Controlador de velocidad del ventilador: tipos de dispositivo y reglas de conexión. Controlamos el refrigerador (control térmico de los ventiladores en la práctica) Un simple controlador de velocidad del ventilador de 12V
Este regulador se puede utilizar donde sea necesario. ajuste automático velocidad de rotación del ventilador, en concreto amplificadores, computadoras, fuentes de alimentación y otros dispositivos.
Diagrama del dispositivo
El voltaje creado por el divisor de voltaje R1 y R2 establece la velocidad de rotación inicial del ventilador (cuando el termistor está frío). Cuando la resistencia se calienta, su resistencia cae y el voltaje suministrado a la base del transistor Vt1 aumenta, seguido de un aumento en el voltaje en el emisor del transistor Vt2, por lo tanto, el voltaje que alimenta el ventilador y su velocidad de rotación aumentan.
Configurando el dispositivo
Algunos ventiladores pueden arrancar de manera inestable o no arrancar en absoluto cuando el voltaje de suministro es bajo, entonces es necesario seleccionar la resistencia de las resistencias R1 y R2. Normalmente los nuevos fans arrancan sin problemas. Para mejorar el arranque se puede incluir una cadena de una resistencia de 1 kOhm y un condensador electrolítico conectados en serie entre la alimentación + y la base de Vt1, en paralelo con el termistor. En este caso, mientras el condensador se está cargando, el ventilador funcionará a la velocidad máxima, y cuando el condensador esté cargado, la velocidad del ventilador disminuirá al valor establecido por el divisor R1 y R2. Esto es especialmente útil cuando se utilizan ventiladores antiguos. La capacitancia y resistencia indicadas son aproximadas; es posible que tengas que seleccionarlas durante la configuración.
Realizar cambios en el esquema
Aspecto del dispositivo
Vista desde el lado de la instalación
Lista de radioelementos
| Designación | Tipo | Denominación | Cantidad | Nota | Comercio | mi bloc de notas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | transistores bipolares | KT315B | 1 | al bloc de notas | ||
| VT2 | transistores bipolares | KT819A | 1 | al bloc de notas | ||
| R1 | Termistor MMT-4 | 10 kOhmios | 1 | Seleccionar al configurar | al bloc de notas | |
| R2 | Resistor | 12 kOhmios | 1 | SMD 1206 | al bloc de notas | |
| R3 | Resistor |
¡El control proporcional es la clave del silencio!
¿Cuál es la tarea a la que se enfrenta nuestro sistema de gestión? Sí, para que las hélices no giren en vano, para que la velocidad de rotación dependa de la temperatura. Cuanto más caliente esté el dispositivo, más rápido girará el ventilador. ¿Lógico? ¡Lógico! Lo resolveremos sobre eso.
Por supuesto, puedes molestarte con los microcontroladores, de alguna manera será aún más fácil, pero no es en absoluto necesario. En mi opinión, es más fácil crear un sistema de control analógico: no tendrá que preocuparse por programar en ensamblador.
Será más económico y más fácil de instalar y configurar y, lo más importante, cualquiera, si lo desea, podrá ampliar y desarrollar el sistema a su gusto, agregando canales y sensores. Todo lo que necesitas son unas pocas resistencias, un microcircuito y un sensor de temperatura. Bueno, también brazos rectos y algunas habilidades para soldar.
Vista superior del chal
Vista inferior
Compuesto:
- Resistencias de chip de tamaño 1206. O simplemente cómprelas en una tienda: el precio promedio de una resistencia es de 30 kopeks. Al final, nadie te impide modificar un poco la placa para que, en lugar del chip de resistencia, puedas soldar resistencias normales, con patas, y hay muchas en cualquier televisor de transistores antiguo.
- Resistencia variable multivuelta de aproximadamente 15 kOhm.
- También necesitará un condensador de chip de tamaño 1206 por 470 nf (0,47 uF)
- Cualquier conductor electrolítico con un voltaje de 16 voltios o más y una capacidad en la región de 10-100 µF.
- Los bloques de terminales de tornillo son opcionales; simplemente puede soldar los cables a la placa, pero instalé un bloque de terminales puramente por razones estéticas: el dispositivo debe verse sólido.
- Tomaremos un potente transistor MOSFET como elemento de potencia que controlará la fuente de alimentación del refrigerador. Por ejemplo, IRF630 o IRF530, a veces se puede arrancar de fuentes de alimentación antiguas de una computadora. Por supuesto, para una hélice diminuta su potencia es excesiva, pero nunca se sabe, ¿y si quieres meterle algo más potente?
- Mediremos la temperatura con un sensor de precisión LM335Z; no cuesta más de diez rublos y no escasea, y si es necesario, puedes reemplazarlo con algún tipo de termistor, ya que tampoco es infrecuente.
- La parte principal en la que se basa todo es un microcircuito que consta de cuatro amplificadores operacionales en un paquete: el LM324N es muy popular. Tiene un montón de análogos (LM124N, LM224N, 1401UD2A), lo principal es asegurarse de que esté en un paquete DIP (tan largo, con catorce patas, como en las imágenes).
