Войти Регистрация

Войдите в свой аккаунт

Логин *
Пароль *
Запомнить меня

Создать аккаунт

Поля, отмеченные звездочкой(*) обязательны.
 
Среда, 10 августа 2011 07:55

Регулировка оборотов кулера от температуры.

Оцените материал
(6 голосов)
Регулировка оборотов кулера от температуры. - 3.8 out of 5 based on 6 votes

Пропорциональное управление – залог тишины!
Какая задача ставится перед нашей системой управления? Да чтобы пропеллеры зря не вращались, чтобы зависимость скорости вращения была от температуры. Чем горячее девайс - тем быстрей вращается вентилятор. Логично? Логично! На том и порешим.

Заморачиваться с микроконтроллерами конечно можно, в чем то будет даже проще, но совершенно не обязательно. На мой взгляд проще сделать аналоговую систему управления - не надо будет заморачиваться с программированием на ассемблере.
Будет и дешевле, и проще в наладке и настройке, а главное любой при желании сможет расширить и надстроить систему по своему вкусу, добавив каналов и датчиков. Всё что от тебя потребуется это лишь несколько резисторов, одна микросхема и термодатчик. Ну а также прямые руки и некоторый навык пайки.

analogpwm top

Платка вид сверху

analogpwm bottom

Вид снизу

Состав:

  • Чип резисторы размера 1206. Ну или просто купить в магазине – средняя цена одного резистора 30 копеек. В конце концов никто не мешает тебе чуток подправить плату, чтобы на место чип резисторов впаять обычные, с ножками, а уж их в любом старом транзисторном телевизоре навалом.
  • Многооборотный переменный резистор примерно на 15кОм.
  • Также потребуется чип конденсатор размера 1206 на 470нф (0.47мкФ)
  • Любой электролитический кондер напряжением от 16 вольт и выше и емкостью в районе 10-100мкФ.
  • Винтовые клеммники по желанию – можно просто припаять провода к плате, но я поставил клеммник, чисто по эстетическим соображениям – девайс должен выглядеть солидно.
  • В качестве силового элемента, который и будет управлять питанием кулера, мы возьмем мощный MOSFET транзистор. Например IRF630 или IRF530 его иногда можно выдрать из старых блоков питания от компа. Конечно для крохотного пропеллера его мощность избыточна, но мало ли, вдруг ты захочешь туда что-нибудь помощней всунуть?
  • Температуру будем щупать прецезионным датчиком LM335Z он стоит не более десяти рублей и дефицита из себя не представляет, да и заменить его при случае можно каким-нибудь терморезистором, благо он тоже не является редкостью.
  • Основной деталью, на которой основано все, является микросхема представляющая из себя четыре операционных усилителя в одном корпусе – LM324N очень популярная штука. Имеет кучу аналогов (LM124N, LM224N, 1401УД2А) главное убедись, чтобы она была в DIP корпусе (такой длинный, с четырнадцатью ножками, как на рисунках).

Замечательный режим – ШИМ

Регулировка оборотов кулера

Образование ШИМ сигнала

Чтобы вентилятор вращался медленней достаточно снизить его напряжение. В простейших реобасах это делается посредством переменного резистора, который ставят последовательно с двигателем. В итоге, часть напряжения упадет на резисторе, а на двигатель попадет меньше как результат – снижение оборотов. Где падляна, не замечаешь? Да засада в том, что энергия выделившаяся на резисторе преобразуется не во что нибудь, а в обычное тепло. Тебе нужен обогреватель внутри компа? Явно нет! Поэтому мы пойдем более хитрым способом – применим широтно-импульсную модуляцию aka ШИМ или PWM. Страшно звучит, но не бойся, тут все просто. Представь, что двигатель это массивная телега. Ты можешь толкать его ногой непрерывно, что равносильно прямому включению. А можешь двигать пинками – это и будет ШИМ. Чем длинней по времени толчок ногой тем сильней ты разгоняешь телегу.
При ШИМ питании на двигатель идет не постоянное напряжение, а прямоугольные импульсы, словно ты включаешь и выключаешь питание, только быстро, десятки раз в секунду. Но двигатель имеет неслабую инерцию, а еще индуктивность обмоток, поэтому эти импульсы как бы суммируются между собой – интегрируются. Т.е. чем больше суммарная площадь под импульсами в единицу времени, тем большее эквивалентное напряжение идет на двигатель. Подаешь узенькие, словно иголки, импульсы – двигатель еле вращается, а если подать широкие, практически без просветов, то это равносильно прямому включению. Включать и выключать двигатель будет наш MOSFET транзистор, а формировать импульсы будет схема.
Пила + прямая = ?
Столь хитрый управляющий сигнал получается элементарно. Для этого нам надо в компаратор загнать сигнал пилообразной формы и сравнить его с каким либо постоянным напряжением. Смотри на рисунок. Допустим у нас пила идет на отрицательный выход компаратора, а постоянное напряжение на положительный. Компаратор складывает эти два сигнала, определяет какой из них больше, а потом выносит вердикт: если напряжение на отрицательном входе больше чем на положительном, то на выходе будет ноль вольт, а если положительное будет больше отрицательного, то на выходе будет напряжение питания, то есть около 12 вольт. Пила у нас идет непрерывно, она не меняет свою форму со временем, такой сигнал называется опорным.
А вот постоянное напряжение может двигаться вверх или вниз, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от температуры датчика. Чем выше температура датчика, тем больше напряжение с него выходит, а значит напруга на постоянном входе становится выше и согласно этому на выходе компаратора импульсы становятся шире, заставляя вентилятор крутиться быстрее. Это будет до тех пор, пока постоянное напряжение не перекроет пилу, что вызовет включение двигателя на полные обороты. Если же температура низкая, то и напряжение на выходе датчика низкое и постоянная уйдет ниже самого нижнего зубчика пилы, что вызовет прекращение вообще каких либо импульсов и двигатель вообще остановится. Загрузил, да? ;) Ничего, мозгам полезно работать.


