Высокоэффективный автоматический контроллер вентиляторов

для раздела Блоги

Дополнение к статье «Высокоэффективный автоматический контроллер вентиляторов своими руками»-
Часть 2 : Регулятор с нелинейной характеристикой

Прошло несколько месяцев после запуска в эксплуатацию моего проекта под кодовым названием «Be Cool & Silent». О некоторых из наработок в этом направлении Вы могли прочитать в моих статьях, присланных на конкурс «Своими руками».
В частности речь пойдет о статье
«Высокоэффективный автоматический контроллер вентиляторов своими руками»: http://www.hardwareportal.ru/Handmade/Fan.ctrl/index.html
В процессе эксплуатации и сборки некоторого количества устройств выявились конструктивные и схемотехнические недостатки, поэтому схема регулятора подверглась некоторой доработке, что в итоге позволило добиться более стабильной и эффективной работы и упростило процесс настройки.

Рассмотрим изменения в схеме регулятора.

Рис 1 (схема)



Для повышения стабильности регулировки в цепи смещения операционного усилителя был введен стабилитрон D1 на 6,2 вольт – теперь цепи смещения запитаны от стабилизированного источника и колебания напряжения по цепи питания 12 вольт не влияют на обороты вентилятора.
Силовой транзистор был заменен на обычный (не составной) типа КТ 819 или КТ 817, с коэффициентом h21e не мене 80. Эти транзисторы показали лучшие результаты за счет меньшего, чем у составных, падения напряжения на участке коллектор- эмиттер и база - эмиттер.
Теперь назначении цепи D2- D4 и R9 и конденсатора С3.
Данная цепь вносит в характеристику регулятора нелинейность на низких температурах - на базе транзистора Т1 создается начальное смещение, не зависящее от температуры и регулировок в цепях операционного усилителя. Величина смещения и соответственно минимальное напряжение на вентиляторе определяются номиналом стабилитрона D4. Для большинства вентиляторов минимальное напряжение гарантированного запуска составляет от 4-до 6 вольт. Для более надежного старта (Boost Start) при пониженном напряжении например в случае ухудшения свойств втулки/подшипника в схему введен конденсатор С3. При включении компьютера через разряженный коденсатор С3 инверсный вход ОУ будет соединен с землей- следовательно на выходе устройства будет максимальное напряжение- вентилятор гарантированно стартует, затем по мере заряда С3 (2-3 сек) он перестает влиять на работу регулятора ( на самом деле слияние есть,- изменяется постоянная времени обратной связи). В приципе с3 не обязательный элемент схемы, просто можете попробовать оба варианта- оставите какой больше понравится/
Замерять напряжение запуска вентилятора очень просто- подключите Ваш вентилятор к блоку питания с регулируемым выходным напряжением и замерьте минимальное напряжение, при котором вентилятор стартует и после стопора крыльчатки гарантированно возобновляет вращение. Это и будет наше «стартовое» напряжение. Соответственно этому напряжению подбирается стабилитрон D4 из расчета:
U ном стаб.+ 0.8 V ≈ U стартовое
Или иначе говорян напряжение применяемого стабилитрона должно быть выше стартового минимум на 0,6 вольт, максимум на 1,2 вольт
Регулировочная характеристика регулятора имеет теперь следующий вид (напряжения и температуры на графике указаны примерные - для наглядности):
Рис 2 (график)

(кликните по картинке для увеличения)



Какие же преимущества нам дает такая характеристика?
Во - первых решается проблема «холодного старта» - многие современные материнские платы имеют мониторинг процессорного вентилятора и функцию отключения питания при остановке последнего. При низких температурах в помещении в момент включения компьютера напряжение на вентиляторе оказывалось слишком мало для его запуска, и срабатывала защита в БИОСе.
В этом случае приходилось функцию защиты в биосе отключать, что не лучшим образом сказывалось на безопасности эксплуатации компьютера.
Если же в старой схеме мы выставим начальное напряжение с запасом –для гарантированного запуска при любой температуре, то вентиляторы слишком рано выходят на максимальные обороты и даже в режиме простоя работают почти на максимуме – отсюда вытекает второй плюс предлагаемого варианта: диапазон регулировки оборотов используется максимально – от минимума оборотов в режиме простоя до максимума в режиме полной нагрузки.
Регулировка устройства:
Начальную проверку работоспособности устройства рекомендуется провести вне компьютера при запитке от отдельного блока питания на 12 вольт. Дальнейшая процедура настройки проводится уже в корпусе компьютера. Для удобства на время настройки советую подпаять два провода к контактам платы «+ Фан» и «Земля» и аккуратно вывести их из системника - на них будет удобно контролировать тестером напряжение питания кулера.