Modo maravilloso - PWM
Generación de señal PWM
Para que el ventilador gire más lentamente, basta con reducir su voltaje. En el reobass más simple, esto se hace mediante una resistencia variable, que se coloca en serie con el motor. Como resultado, parte del voltaje caerá a través de la resistencia y, como resultado, llegará menos al motor: una disminución en la velocidad. ¿Dónde está el cabrón, no te das cuenta? Sí, la emboscada es que la energía liberada en la resistencia no se convierte en nada, sino en calor ordinario. ¿Necesita un calentador dentro de su computadora? ¡Obviamente no! Por lo tanto, iremos de una manera más astuta: usaremos modulación de ancho de pulso alias PWM o PWM. Suena aterrador, pero no temas, todo es sencillo. Piense en el motor como un carro enorme. Puedes empujarlo con el pie de forma continua, lo que equivale a una activación directa. Y puedes moverte con patadas, eso es lo que pasará. PWM. Cuanto más larga sea la patada, más acelerarás el carro.
En PWM Cuando se enciende el motor, no se trata de un voltaje constante, sino de pulsos rectangulares, como si se encendiera y apagara la alimentación, sólo que rápidamente, decenas de veces por segundo. Pero el motor tiene una fuerte inercia, así como la inductancia de los devanados, por lo que estos impulsos parecen estar resumidos entre sí, integrados. Aquellos. Cuanto mayor sea el área total bajo los pulsos por unidad de tiempo, mayor será el voltaje equivalente que llega al motor. Si aplicas impulsos estrechos, como agujas, el motor apenas gira, pero si aplicas impulsos amplios, prácticamente sin espacios, equivale a un encendido directo. Encenderemos y apagaremos el motor. MOSFET transistor, y el circuito generará los pulsos.
Sierra + recta = ?
Una señal de control tan astuta se obtiene de forma elemental. Para esto necesitamos comparador conducir la señal diente de sierra formas y compararél con cualquiera permanente tensión. Mira la foto. Digamos que nuestra sierra tiene una salida negativa. comparador, y el voltaje constante es positivo. El comparador suma estas dos señales, determina cuál es mayor y luego emite un veredicto: si el voltaje en la entrada negativa es mayor que el positivo, entonces la salida será cero voltios, y si el positivo es mayor que el negativo. , entonces la salida será la tensión de alimentación, es decir, unos 12 voltios. Nuestra sierra funciona continuamente, no cambia de forma con el tiempo, esta señal se llama señal de referencia.
Pero el voltaje de CC puede subir o bajar, aumentando o disminuyendo dependiendo de la temperatura del sensor. Cuanto mayor es la temperatura del sensor, más voltaje sale de él., lo que significa que el voltaje en la entrada constante aumenta y, en consecuencia, en la salida del comparador los pulsos se vuelven más anchos, lo que hace que el ventilador gire más rápido. Esto sucederá hasta que el voltaje constante corte la sierra, lo que hace que el motor encienda a máxima velocidad. Si la temperatura es baja, entonces el voltaje en la salida del sensor es bajo y la constante irá por debajo del diente más bajo de la sierra, lo que provocará el cese de cualquier impulso y el motor se detendrá por completo. Subido, ¿verdad? ;) Nada, es bueno que el cerebro funcione.
Matemáticas de temperatura
Regulación
Usamos como sensor. LM335Z. Esencialmente esto diodo termozener. El truco del diodo Zener es que sobre él cae una tensión estrictamente definida, como en una válvula limitadora. Bueno, con un diodo termozener este voltaje depende de la temperatura. Ud. LM335 La dependencia parece 10 mV * 1 grado Kelvin. Aquellos. el conteo se realiza desde el cero absoluto. Cero Celsius es igual a doscientos setenta y tres grados Kelvin. Esto significa que para obtener la salida de voltaje del sensor, digamos a más veinticinco grados Celsius, necesitamos sumar doscientos setenta y tres a veinticinco y multiplicar la cantidad resultante por diez milivoltios.
(25+273)*0,01 = 2,98V
A otras temperaturas, el voltaje no cambiará mucho, del mismo modo 10 milivoltios por grado. Esta es otra configuración:
El voltaje del sensor cambia ligeramente, en unas décimas de voltio, pero hay que compararlo con una sierra cuya altura de diente alcanza hasta diez voltios. Para obtener un componente constante directamente de un sensor para tal voltaje, es necesario calentarlo hasta mil grados, un desastre poco común. ¿Entonces como?
Dado que aún es poco probable que nuestra temperatura baje de los veinticinco grados, todo lo que está debajo no nos interesa, lo que significa que solo podemos aislar la parte superior, donde ocurren todos los cambios, del voltaje de salida del sensor. ¿Cómo? Sí, simplemente resta dos punto noventa y ocho voltios de la señal de salida. Y multiplica las migajas restantes por ganar, digamos treinta.
Obtenemos exactamente unos 10 voltios a cincuenta grados y hasta cero a temperaturas más bajas. Así, obtenemos una especie de "ventana" de temperatura de veinticinco a cincuenta grados, dentro de la cual funciona el regulador. Por debajo de veinticinco, el motor se apaga, por encima de cincuenta, se enciende directamente. Pues entre estos valores, la velocidad del ventilador es proporcional a la temperatura. El ancho de la ventana depende de la ganancia. Cuanto más grande es, más estrecha es la ventana, porque... Los 10 voltios límite, después de los cuales el componente de CC en el comparador será mayor que el de la sierra y el motor se encenderá directamente, ocurrirán antes.
Pero no usamos un microcontrolador ni una computadora, entonces, ¿cómo vamos a hacer todos estos cálculos? Y el mismo amplificador operacional. No en vano se le llama operativo; su finalidad original son las operaciones matemáticas. Todas las computadoras analógicas están construidas sobre ellos; máquinas asombrosas, por cierto.