Температурная математика

Регулировка оборотов кулера

Регулирование

В качестве датчика у нас используется LM335Z. По сути это термостабилитрон. Прикол стабилитрона в том, что на нем, как на ограничительном клапане, выпадает строго определенное напряжение. Ну, а у термостабилитрона это напряжение зависит от температуры. У LM335го зависимость выглядит как 10mV * 1 градус по Kельвину. Т.е. отсчет ведется от абсолютного нуля. Ноль по Цельсию равен двести семьдесят три градуса по Кельвину. А значит, чтобы получить напряжение выходящее с датчика, скажем при плюс двадцати пяти градусах Цельсия, то нам надо к двадцати пяти прибавить двести семьдесят три и умножит полученную сумму на десять милливольт.
(25+273)*0.01 = 2,98В
При других температурах напряжение будет меняться не сильно, на те же 10 милливольт на градус. В этом заключается очередная подстава:
Напряжение с датчика меняется несильно, на какие то десятые доли вольта, а сравнивать его надо с пилой у которой высота зубьев достигает аж десяти вольт. Чтобы получить постоянную составляющую напрямую с датчика на такое напряжение нужно нагреть его до тысячи градусов - редкостная лажа. Как тогда быть?
Так как у нас температура все равно вряд ли опустится ниже двадцати пяти градусов, то все что ниже нас не интересует, а значит можно из выходного напряжения с датчика выделить лишь самую верхушку, где происходят все изменения. Как? Да просто вычесть из выходного сигнала две целых девяносто восемь сотых вольта. А оставшиеся крохи умножить на коэффициент усиления, скажем, на тридцать.
В аккурат получим порядка 10 вольт на пятидесяти градусах, и вплоть до нуля на более низких температурах. Таким образом, у нас получается своеобразное температурное “окно” от двадцати пяти до пятидесяти градусов в пределах которого работает регулятор. Ниже двадцати пяти – двигатель выключен, выше пятидесяти – включен напрямую. Ну а между этими значениями скорость вентилятора пропорциональна температуре. Ширина окна зависит от коэффициента усиления. Чем он больше, тем уже окно, т.к. предельные 10 вольт, после которых постоянная составляющая на компараторе будет выше пилы и мотор включится напрямую, наступят раньше.
Но ведь мы не используем ни микроконтроллера, ни средства компьютера, как же мы будем делать все эти вычисления? А тем же операционным усилителем. Он ведь не зря назван операционным, его изначальное назначение это математические операции. На них построены все аналоговые компьютеры - потрясающие машины, между прочим.
Чтобы вычесть одно напряжение из другого нужно подать их на разные входы операционного усилителя. Напряжение с термодатчика подаем на положительный вход, а напряжение которое надо вычесть, напряжение смещения, подаем на отрицательный. Получается вычитание одного из другого, а результат ещё и умножается на огромное число, практически на бесконечность, получился еще один компаратор.
Но нам же не нужна бесконечность, так как в этом случае наше температурное окно сужается в точку на температурной шкале и мы имеем либо стоящий, либо бешено вращающийся вентилятор, а нет ничего более раздражающего чем включающийся и выключающийся компрессор совкового холодильника. Аналог холодильника в компе нам также не нужен. Поэтому будем понижать коэффициент усиления, добавляя к нашему вычитателю обратные связи.
Суть обратной связи в том, чтобы с выхода сигнал загнать обратно на вход. Если напряжение с выхода вычитается из входного, то это отрицательная обратная связь, а если складывается, то положительная. Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления, но может привести к генерации сигнала (автоматчики называют это потерей устойчивости системы). Хороший пример положительной обратной связи с потерей устойчивости это когда ты включаешь микрофон и тычешь им в динамик, обычно сразу же раздается противный вой или свист – это и есть генерация. Нам же надо уменьшить коэффициент усиления нашего операционника до разумных пределов, поэтому мы применим отрицательную связь и заведем сигнал с выхода на отрицательный вход.
Соотношение резисторов обратной связи и входа дадут нам коэффициент усиления влияющий на ширину окна регулирования. Я прикинул, что тридцати будет достаточно, ты же можешь пересчитать под свои нужды.


