Регулятор скорости вращения вентилятора

Снижение шумов системного блока заметно облегчает работу оператора персонального компьютера. Утомление приводит к сокращению времени продуктивной работы и увеличению количества ошибок. Одними из источников шума являются вентиляторы. При использовании системного блока в течении двух-трех лет шум становится заметнее из-за износа вентиляторов. Со временем увеличивается риск остановки вентилятора, что приведет к перегреву охлаждаемого устройства, входящего в состав персонального компьютера.

К отрицательным свойствам охлаждения с помощью вентиляторов относится увеличение потребления электроэнергии увеличивающее нагрузку на блок питания. Экономия расхода электроэнергии, потребляемой вентилятором, особенно важна для ноутбуков работающих от батареи. Для снижения недостатков применения вентиляторов разработан регулятор, работа и самостоятельное изготовление которого изложено в этой статье.

При включении компьютера на несколько минут регулятор вращения позволяет исключить работу вентилятора. Также регулятор позволяет уменьшить шум, особенно в холодное время года, увеличить срок службы вентиляторов и уменьшить потребление электроэнергии. В момент включения компьютера блок питания испытывает максимальную перегрузку, вызванную зарядкой конденсаторов и многими другими причинами.

Исключить ложное срабатывание защиты и увеличить срок службы блока питания позволит поочередное подключение нагрузок к блоку питания после включения в сеть 220 вольт. Одной из нагрузок являются вентиляторы. Включение их через некоторое время после других устройств, входящих в состав персонального компьютера, позволяет снизить ударную перегрузку блока питания. Простое схемное решение регулятора требует мало времени на сборку. Схема позволяет управлять одним или несколькими вентиляторами одновременно.

Работа регулятора

Параметры:

  • Напряжение питания…………………………12 В
  • Температура включения вентилятора ……36 ºС +/-5 ºС

Структурная схема регулятора скорости вращения вентилятора

При включении системного блока персонального компьютера температура охлаждаемого объекта равна температуре воздуха. При температуре ниже 36 ºС вентилятор отключен от питания. При нагреве терморезистора RK1 до температуры около 36 ºС вентилятор подключается к питанию. Если компьютер выключался на короткое время после длительной работы, то температура охлаждаемого объекта выше 36 ºС и вентилятор включится сразу после подачи питания на регулятор, напряжение на вентиляторе будет пропорционально температуре датчика RK2.

По прошествии некоторого времени температура охлаждаемого объекта увеличивается и одновременно изменяется сопротивление терморезисторов RK1 и RK2. Если охлаждение будет достаточно эффективным, то температура охлаждаемого объекта и датчиков температуры снизится, и вентилятор будет отключен от питания. При недостаточном охлаждении температура возрастет, изменится сопротивление терморезистора RK2, что вызовет увеличение напряжения на вентиляторе пропорциональное температуре. Увеличиться воздушный поток, направленный на охлаждаемый объект.

Электрическая схема вместе с вентилятором образуют регулятор температуры охлаждаемого объекта. Регулятор состоит из двух звеньев: релейного непрямого действия и непрерывного прямого действия. В состав звена релейного действия входит симистор VS1. Каждое звено воспринимает сигнал от своего чувствительного элемента – терморезистора.

Электрическая схема

Схема подключается к напряжению питания 12 вольт с помощью разъема XS2. Ток потребляемый вентилятором проходит по цепи контакт 1 розетки XS2, контакты 2 розетки XS1 и вилки XP1, терморезистор RK2, контакты 1 вилки XS1 и розетки XP1, вентилятор М1 и симистор VS1. Вентилятор подключается к питанию при открывании симистора. Для открывания симистора величина напряжения на управляющем электроде должна быть около 0,7 вольт. Напряжение на управляющем электроде зависит от сопротивлений R1, R2, RK1 и RK3. Резистор R1 и терморезисторы RK1 и RK3 соединены по схеме параллельного включения.

Электрическая схема регулятора скорости вращения вентилятора

Напряжение на управляющем электроде симистора определяет делитель, состоящий из сопротивления резистора R2 и сопротивления параллельно включенных R1, RK1, RK3. При уменьшении сопротивления терморезисторов RK1 и RK3 напряжение на управляющем электроде увеличивается и симистор открывается. В течении трех-пяти секунд ток питания вентилятора течет не только через терморезистор RK2, но и через конденсатор С1.

После открывания симистора происходит заряд конденсатора, в первый момент времени через конденсатор течет максимальный ток и напряжение на вентиляторе близко к напряжению питания схемы. Конденсатор заряжается током, текущим через вентилятор с течением времени ток текущий заряжающийся конденсатор уменьшается. Ток вентилятора становится пропорционален сопротивлению терморезистора RK2. Увеличенное напряжение питания вентилятора при включении необходимо для уверенного запуска вентилятора.

Вентилятор, отработавший некоторое время “не раскручивается” при пониженном напряжении. При увеличении температуры сопротивление терморезистора RK2 уменьшается, обороты вентилятора увеличиваются, при снижении температуры обороты вентилятора уменьшаются. При уменьшении температуры ниже 36 С снизится напряжение на управляющем электроде симистора ниже 0,7 вольт и симистор закроется и вентилятор остановится. Ток проходящий по цепи М1, RK2 ниже тока удержания симистора в открытом состоянии, работа симистора в таком режиме позволяет организовать звено релейного действия регулятора.