Para restar un voltaje de otro, es necesario aplicarlos a diferentes entradas del amplificador operacional. El voltaje del sensor de temperatura se aplica a entrada positiva, y el voltaje que debe restarse, el voltaje de polarización, se aplica a negativo. Resulta que se resta uno del otro, y el resultado también se multiplica por un número enorme, casi hasta el infinito, obtenemos otro comparador.
Pero no necesitamos el infinito, ya que en este caso nuestra ventana de temperatura se estrecha a un punto en la escala de temperatura y tenemos un ventilador parado o que gira furiosamente, y no hay nada más molesto que el compresor de un refrigerador tipo pala que se enciende y apagado. Tampoco necesitamos un análogo de un refrigerador en una computadora. Por lo tanto, reduciremos la ganancia sumando a nuestro restador. comentarios.
La esencia comentario es conducir la señal desde la salida de regreso a la entrada. Si el voltaje de salida se resta de la entrada, entonces se trata de retroalimentación negativa, y si se suma, entonces es positiva. La retroalimentación positiva aumenta la ganancia, pero puede provocar la generación de señales (los mecánicos llaman a esto pérdida de estabilidad del sistema). Buen ejemplo La retroalimentación positiva con pérdida de estabilidad ocurre cuando enciende el micrófono y lo introduce en el altavoz, por lo general se escucha inmediatamente un aullido o silbido desagradable: esto es generación. Necesitamos reducir la ganancia de nuestro amplificador operacional a límites razonables, por lo que usaremos una conexión negativa y conduciremos la señal desde la salida a la entrada negativa.
La relación entre las resistencias de retroalimentación y la entrada nos dará una ganancia que afecta el ancho de la ventana de control. Pensé que treinta serían suficientes, pero puedes calcularlo según tus necesidades.
Sierra
Solo queda hacer una sierra, o mejor dicho, montar un generador de voltaje en forma de diente de sierra. Constará de dos opamps. El primero, debido a la retroalimentación positiva, está en modo generador, produciendo pulsos rectangulares, y el segundo sirve como integrador, convirtiendo estos rectángulos en forma de dientes de sierra.
El condensador de retroalimentación del segundo amplificador operacional determina la frecuencia de los pulsos. Cuanto menor sea la capacitancia, mayor será la frecuencia y viceversa. Generalmente en PWM Cuanta más generación mejor. Pero hay un problema: si la frecuencia cae dentro del rango audible (20 a 20.000 Hz), entonces el motor chirriará desagradablemente con esa frecuencia. PWM, lo que está claramente en desacuerdo con nuestro concepto de computadora silenciosa.
Pero no pude alcanzar una frecuencia de más de quince kilohercios con este circuito; sonaba asqueroso. Tuve que ir en sentido contrario y llevar la frecuencia al rango más bajo, alrededor de veinte hercios. El motor empezó a vibrar un poco, pero no es audible y sólo se puede sentir con los dedos.
Esquema.
Ok, hemos ordenado los bloques, es hora de mirar el diagrama. Creo que la mayoría ya ha adivinado qué es qué. Pero lo explicaré de todos modos, para mayor claridad. Las líneas de puntos en el diagrama indican bloques funcionales.
Bloque #1
Este es un generador de sierra. Las resistencias R1 y R2 forman un divisor de voltaje para suministrar la mitad del suministro al generador, en principio, pueden ser de cualquier valor, lo principal es que tienen la misma resistencia y no muy alta, dentro de los cien kiloohmios. La resistencia R3 combinada con el condensador C1 determina la frecuencia; cuanto más bajos sean sus valores, mayor será la frecuencia, pero repito nuevamente que no pude llevar el circuito más allá del rango de audio, así que es mejor dejarlo como está. R4 y R5 son resistencias de retroalimentación positiva. También afectan la altura de la sierra con respecto a cero. En este caso, los parámetros son óptimos, pero si no encuentras los mismos, puedes tomar aproximadamente más o menos un kiloohmio. Lo principal es mantener una proporción entre sus resistencias de aproximadamente 1:2. Si reduce significativamente R4, también tendrá que reducir R5.
Bloque #2
Este es un bloque de comparación, donde los pulsos PWM se generan a partir de una sierra y un voltaje constante.
Bloque #3
Este es exactamente el circuito adecuado para calcular la temperatura. Voltaje del sensor de temperatura VD1 se aplica a la entrada positiva y la entrada negativa recibe un voltaje de polarización desde el divisor hasta R7. Girar la perilla de resistencia del recortador R7 puede mover la ventana de control hacia arriba o hacia abajo en la escala de temperatura.
Resistor R8 tal vez en el rango de 5-10 kOhm, más no es deseable, también es posible menos: el sensor de temperatura puede quemarse. Resistencias R10 Y R11 deben ser iguales entre sí. Resistencias R9 Y R12 también deben ser iguales entre sí. Clasificación de resistencia R9 Y R10 En principio, puede ser cualquier cosa, pero hay que tener en cuenta que el factor de ganancia, que determina el ancho de la ventana de control, depende de su relación. Ku = R9/R10 En base a esta relación, puedes elegir denominaciones, lo principal es que no sea menos de un kiloohmio. El coeficiente óptimo, en mi opinión, es 30, que está garantizado por resistencias de 1kOhm y 30kOhm.
Instalación
placa de circuito impreso
El dispositivo está hecho de una placa de circuito impreso para que sea lo más compacto y ordenado posible. El dibujo de la placa de circuito impreso en forma de archivo de diseño se publica allí mismo en el sitio web, el programa Diseño de Sprint 5.1 para ver y modelar placas de circuito impreso se puede descargar desde aquí
La placa de circuito impreso en sí se fabrica una o dos veces utilizando tecnología de hierro láser.
Cuando todas las piezas estén ensambladas y el tablero esté grabado, puede comenzar a ensamblar. Las resistencias y los condensadores se pueden soldar sin peligro, ya que Casi no tienen miedo de sobrecalentarse. Se debe tener especial cuidado con MOSFET transistor.
El caso es que le tiene miedo a la electricidad estática. Por eso, antes de sacarlo del papel de aluminio en el que deberás envolverlo en la tienda, te recomiendo quitarte la ropa sintética y tocar con la mano el radiador o grifo expuesto de la cocina. El microcasco puede sobrecalentarse, por lo que cuando lo suelde, no sujete el soldador por las patas durante más de un par de segundos. Bueno, finalmente daré consejos sobre resistencias, o más bien sobre sus marcas. ¿Ves los números en su espalda? Entonces esta es la resistencia en ohmios, y el último dígito indica el número de ceros después. Por ejemplo 103
Este 10
Y 000
eso es 10 000
Ohmios o 10 kOhmios.
La actualización es un asunto delicado.
Si, por ejemplo, desea agregar un segundo sensor para controlar otro ventilador, entonces no es necesario instalar un segundo generador, simplemente agregue un segundo comparador y un circuito de cálculo, y alimente la sierra desde la misma fuente. Para hacer esto, por supuesto, tendrás que volver a dibujar el diseño de la placa de circuito impreso, pero no creo que te resulte demasiado difícil.
Actuación computadora moderna se logra a un precio bastante alto: la fuente de alimentación, el procesador y la tarjeta de video a menudo requieren una refrigeración intensiva. Los sistemas de refrigeración especializados son caros, por lo que computador de casa Por lo general, se instalan varios ventiladores y refrigeradores (radiadores con ventiladores adjuntos).
El resultado es un sistema de refrigeración eficaz y económico, pero a menudo ruidoso. Para reducir los niveles de ruido (mientras se mantiene la eficiencia), se necesita un sistema de control de velocidad del ventilador. No se considerarán varios sistemas de refrigeración exóticos. Es necesario considerar los sistemas de refrigeración por aire más habituales.
Para reducir el ruido del ventilador sin reducir la eficiencia de enfriamiento, es recomendable seguir los siguientes principios:
- Los ventiladores de gran diámetro funcionan de manera más eficiente que los pequeños.
- La máxima eficiencia de enfriamiento se observa en refrigeradores con tubos de calor.
- Se prefieren los ventiladores de cuatro clavijas a los de tres clavijas.
Sólo puede haber dos razones principales para el ruido excesivo del ventilador:
- Mala lubricación de los rodamientos. Eliminado mediante limpieza y lubricante nuevo.
- El motor gira demasiado rápido. Si es posible reducir esta velocidad manteniendo nivel permitido intensidad de enfriamiento, entonces esto debe hacerse. A continuación se analizan las formas más accesibles y económicas de controlar la velocidad de rotación.
Métodos para controlar la velocidad del ventilador.
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Primer método: cambiar la función BIOS que regula el funcionamiento del ventilador
Las funciones Q-Fan control, Smart fan control, etc., soportadas por algunas placas base, aumentan la velocidad del ventilador cuando aumenta la carga y disminuyen cuando baja. Debe prestar atención al método de control de la velocidad del ventilador utilizando el ejemplo del control Q-Fan. Es necesario realizar la siguiente secuencia de acciones:
- Ingrese al BIOS. La mayoría de las veces, para hacer esto, debe presionar la tecla "Eliminar" antes de iniciar la computadora. Si antes de iniciar en la parte inferior de la pantalla, en lugar de "Presione Del para ingresar a la configuración", se le solicita que presione otra tecla, hágalo.
- Abra la sección "Energía".
- Vaya a la línea "Monitor de hardware".
- Cambie el valor de las funciones de control Q-Fan de la CPU y control Q-Fan del chasis en el lado derecho de la pantalla a "Activado".
- En las líneas de perfil de ventilador de chasis y CPU que aparecen, seleccione uno de los tres niveles de rendimiento: mejorado (Perfomans), silencioso (silencioso) y óptimo (óptimo).
- Presione la tecla F10 para guardar la configuración seleccionada.
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Segundo método: control de velocidad del ventilador mediante método de conmutación
Figura 1. Distribución de tensiones en los contactos.
Para la mayoría de los ventiladores, el voltaje nominal es de 12 V. A medida que este voltaje disminuye, el número de revoluciones por unidad de tiempo disminuye: el ventilador gira más lentamente y hace menos ruido. Puede aprovechar esta circunstancia cambiando el ventilador a varios voltajes utilizando un conector Molex normal.
La distribución de voltaje en los contactos de este conector se muestra en la Fig. 1a. Resulta que de él se pueden tomar tres valores de voltaje diferentes: 5 V, 7 V y 12 V.
Para garantizar este método de cambiar la velocidad del ventilador, necesita:
- Abra la caja de la computadora desenergizada y retire el conector del ventilador de su zócalo. Es más fácil desoldar los cables que van al ventilador de la fuente de alimentación desde la placa o simplemente cortarlos.
- Con una aguja o un punzón, suelte las patas correspondientes (la mayoría de las veces el cable rojo es positivo y el cable negro es negativo) del conector.
- Conecte los cables del ventilador a los contactos del conector Molex al voltaje requerido (ver Fig. 1b).