Пила
Осталось изготовить пилу, а точнее собрать генератор пилообразного напряжения. Состоять он будет из двух операционников. Первый за счет положительной обратной связи оказывается в генераторном режиме, выдавая прямоугольные импульсы, а второй служит интегратором, превращая эти прямоугольники в пилообразную форму.
Конденсатор в обратной связи второго операционного усилителя определяет частоту импульсов. Чем меньше емкость конденсатора, тем выше частота и наоборот. Вообще в ШИМ генерации чем больше тем лучше. Но есть один косяк, если частота попадет в слышимый диапазон (20 до 20 000 гц) то двигатель будет противно пищать на частоте ШИМ, что явно расходится с нашей концепцией бесшумного компьютера.
А из добиться из данной схемы частоты больше чем пятнадцать килогерц мне не удалось – звучало отвратительно. Пришлось пойти в другую сторону и загнать частоту в нижний диапазон, в район двадцати герц. Движок начал чуток вибрировать, но это не слышно и ощущается только пальцами.
Схема.

Регулировка оборотов кулера

Такс, с блоками разобрались, пора бы и на схемку поглядеть. Думаю большинство уже догадались что тут к чему. А я все равно поясню, для большей ясности. Пунктиром на схеме обозначены функциональные блоки.
Блок #1
Это генератор пилы. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, чтобы подать в генератор половину питающего, в принципе они могут быть любого номинала, главное, чтобы были одинаковыми и не сильно большого сопротивления, в пределах сотни килоом. Резистор R3 на пару с конденсатором С1 определяют частоту, чем меньше их номиналы тем больше частота, но опять повторюсь, что мне не удалось вывести схему за звуковой диапазон, поэтому лучше оставь как есть. R4 и R5 это резисторы положительной обратной связи. Также они влияют на высоту пилы относительно нуля. В данном случае параметры оптимальные, но если не найдешь таких же то можно брать примерно плюс минус килоом. Главное соблюдать пропорцию между их сопротивлениями примерно 1:2. Если сильно снизить R4 то придется снизить и R5.
Блок #2
Это блок сравнения, тут происходит формирование ШИМ импульсов из пилы и постоянного напряжения.
Блок #3
Это как раз схема устраивающая вычисление температуры. Напряжение с термодатчика VD1 подается на положительный вход, а на отрицательный вход подается напряжение смещения с делителя на R7. Вращая ручку подстроечного резистора R7 можно сдвигать окно регулирования выше или ниже по температурной шкале.
Резистор R8 может быть в пределах 5-10кОм больше нежелательно, меньше тоже – может сгореть термодатчик. Резисторы R10 и R11 должны быть равны между собой. Резисторы R9 и R12 также должны быть равны между собой. Номинал резисторов R9 и R10 может быть в принципе любым, но надо учитывать, что от их отношения зависит коэффициент усиления определяющий ширину окна регулирования. Ku = R9/R10 исходя из этого соотношения можно выбирать номиналы, главное, чтобы он был не меньше килоома. Оптимальным, на мой взгляд, является коэффициент равный 30, что обеспечивается резисторами на 1кОм и 30кОм.
Монтаж

analog pwm pcb

Печатная плата

Девайс выполнен печатным монтажом, чтобы быть как можно компактней и аккуратней. Рисунок печатной платы в виде Layout файла выложентут же на сайте, программу Sprint Layout 5.1 для просмотра и моделирования печятных плат можно скачать от сюда