Компоненты схемы

В схеме регулятора применены выводные компоненты для монтажа проводом.

Позиционное
обозначение
Наименование
Конденсаторы
С1 Конденсатор 4700 мкФ, 25 В ф. Hitano
   
Резисторы С2-23-0,25
R1 2,7 кОм ± 5%
R2 180 Ом ± 5%
   
Терморезисторы
RK1, RK3 КМТ-1 82 кОм ± 20 %
RK2 ММТ-12 100 Ом ± 20 %
   
Особые компоненты
VS1 Симистор BTA216Х-600Е ф. NXP
   
Модули
XP1 Вилка WF-4
XS1 Розетка HU-4
XS2 Розетка HU-3

Электролитический конденсатор можно применить емкостью 2200 мкФ, 3300 мкФ, 4700 мкФ или 6800 мкФ и рассчитанный на работу при напряжении не менее 16 вольт. Емкость конденсатора устанавливает время работы вентилятора под напряжением питания схемы регулятора. Рабочее напряжение и емкость конденсатора ограничены размерами свободного пространства внутри корпуса системного блока.

Терморезисторы могут быть любого другого типа, имеющего отрицательный температурный коэффициент, другими словами при повышении температуры сопротивление терморезистора должно уменьшаться. Сопротивление RK1 и RK3 не обязательно 82 кОм. Проведение настройки схемы позволяет применить в схеме регулятора терморезисторы другого сопротивления. Сопротивление терморезистора RK2 должно находиться в диапазоне 75-150 Ом.

Расположение выводов корпуса симистора BTA216X

Примененный симистор обладает многократным запасом по току, что исключает нагрев. Симистор имеет пластмассовый корпус, позволяющий выполнить крепление винтом к металлическим поверхностям системного блока без дополнительной изоляции. Симистор BTA216Х-600Е можно заменить на другой аналогичного типа. При замене симистора придется изменить сопротивления R1 и R2 и предусмотреть электрическую изоляцию между корпусом симистора и поверхностью на которую устанавливается симистор.

Настройка регулятора

Для проверки работоспособности и настройки регулятора следует предварительно собрать схему на макетной плате. К схеме регулятора подсоединяется любой имеющийся вентилятор, предназначенный для применения в системном блоке персонального компьютера. Терморезисторы RK1 и RK3 располагаются вплотную, их выводы соединяются скручиванием, пропаиваются и соединяются с другими элементами регулятора в соответствии со схемой. При включении питания 12 вольт вентилятор не должен работать.

Терморезисторы RK1 и RK3 нужно нагреть, взяв пальцами. Спустя одну-две минуты температура терморезисторов сравняется с температурой руки. Вентилятор должен включиться. Если включение вентилятора не произошло нужно увеличить сопротивление резистора R2 до 200 Ом или более. Возможно, для сопротивления R2 придется применить два соединенных последовательно резистора 180 Ом и 10 Ом. Если при включении питания вентилятор работает, то сопротивление резистора R2 следует уменьшить. Для облегчения настройки контролируется напряжение на управляющем электроде симистора.

При нагреве терморезисторов RK1 и RK3 напряжение на управляющем электроде должно увеличиваться. Вентилятор начнет работать приоткрывании симистора. Различные экземпляры симисторов открываются при различных напряжениях, находящихся в диапазоне 0,55—0,75 вольт.

Напряжение блока питания, использованного при макетировании схемы, скорее всего, будет немного отличаться от напряжения питания схемы, размещаемой в системном блоке. После монтажа схемы внутри системного блока подбор резистора R2 вероятно придется повторить, так как напряжение блока питания компьютера редко точно равно 12 вольт. Как правило, это напряжение имеет величину 11,7—11,3 вольт. Приведенная настройка позволяет установить уровень срабатывания звена релейного действия с точностью ±5 ºС. При желании схему можно настроить на другую температуру.

Сборка схемы

Для сборки схемы регулятора не требуется печатная плата. Терморезисторы приклеиваются с помощью эпоксидной смолы к охлаждаемому объекту, например к радиатору процессора, радиатору, расположенному внутри блока питания, процессору видеоплаты. В случае видеоплаты вилка XP1 приклеивается к видеоплате. Наличие в схеме разъемного соединения облегчает монтаж схемы регулятора и замену охлаждаемого блока. Элементы схемы можно закрепить на задней стенке системного блока или внутри корпуса блока питания.

Соединение компонентов схемы

Симистор крепится к корпусу с помощью винта. Конденсатор закрепляется с помощью хомута. Корпус конденсатора изолируется от элементов конструкции системного блока и крепежа. Резисторы закреплены пайкой на выводах симистора обладающих достаточной жесткостью. Розетка XP2 подключается к вилке FAN , находящейся на материнской плате или к разъемам, идущим от блока питания. Провода питания от розетки XP2 и идущие от розетки XP1 попарно скручиваются. Применение дополнительного охлаждения полезно при установке в системный блок двух CD-ROMов, трех-четырех жестких дисков и при других значительных нагрузках блока питания.

Справочные данные:
Терморезисторы
Симистор BTA216

Платон Константинович Денисов, г. Симферополь
simferopol1970@gmail.com

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Конденсатор

Последовательное и параллельное соединение резисторов

КОММЕНТАРИИ:

Добавить комментарий:

Ваше имя:
Ваш E-mail:
Ваш комментарий:
Введите сумму чисел с картинки (защита от роботов):