Un motor con una velocidad de rotación nominal de 2000 rpm a un voltaje de 7 V producirá 1300 rpm por minuto y a un voltaje de 5 V - 900 rpm. Un motor con una potencia nominal de 3500 rpm: 2200 y 1600 rpm, respectivamente.
Figura 2. Esquema de conexión en serie de dos ventiladores idénticos.
Un caso especial de este método es la conexión en serie de dos ventiladores idénticos con conectores de tres pines. Cada uno lleva la mitad del voltaje de funcionamiento y ambos giran más lento y hacen menos ruido.
El diagrama de dicha conexión se muestra en la Fig. 2. El conector del ventilador izquierdo se conecta a la placa base como de costumbre.
Se instala un puente en el conector derecho, que se fija con cinta aislante o cinta adhesiva.
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Tercer método: ajustar la velocidad del ventilador cambiando la corriente de suministro
Para limitar la velocidad de rotación del ventilador, puede conectar resistencias permanentes o variables en serie a su circuito de alimentación. Estos últimos también le permiten cambiar suavemente la velocidad de rotación. Al elegir un diseño de este tipo, no debemos olvidarnos de sus desventajas:
- Las resistencias se calientan, desperdiciando electricidad y contribuyendo al proceso de calentamiento de toda la estructura.
- Características del motor eléctrico en varios modos pueden ser muy diferentes, cada uno de ellos requiere resistencias con diferentes parámetros.
- La disipación de potencia de las resistencias debe ser lo suficientemente grande.
Figura 3. Circuito electrónico para control de velocidad.
Es más racional aplicar circuito electrónico ajuste de velocidad. Su versión simple se muestra en la Fig. 3. Este circuito es un estabilizador con la capacidad de ajustar el voltaje de salida. Se suministra un voltaje de 12 V a la entrada del microcircuito DA1 (KR142EN5A). Se suministra una señal de su propia salida a la salida amplificada de 8 mediante el transistor VT1. El nivel de esta señal se puede ajustar con la resistencia variable R2. Es mejor utilizar una resistencia de sintonización como R1.
Si la corriente de carga no supera los 0,2 A (un ventilador), el microcircuito KR142EN5A se puede utilizar sin disipador de calor. Si está presente, la corriente de salida puede alcanzar un valor de 3 A. En la entrada del circuito, es recomendable encender condensador cerámico recipiente pequeño.
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Cuarto método: ajustar la velocidad del ventilador usando rheobass
Reobas - dispositivo electronico, lo que le permite cambiar suavemente el voltaje suministrado a los ventiladores.
Como resultado, la velocidad de su rotación cambia suavemente. La forma más sencilla es comprar un reobass ya preparado. Generalmente se inserta en una bahía de 5,25". Quizás sólo haya un inconveniente: el dispositivo es caro.
Los dispositivos descritos en el apartado anterior son en realidad reobass, lo que permite únicamente el control manual. Además, si se utiliza una resistencia como regulador, es posible que el motor no arranque, ya que la cantidad de corriente en el momento del arranque es limitada. Idealmente, un reobass completo debería proporcionar:
- Arranque ininterrumpido del motor.
- Control de velocidad del rotor no sólo manualmente, sino también modo automatico. A medida que aumenta la temperatura del dispositivo enfriado, la velocidad de rotación debería aumentar y viceversa.
Un esquema relativamente simple que cumple estas condiciones se muestra en la Fig. 4. Teniendo las habilidades adecuadas, es posible hacerlo tú mismo.
El voltaje de suministro del ventilador se cambia en modo de pulso. La conmutación se realiza mediante potentes transistores de efecto de campo, la resistencia de los canales en estado abierto es cercana a cero. Por tanto, el arranque de los motores se produce sin dificultad. La velocidad de rotación más alta tampoco estará limitada.
El esquema propuesto funciona así: en el momento inicial, el enfriador que enfría el procesador funciona a una velocidad mínima y, cuando se calienta a una determinada temperatura máxima permitida, cambia al modo de enfriamiento máximo. Cuando la temperatura del procesador baja, el reobass vuelve a cambiar el refrigerador a la velocidad mínima. Los ventiladores restantes admiten el modo de configuración manual.
Figura 4. Diagrama de ajuste mediante rheobass.
La base de la unidad que controla el funcionamiento de los ventiladores de la computadora es el temporizador integrado DA3 y el transistor de efecto de campo VT3. Sobre la base de un temporizador se ensambla un generador de impulsos con una frecuencia de repetición de impulsos de 10-15 Hz. El ciclo de trabajo de estos pulsos se puede cambiar usando la resistencia de sintonización R5, que forma parte de la cadena RC de sincronización R5-C2. Gracias a esto, puede cambiar suavemente la velocidad de rotación del ventilador manteniendo el valor actual requerido en el momento del arranque.
El condensador C6 suaviza los pulsos, haciendo que los rotores del motor giren más suavemente sin hacer clics. Estos ventiladores están conectados a la salida XP2.
La base de una unidad de control de enfriador de procesador similar es el microcircuito DA2 y el transistor de efecto de campo VT2. La única diferencia es que cuando aparece voltaje en la salida del amplificador operacional DA1, gracias a los diodos VD5 y VD6, se superpone al voltaje de salida del temporizador DA2. Como resultado, VT2 se abre completamente y el ventilador del refrigerador comienza a girar lo más rápido posible.
Gestión del refrigerador (control térmico de los ventiladores en la práctica)
Para aquellos que usan una computadora todos los días (y especialmente todas las noches), la idea de Silent PC está muy cerca de su corazón. Muchas publicaciones están dedicadas a este tema, pero hoy el problema del ruido producido por una computadora está lejos de estar resuelto. Una de las principales fuentes de ruido en una computadora es el refrigerador del procesador.
Cuando utilice software de refrigeración como CpuIdle, Waterfall y otros, o cuando trabaje en sistemas operativos Windows NT/2000/XP y Windows 98SE, la temperatura promedio del procesador en modo inactivo cae significativamente. Sin embargo, el ventilador del refrigerador no lo sabe y continúa trabajando a toda potencia con el máximo nivel de ruido. Por supuesto que hay utilidades especiales(SpeedFan, por ejemplo), que puede controlar la velocidad del ventilador. Sin embargo, estos programas no funcionan en todas las placas base. Pero incluso si funcionan, se puede decir que no son muy inteligentes. Así, cuando el ordenador arranca, incluso con un procesador relativamente frío, el ventilador funciona a su máxima velocidad.
La salida a esta situación es realmente simple: para controlar la velocidad del impulsor del ventilador, se puede construir un regulador analógico con un sensor de temperatura separado conectado al radiador del refrigerador. En general, existen innumerables soluciones de circuitos para este tipo de termostatos. Pero los dos esquemas de control térmico más simples merecen nuestra atención, de los que nos ocuparemos ahora.
Descripción
Si el enfriador no tiene salida de tacómetro (o esta salida simplemente no se usa), puede construir el más diagrama simple, que contiene un número mínimo de piezas (Fig. 1).
Arroz. 1. Diagrama esquemático primera versión del termostato
Desde la época de los "cuatro", se utiliza un regulador ensamblado según este esquema. Está construido sobre la base del chip comparador LM311 ( análogo doméstico- KR554CA3). A pesar de que se utiliza un comparador, el regulador proporciona una regulación lineal en lugar de conmutación. Puede surgir una pregunta razonable: "¿Cómo es posible que se utilice un comparador para la regulación lineal y no un amplificador operacional?" Bueno, hay varias razones para esto. En primer lugar, este comparador tiene una salida de colector abierto relativamente potente, que le permite conectarle un ventilador sin transistores adicionales. En segundo lugar, debido al hecho de que la etapa de entrada está construida sobre transistores pnp, que están conectados en un circuito con un colector común, incluso con una alimentación unipolar es posible trabajar con voltajes de entrada bajos, ubicados casi en el potencial de tierra. Por lo tanto, cuando se utiliza un diodo como sensor de temperatura, es necesario operar con potenciales de entrada de solo 0,7 V, lo que la mayoría de los amplificadores operacionales no permiten. En tercer lugar, cualquier comparador puede quedar cubierto por comentarios negativos, entonces funcionará como lo hacen ellos. amplificadores operacionales(por cierto, esta es exactamente la inclusión utilizada).
Los diodos se utilizan a menudo como sensores de temperatura. Ud. diodo de silicio Unión PN tiene un coeficiente de temperatura de voltaje de aproximadamente -2,3 mV/°C y una caída de voltaje directo de aproximadamente 0,7 V. La mayoría de los diodos tienen una carcasa que es completamente inadecuada para montarlos en un radiador. Al mismo tiempo, algunos transistores están especialmente adaptados para ello. Algunos de estos son transistores domésticos KT814 y KT815. Si un transistor de este tipo se atornilla a un radiador, el colector del transistor estará conectado eléctricamente a él. Para evitar problemas, en el circuito donde se utiliza este transistor, el colector debe estar conectado a tierra. En base a esto, nuestro sensor de temperatura necesita un transistor pnp, por ejemplo, KT814.
Por supuesto, puede utilizar simplemente una de las uniones del transistor como diodo. Pero aquí podemos ser inteligentes y hacer algo más astuto :) El hecho es que el coeficiente de temperatura del diodo es relativamente bajo y medir pequeños cambios de voltaje es bastante difícil. Aquí interfieren el ruido, las interferencias y la inestabilidad de la tensión de alimentación. Por lo tanto, para aumentar el coeficiente de temperatura de un sensor de temperatura, a menudo se utiliza una cadena de diodos conectados en serie. Para tal cadena, el coeficiente de temperatura y la caída de tensión directa aumentan en proporción al número de diodos conectados. ¡Pero no tenemos un diodo, sino un transistor completo! De hecho, añadiendo sólo dos resistencias, se puede construir una red de dos terminales en un transistor, cuyo comportamiento será equivalente al comportamiento de una cadena de diodos. Esto es lo que se hace en el termostato descrito.
El coeficiente de temperatura de dicho sensor está determinado por la relación de las resistencias R2 y R3 y es igual a T cvd *(R3/R2+1), donde T cvd es el coeficiente de temperatura de una unión p-n. Es imposible aumentar la relación de resistencia indefinidamente, ya que junto con el coeficiente de temperatura también aumenta la caída de voltaje directo, que puede alcanzar fácilmente el voltaje de suministro, y luego el circuito ya no funcionará. En el regulador descrito, el coeficiente de temperatura se selecciona para que sea aproximadamente -20 mV/°C, mientras que la caída de tensión directa es de aproximadamente 6 V.
El sensor de temperatura VT1R2R3 está incluido en el puente de medición, que está formado por las resistencias R1, R4, R5, R6. El puente está alimentado por un estabilizador de voltaje paramétrico VD1R7. La necesidad de utilizar un estabilizador se debe al hecho de que la tensión de alimentación de +12 V dentro de la computadora es bastante inestable (en una fuente de alimentación conmutada, solo se realiza la estabilización grupal de los niveles de salida +5 V y +12 V).