Сама же печатная плата выполняется на раз-два посредством лазеро-утюжной технологии.
Когда все детали будут в сборе, а плата вытравлена, то можно приступать к сборке. Резисторы и конденсаторы можно припаивать без опаски, т.к. они почти не боятся перегрева. Особую осторожность следует проявить с MOSFET транзистором.
Дело в том, что он боится статического электричества. Поэтому прежде чем его доставать из фольги, в которую Вам его должны завернуть в магазине, рекомендую снять с себя синтетическую одежду и коснуться рукой оголенной батареи или крана на кухне. Микруху можно перегреть, поэтому когда будешь паять ее, то не держи паяльник на ножках дольше пары секунд. Ну и еще, напоследок, дам совет по резисторам, а точнее по их маркировке. Видишь цифры на его спинке? Так вот это сопротивление в омах, а последняя цифра обозначает число нулей после. Например 103 это 10 и 000 то есть 10 000 Ом или 10кОм.
Апгрейд дело тонкое.
Если, например, захочешь добавить второй датчик для контроля другого вентилятора, то совершенно не обязательно городить второй генератор, достаточно добавить второй компаратор и схему вычисления, а пилу подать из одного и того же источника. Для этого, конечно, придется перерисовать рисунок печатной платы, но я не думаю, что для тебя это составит большого труда.

Автор: DI HALT
Источник

Прочитано 42928 раз

Похожие материалы (по тегу)

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Комментарии   

Alex000
0 #17 Alex000 02.07.2016 01:59
Здравствуйте! Данная схема проработала без проблем около года. Но недавно взорвался кондёр. Всё, и теперь работает на прямую. Поменял почти всё: переменный резистор, датчик, транзистор и даже микруху, но эффекта ноль. В чём может быть проблема?
Цитировать
sheryuv
0 #16 sheryuv 20.06.2014 13:22
Все работает отлично! Автору респект!
Цитировать
Антон
0 #15 Антон 20.06.2014 12:37
Цитирую sheryuv:
День добрый Антон! Извиняюсь за назойливость, сегодня у Вас случаем может получится прописать наминалы, или может онлайн подскажите, те по которым у меня сомнения? Хотелось бы уже завершить начатое. Спасибо!

Я доберусь до ПК и распишу, но там и так понятно все
Цитировать
sheryuv
0 #14 sheryuv 20.06.2014 06:39
День добрый Антон! Извиняюсь за назойливость, сегодня у Вас случаем может получится прописать наминалы, или может онлайн подскажите, те по которым у меня сомнения? Хотелось бы уже завершить начатое. Спасибо!
Цитировать
Антон
0 #13 Антон 18.06.2014 23:09
Цитирую sheryuv:

Конденсатор вы на месте подбирайте, мне этот лучше подошел
Цитировать
sheryuv
+1 #12 sheryuv 18.06.2014 22:53
Цитирую Антон:
.

да конечно как будет минутка я сделаю, а по поводу схемы Вы на нее кликните мышкой и она увеличится, кстати у меня на схеме где я давал ссылку, стоит конденсатор с обратной стороны 0.1мкф что-бы не пищал кулер
Спасибо, буду ждать, у меня без пяти минут все готово. По поводу конденсатора, я уже поставил как по схеме, чип на 0.47мФ. или заменить, как у Вас на 1мФ?
Цитировать
Антон
0 #11 Антон 18.06.2014 22:26
Цитирую sheryuv:
Большое спасибо, с подключениями разобрался. А по сопротивлениям, как я и предполагал с некоторыми ошибся, но на фото многие не видны, потому дико извиняясь попрошу Вас хоть фото, хоть на п/п прописать наминалы, тем более для начинающих очень даже пригодиться.

да конечно как будет минутка я сделаю, а по поводу схемы Вы на нее кликните мышкой и она увеличится, кстати у меня на схеме где я давал ссылку, стоит конденсатор с обратной стороны 0.1мкф что-бы не пищал кулер
Цитировать
sheryuv
0 #10 sheryuv 18.06.2014 22:04
Большое спасибо, с подключениями разобрался. А по сопротивлениям, как я и предполагал с некоторыми ошибся, но на фото многие не видны, потому дико извиняясь попрошу Вас хоть фото, хоть на п/п прописать наминалы, тем более для начинающих очень даже пригодиться.
Цитировать
Антон
0 #9 Антон 18.06.2014 21:36
Цитирую sheryuv:
Доброго времени! Собираю данную схему, есть несколько вопросов и просьба.
Правильно ли я понял в подключении питания и lm334z.
Если смотреть на монтажную плату где двойное гнездо в левое подключаю вторую ножку м/с lm334z а в правое третью? (если так, то первая ножка куда то подсоединяется?)
А где 4гнезда (с лева на право)1-плюс12в, 2- минус, 3-плюс на куллер, 4- минус на куллер?
Печатная плата и все комплектующие припаяны, тревожно мне за чип резисторы, я не так давно радиолюбитель, спаял по схеме, но по моему что то намудрил с их посадочными местами.
Просьба, не составит вам труда на монтажной или печатной плате обозначить наминалы резисторов, так сказать для самопроверки и душевного покоя. Обидно будет, если спалю все.Заранее благодарен!