1.Терморезистор закрепляем на радиаторе процессора как можно ближе процессорному ядру. Применение термопасты и хороший прижим приветствуются.
Ползунки резисторов R3 и R7 в средних положениях, R5 введен (макс).
Включаем компьютер, даем прогреться системному блоку в режиме простоя около 30 минут, при этом напряжение на вентиляторе должно быть минимальным, (если обороты вентилятора возрастают - уменьшаем их поворотом резистора R3). После того, как температура стабилизируется, возвращаем R3 в среднее положение и медленным поворотом резистора R5 добиваемся минимального увеличения напряжения на вентиляторе.
По графику мы выставили положение точки А по оси Т.
2. R8 полностью вводим. Вращением резистора R3 выводим вентилятор на макс обороты.
Запускаем на 40-50 мин программу прогрева процессора- s&m например.
Возвращаем R3 в среднее положение и уменьшаем сопротивление R7 до тех пор, пока напряжение на вентиляторе не начнет уменьшаться, после чего аккуратно немного возвращаем ползунок R7 назад.
По графику это мы выставили положение точки B.
Для большего понимания процесса регулировки о назначении подстроечных резисторов: R3 регулирует смещение участка АВ по оси Т, R7 изменяет крутизну (наклон) участка АВ и R5 в основном регулирует положение точки А по оси Т. Основными органами регулировки являются таким образом, R3 и R7. R5 используется для предварительной подстройки и в последующем его трогать не рекомендуется.
В целом настройку регулятора можно считать законченной, но я рекомендую повторить подстройку для режима покоя (см. п1), только ничего предварительно вращать не нужно, подстраиваем только резистором R3 после стабилизации температуры, и режима полной нагрузки (см. п2) – аналогично только резистором R7.

И в заключение о возможной замене компонентов и подбору вентилятора:
Наиболее частый вопрос – тип терморезистора. Я применял терморезисторы с отрицательным Т.К.Е. ( сопротивление должно уменьшаться при повышении температуры). Номинал датчика может быть в диапазоне от 10 до 100 ком. Маркировка примененных мной (22 ком) следующая: KT5D 223E- A. Больше никаких данных, к сожалению, у меня нет. Я могу предположить, что цифры 223- это номинал, а буквы Е-А обозначают допуск и исполнение корпуса. Вы можете использовать терморезистор любого типа, удовлетворяющий следующим условиям: при изменении температуры от комнатной до 90-100ºC его сопротивление должно уменьшиться в 1,5-2 раза. От номинала терморезистора так же зависит суммарное сопротивление цепочки R2-R3( по новой схеме - рис1) - оно должно составлять примерно 1/3 от номинала терморезистора.
T1- любой кремниевый NPN транзистор с током коллектора не менее 1А и коэффициентом усиления h 21е от 50 и выше.
Стабилитроны - любые маломощные, D1 на 6.2 вольт D2- подбираем в зависимости от типа применяемого вентилятора(см выше.), диоды D2, D3 - любые импульсные, лучше шоттки- у них падение напряжения на переходе меньше.
Операционный усилитель - практически любой, способный работать при напряжении питания от 12 вольт и выше. Мной были опробованы OP 07 CP; Lm301A; CA3140; 544 УД 2; 140 УД 17А - все работали с одинаковым успехом.
Конденсаторы С1, С2, С4- керамические, С3 – электролитический на 16 вольт и выше.
Следует учесть и следующий момент- максимальное напряжение на выходе регулятора около 11 вольт под нагрузкой 0,3- 0,4 А , поэтому вентилятор для процессорного кулера советую выбрать с некоторым запасом по мощности и естественно малошумящий, если есть возможность - замените 80-ку на 92 мм через переходник.
Отличные результаты по шумности и производительности, например, показал комплект из 92 мм вентилятора и переходника на 80 мм Termaltake «Silent Cat».
Вариант печатной платы регулятора БЕЗ УСКОРЯЮЩЕГО КОНДЕНСАТОРА С3):
Надеюсь, данное дополнение и предыдущая статья помогут Вам в постройке тихого и холодного компьютера. Постараюсь ответить на все Ваши вопросы в ICQ 324765896, джаббере klim1@jabber.com.ua или по почте djemshut(гав-гав)yandex.ru


Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают