении к термодатчику рукой, электродвигатель начинает функционировать.

Контроллер управления вентиляторами процессора и блока питания

Электрическая схема системы управления работой двух вентиляторов в ПК изображена на рисунке. Система предназначена для независимого контроля кулеров блока питания и процессора, и для обеспечения такой скорости вращения их роторов, чтобы температура охлаждаемых полупроводниковых элементов никогда не превышала допустимых значений. В процессе проектирования выбраны следующие параметры:

• независимое управление двумя вентиляторами;
• автоматическое поддержание постоянной температуры контролируемого устройства;
• частота оборотов кулера зависит от температуры;
• источник питания системы и подключаемого вентилятора — 12 В постоянного тока, мощностью максимум 10 Вт (800 мА).

Таким образом, контроллер фактически работает как стабилизатор температуры, что также обеспечивает комфортные условия для функционирования как процессора, так и полупроводников, находящихся внутри блока питания.

Как видно, система состоит из двух одинаковых функциональных блоков, но мы обсудим работу только одного из них. Его серцем является операционный усилитель IC1A типа LM358. Операционный усилитель работает по стандартной схеме, усиливая внешние напряжения, которые поступают от датчика температуры IC2, до заданного уровня, установленного последовательно подключенными резисторами R4 и PR1.

В системе использованы удобные в работе преобразователи температура-напряжение типа LM35. Возможно, это несколько более дорогой вариант, но простота в настройке и удобство использования системы это полностью компенсируют.

Выход операционного усилителя подключен к исполнительному транзистору Т1, осуществляющему управление схемой, включенному по схеме с общим коллектором, а на эмиттере которого создается напряжение, равное напряжению на выходе операционного усилителя минус напряжение, необходимое для перехода эмиттер-база транзистора. Таким образом, вентилятор, подключенный к эмиттеру Т1, никогда не будет получать полное напряжение 12 В; он может получать лишь до 11,3 В максимум.

Следующий элемент системы — конденсатор C1, подключенный к выходу датчика температуры. Здесь следует отметить, что после включения питания компьютера все его компоненты имеют температуру окружающей среды, и напряжение на выходе операционного усилителя IC1 будет находиться на уровне около 6 В. Это значение в принципе достаточно для работы вентилятора на холостых оборотах, но может быть слишком низким, чтобы надежно запустить его. Поэтому сразу после включения устройства на вход операционного усилителя временно подается напряжение, близкое к напряжению питания. Таким образом, на протяжении короткого времени вентилятор получают полное напряжение, что гарантирует его надежный запуск.

Сборка и наладка контроллера скорости кулеров

Печатная плата (размеры платы 36×55 мм) изготовлена из одностороннего текстолита. Схема расположения дорожек на печатной плате изображена ниже.

Что касается процесса сборки, то ничего особенного не скажешь, так как она производится стандартным и хорошо известным методом. Однако нужно уделить внимание настройке этой системы и способу ее подключения к компьютеру. Регулировка собранной системы очень проста и сводится к тому, чтобы поместить датчик температуры на поверхность, которая имеет температуру около 60°C. Для достижения нужной температуры можно временно прикрепить его к куску металлического листа и нагреть до необходимой температуры, или же опустить датчик в дистиллированную воду, которая должна быть неэлектропроводной. После этого путем поворота потенциометра PR1 устанавливается максимальное напряжение на выходе операционного усилителя, что обеспечивает полное включение вентилятора.