Добрый вечер! Схема до безобразия простая, там где 2-й клемник туда подключается датчик, питание платы там где нарисован + а рядом - вы смотрите по дорожкам от конденсатора, + общий с кулером, а минус кулера подключен к транзистору смотрите по дорожкам вот смотрите по ссылке dropbox.com/.../...
Цитировать
sheryuv
0 #8 sheryuv 18.06.2014 21:08
Доброго времени! Собираю данную схему, есть несколько вопросов и просьба.
Правильно ли я понял в подключении питания и lm334z.
Если смотреть на монтажную плату где двойное гнездо в левое подключаю вторую ножку м/с lm334z а в правое третью? (если так, то первая ножка куда то подсоединяется? )
А где 4гнезда (с лева на право)1-плюс12в , 2- минус, 3-плюс на куллер, 4- минус на куллер?
Печатная плата и все комплектующие припаяны, тревожно мне за чип резисторы, я не так давно радиолюбитель, спаял по схеме, но по моему что то намудрил с их посадочными местами.
Просьба, не составит вам труда на монтажной или печатной плате обозначить наминалы резисторов, так сказать для самопроверки и душевного покоя. Обидно будет, если спалю все.Заранее благодарен!
Цитировать
14-1

Автомобильный усилитель 2x40Вт

TDA 8560 Q ("PHILIPS") - более мощный аналог хорошо известной TDA1557Q 13-1Микросхема…

Журнал Радиоаматор №3 2012г

Название: Радиоаматор Издательство: РадiоАматор Год: 1012 Месяц: Март Страниц: 58Язык:…

Драйвер для мощных светодиодов

В настоящее время цена мощных светодиодов от 1-го ватта и выше не очень высока, что…
лабораторный блок питания

Лабораторный блок питания 0...20 В

Под таким заголовком в "Радио", 1998, #5 было опубликовано описание несложного блока…
scr-01

Журнал Радио 2011 №2

Название: Радио 2011 №2 Год: 2011 Номер: 2 Издательство: Редакция журнала "Радио" Сайт:…

ШИМ – контроллер. TL494

Полный набор функций ШИМ-управления Выходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода…
virus

Вируса

Отойду немного от темы "радиоэлектроники" что-бы поделится впечатлениями. На этой недели…
mini

Принтер для изготовления печатных плат

В последнее время я искал способы упростить изготовление печатных плат. Приблизительно с…
 

ban240x130

Топ

ТЕЛЕФОННАЯ…

Приставка-спикерфон предназначена для громкоговорящей телефонной связи. Занятие линии АТС…

Управление…

Автор разработал программу и устройство для управления различными электро и…

Ветрогенератор для…

Как работает ветрогенератор ? Работа любого ветрогенератора, независимо от того, снабжает…

Импульсный…

Импульсный преобразователь сетевого напряжения Применение импульсного преобразователя…

Импульсный блок…

Импульсный блок питания 180Вт Мощность блока питания — около 180 Вт, выходное напряжение…
Изображение по умолчанию

Эмулятор ключей…

Назначение. Устройство предназначено для считывания, хранения и эмуляции ключей домофонов…
Изображение по умолчанию

Цифровой…

Цифровой вольтамперметр предназначенный для установки в блок питания для отображения…
Изображение по умолчанию

500 схем для…

1. 500 схем для радиолюбителей. Приемники2. 500 схем для радиолюбителей. Усилители…
Изображение по умолчанию

Вольтамперметр на…

Идеологом этой схемы является вот этот вариант http://avr.4mg.com/custom4_1.html захотел…

ИНДИКАТОР УРОВНЯ…

Принципиальная схема индикатора показана на рисунке. Эта схема использовалась для…

Голосовой монитор…

Голосовой монитор (далее – монитор) предназначен для контроля телефонной линии или…

ТАЙМЕР, УПРАВЛЯЮЩИЙ…

В теме представлено таймерное устройство, управляющее освещением багажника ВАЗ-2114, но…

Авторизация