La tensión de desequilibrio del puente de medición se aplica a las entradas del comparador, que se utiliza en modo lineal debido a la acción de la retroalimentación negativa. La resistencia de ajuste R5 le permite cambiar la característica de ajuste y cambiar el valor de la resistencia de retroalimentación R8 le permite cambiar su pendiente. Los condensadores C1 y C2 garantizan la estabilidad del regulador.
El regulador está montado en tablero de circuitos, que es un trozo de lámina de fibra de vidrio de un lado (Fig. 2).
Arroz. 2. Diagrama de instalación de la primera versión del termostato.
Para reducir el tamaño de la placa, es recomendable utilizar elementos SMD. Aunque, en principio, puedes arreglártelas con elementos habituales. La placa se fija al radiador más frío mediante un tornillo que fija el transistor VT1. Para ello conviene hacer un agujero en el radiador, en el que es recomendable cortar una rosca M3. Como último recurso, puedes utilizar un tornillo y una tuerca. Al elegir un lugar en el radiador para fijar la placa, debe cuidar la accesibilidad de la resistencia de recorte cuando el radiador está dentro de la computadora. De esta manera, puede colocar la placa solo en radiadores de diseño "clásico", pero colocarla en radiadores cilíndricos (por ejemplo, como Orbs) puede causar problemas. Sólo el transistor del sensor de temperatura debe tener un buen contacto térmico con el radiador. Por tanto, si toda la placa no cabe en el radiador, puedes limitarte a instalarle un transistor, que en este caso se conecta a la placa mediante cables. El tablero en sí se puede colocar en cualquier lugar conveniente. No es difícil fijar el transistor al radiador; incluso puedes simplemente insertarlo entre las aletas, asegurando el contacto térmico con pasta termoconductora. Otro método de fijación es utilizar pegamento con buena conductividad térmica.
Al instalar un transistor sensor de temperatura en un radiador, este último se conecta a tierra. Pero en la práctica esto no causa dificultades especiales, al menos en sistemas con procesadores Celeron y PentiumIII (la parte de su cristal en contacto con el disipador no tiene conductividad eléctrica).
Eléctricamente, la placa está conectada a los cables del ventilador. Si lo desea, incluso puede instalar conectores para no cortar los cables. Un circuito correctamente ensamblado prácticamente no requiere ningún ajuste: solo necesita usar la resistencia de recorte R5 para configurar la velocidad de rotación requerida del impulsor del ventilador correspondiente a la temperatura actual. En la práctica, cada ventilador específico tiene una tensión de alimentación mínima a la que el impulsor comienza a girar. Al ajustar el regulador, puede lograr la rotación del ventilador a la velocidad más baja posible a una temperatura del radiador, por ejemplo, cercana a la temperatura ambiente. Sin embargo, dado que la resistencia térmica de diferentes disipadores de calor varía mucho, pueden ser necesarios ajustes en la pendiente de control. La pendiente de la característica está determinada por el valor de la resistencia R8. El valor de la resistencia puede oscilar entre 100 K y 1 M. Cuanto mayor sea este valor, menor será la temperatura del radiador y el ventilador alcanzará la velocidad máxima. En la práctica, muy a menudo la carga del procesador es sólo de un pequeño porcentaje. Esto se observa, por ejemplo, cuando se trabaja en editores de texto. Cuando se utiliza un enfriador de software en esos momentos, el ventilador puede funcionar a una velocidad significativamente reducida. Esto es exactamente lo que debería proporcionar el regulador. Sin embargo, a medida que aumenta la carga del procesador, su temperatura aumenta y el regulador debe aumentar gradualmente el voltaje de suministro del ventilador al máximo, evitando que el procesador se sobrecaliente. La temperatura del radiador cuando se alcanza la velocidad máxima del ventilador no debe ser muy alta. Es difícil dar recomendaciones específicas, pero al menos esta temperatura debería "retrasarse" entre 5 y 10 grados con respecto a la temperatura crítica, cuando la estabilidad del sistema ya está comprometida.
Sí, una cosa más. Es recomendable encender primero el circuito desde alguna fuente de alimentación externa. De lo contrario, si hay un cortocircuito en el circuito, conecte el circuito al conector tarjeta madre puede causar daños.
Ahora la segunda versión del esquema. Si el ventilador está equipado con un tacómetro, ya no es posible conectar el transistor de control al cable de tierra del ventilador. Por lo tanto, el transistor comparador interno no es adecuado aquí. En este caso, se requiere un transistor adicional que regulará el circuito del ventilador de +12 V. En principio, era posible simplemente modificar ligeramente el circuito en el comparador, pero para variar, se hizo un circuito ensamblado con transistores, que resultó tener un volumen aún menor (Fig. 3).
Arroz. 3. Diagrama esquemático de la segunda versión del termostato.
Como toda la placa colocada sobre el radiador se calienta, es posible predecir el comportamiento circuito de transistores bastante difícil. Por lo tanto, fue necesario un modelado preliminar del circuito utilizando el paquete PSpice. El resultado de la simulación se muestra en la Fig. 4.
Arroz. 4. Resultado de la simulación del circuito en el paquete PSpice.
Como se puede ver en la figura, el voltaje de suministro del ventilador aumenta linealmente de 4 V a 25 °C a 12 V a 58 °C. Este comportamiento del controlador, en general, cumple con nuestros requisitos, y en este punto se completó la etapa de modelado.
Los diagramas esquemáticos de estas dos opciones de termostatos tienen mucho en común. En particular, el sensor de temperatura y el puente de medición son completamente idénticos. La única diferencia es el amplificador de voltaje de desequilibrio del puente. En la segunda opción, este voltaje se suministra a la cascada a través del transistor VT2. La base del transistor es la entrada inversora del amplificador y el emisor es la entrada no inversora. Luego, la señal pasa a la segunda etapa del amplificador en el transistor VT3, luego a la etapa de salida en el transistor VT4. La finalidad de los contenedores es la misma que en la primera opción. Bueno, el diagrama de cableado del regulador se muestra en la Fig. 5.
Arroz. 5. Diagrama de instalación de la segunda versión del termostato.
El diseño es similar a la primera opción, excepto que el tablero es un poco más pequeño. El circuito puede utilizar elementos ordinarios (no SMD) y cualquier transistor de baja potencia, ya que la corriente consumida por los ventiladores no suele superar los 100 mA. Observo que este circuito también se puede utilizar para controlar ventiladores con un gran consumo de corriente, pero en este caso es necesario sustituir el transistor VT4 por uno más potente. En cuanto a la salida del tacómetro, la señal del tacogenerador TG pasa directamente por la placa reguladora y va al conector de la placa base. El método para configurar la segunda versión del regulador no es diferente del método dado para la primera opción. Sólo en esta opción el ajuste se realiza mediante la resistencia de recorte R7 y la pendiente de la característica se establece mediante el valor de la resistencia R12.
conclusiones
Uso práctico de un termostato (junto con software refrigeración) ha demostrado su alta eficiencia en términos de reducción del ruido producido por el refrigerador. Sin embargo, el propio refrigerador debe ser bastante eficiente. Por ejemplo, en un sistema con un procesador Celeron566 funcionando a 850 MHz, refrigerador de caja ya no proporcionaba suficiente eficiencia de enfriamiento, por lo que incluso con una carga promedio del procesador, el regulador elevó el voltaje de suministro del refrigerador al valor máximo. La situación se corrigió tras sustituir el ventilador por uno más eficiente, con un mayor diámetro de aspas. Ahora el ventilador alcanza la velocidad máxima solo cuando el procesador funciona durante mucho tiempo con casi el 100% de carga.
Actualmente se instalan ventiladores de refrigeración en muchos electrodomésticos, ya sean computadoras, sistemas estéreo, cines en casa. Hacen bien su trabajo, enfrían los elementos calefactores, pero al mismo tiempo emiten un ruido desgarrador y muy molesto. Esto es especialmente crítico en centros de musica y cines en casa, porque el ruido del ventilador puede interferir con el disfrute de su música favorita. Los fabricantes suelen ahorrar dinero y conectan los ventiladores de refrigeración directamente a la fuente de alimentación, lo que hace que siempre giren a la máxima velocidad, independientemente de si se requiere refrigeración en este momento, O no. Puede resolver este problema de forma muy sencilla: incorpore su propio controlador automático de velocidad del refrigerador. Controlará la temperatura del radiador y solo activará el enfriamiento si es necesario, y si la temperatura continúa aumentando, el regulador aumentará la velocidad del enfriador hasta el máximo. Además de reducir el ruido, un dispositivo de este tipo aumentará significativamente la vida útil del ventilador. También se puede utilizar, por ejemplo, para crear potentes amplificadores, fuentes de alimentación u otros dispositivos electrónicos caseros.
Esquema
El circuito es extremadamente simple y contiene solo dos transistores, un par de resistencias y un termistor, pero aun así funciona muy bien. M1 en el diagrama es un ventilador cuya velocidad será regulada. El circuito está diseñado para utilizar refrigeradores estándar de 12 voltios. VT1 – no suficiente poderoso npn transistor, por ejemplo, KT3102B, BC547B, KT315B. Aquí es recomendable utilizar transistores con una ganancia de 300 o más. VT2 es un potente transistor npn; es el que enciende el ventilador. Puede utilizar KT819, KT829 domésticos económicos; nuevamente, es recomendable elegir un transistor con una alta ganancia. R1 es un termistor (también llamado termistor), un enlace clave en el circuito. Cambia su resistencia dependiendo de la temperatura. Aquí es adecuado cualquier termistor NTC con una resistencia de 10-200 kOhm, por ejemplo, el MMT-4 doméstico. El valor de la resistencia de sintonización R2 depende de la elección del termistor; debe ser entre 1,5 y 2 veces mayor. Esta resistencia establece el umbral para encender el ventilador.
Fabricación del regulador.
El circuito se puede montar fácilmente mediante instalación mural o se puede fabricar placa de circuito impreso, como lo hice. Para conectar los cables de alimentación y el ventilador en sí, se proporcionan bloques de terminales en la placa, y el termistor sale a través de un par de cables y se conecta al radiador. Para una mayor conductividad térmica, debe fijarlo con pasta térmica. El tablero está realizado mediante el método LUT; a continuación se muestran varias fotografías del proceso.
Descarga el tablero:
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Después de hacer la placa, se sueldan piezas, como de costumbre, primero pequeñas y luego grandes. Vale la pena prestar atención al pinout de los transistores para poder soldarlos correctamente. Después de completar el montaje, se debe lavar el tablero de los residuos de fundente, se deben anillar las pistas y se debe asegurar la instalación correctamente.
