→ → Автоматический регулятор оборотов кулера от температуры. Управляем кулером (термоконтроль вентиляторов на практике)

Автоматический регулятор оборотов кулера от температуры. Управляем кулером (термоконтроль вентиляторов на практике)

Быстродействие современного компьютера достигается достаточно высокой ценой — блок питания, процессор, видеокарта зачастую нуждаются в интенсивном охлаждении. Специализированные системы охлаждения стоят дорого, поэтому на домашний компьютер обычно ставят несколько корпусных вентиляторов и кулеров (радиаторов с прикрепленными к ним вентиляторами).

Получается эффективная и недорогая, но зачастую шумная система охлаждения. Для уменьшения уровня шума (при условии сохранения эффективности) нужна система управления скоростью вращения вентиляторов. Разного рода экзотические системы охлаждения рассматриваться не будут. Необходимо рассмотреть наиболее распространенные системы воздушного охлаждения.

Чтобы шума при работе вентиляторов было меньше без уменьшения эффективности охлаждения, желательно придерживаться следующих принципов:

  1. Вентиляторы большого диаметра работают эффективнее, чем маленькие.
  2. Максимальная эффективность охлаждения наблюдается у кулеров с тепловыми трубками.
  3. Четырехконтактные вентиляторы предпочтительнее, чем трехконтактные.

Основных причин, по которым наблюдается чрезмерный шум вентиляторов, может быть только две:

  1. Плохая смазка подшипников. Устраняется чисткой и новой смазкой.
  2. Двигатель вращается слишком быстро. Если возможно уменьшение этой скорости при сохранении допустимого уровня интенсивности охлаждения, то следует это сделать. Далее рассматриваются наиболее доступные и дешевые способы управления скоростью вращения.

Способы управления скоростью вращения вентилятора

Вернуться к оглавлению

Первый способ: переключение в BIOS функции, регулирующей работу вентиляторов

Функции Q-Fan control, Smart fan control и т. д. поддерживаемые частью материнских плат, увеличивают частоту вращения вентиляторов при возрастании нагрузки и уменьшают при ее падении. Нужно обратить внимание на способ такого управления скоростью вентилятора на примере Q-Fan control. Необходимо выполнить последовательность действий:

  1. Войти в BIOS. Чаще всего для этого нужно перед загрузкой компьютера нажать клавишу «Delete». Если перед загрузкой в нижней части экрана вместо надписи «Press Del to enter Setup» появляется предложение нажать другую клавишу, сделайте это.
  2. Открыть раздел «Power».
  3. Перейти на строчку «Hardware Monitor».
  4. Заменить на «Enabled» значение функций CPU Q-Fan control и Chassis Q-Fan Control в правой части экрана.
  5. В появившихся строках CPU и Chassis Fan Profile выбрать один из трех уровней производительности: усиленный (Perfomans), тихий (Silent) и оптимальный (Optimal).
  6. Нажав клавишу F10, сохранить выбранную настройку.

Вернуться к оглавлению

Второй способ: управление скоростью вентилятора методом переключения

Рисунок 1. Распределение напряжений на контактах.

Для большинства вентиляторов номинальным является напряжение в 12 В. При уменьшении этого напряжения число оборотов в единицу времени уменьшается — вентилятор вращается медленнее и меньше шумит. Можно воспользоваться этим обстоятельством, переключая вентилятор на несколько номиналов напряжения с помощью обыкновенного Molex-разъема.

Распределение напряжений на контактах этого разъема показано на рис. 1а. Получается, что с него можно снять три различных значения напряжений: 5 В, 7 В и 12 В.

Для обеспечения такого способа изменения скорости вращения вентилятора нужно:

  1. Открыв корпус обесточенного компьютера, вынуть коннектор вентилятора из своего гнезда. Провода, идущие к вентилятору источника питания, проще выпаять из платы или просто перекусить.
  2. Используя иголку или шило, освободить соответствующие ножки (чаще всего провод красного цвета — это плюс, а черного — минус) от разъема.
  3. Подключить провода вентилятора к контактам Molex-разъема на требуемое напряжение (см. рис. 1б).

Двигатель с номинальной скоростью вращения 2000 об/мин при напряжении в 7 В будет давать в минуту 1300, при напряжении в 5 В — 900 оборотов. Двигатель с номиналом 3500 об/мин — 2200 и 1600 оборотов, соответственно.

Рисунок 2. Схема последовательного подключения двух одинаковых вентиляторов.

Частным случаем этого метода является последовательное подключение двух одинаковых вентиляторов с трехконтактными разъемами. На каждый из них приходится половина рабочего напряжения, и оба вращаются медленнее и меньше шумят.

Схема такого подключения показана на рис. 2. Разъем левого вентилятора подключается к материнке, как обычно.

На разъем правого устанавливается перемычка, которая фиксируется изолентой или скотчем.

Вернуться к оглавлению

Третий способ: регулировка скорости вращения вентилятора изменением величины питающего тока

Для ограничения скорости вращения вентилятора можно в цепь его питания последовательно включить постоянные или переменные резисторы. Последние к тому же позволяют плавно менять скорость вращения. Выбирая такую конструкцию, не следует забывать о ее минусах:

  1. Резисторы греются, бесполезно затрачивая электроэнергию и внося свою лепту в процесс разогрева всей конструкции.
  2. Характеристики электродвигателя в различных режимах могут очень сильно отличаться, для каждого из них необходимы резисторы с разными параметрами.
  3. Мощность рассеяния резисторов должна быть достаточно большой.

Рисунок 3. Электронная схема регулировки частоты вращения.

Рациональнее применить электронную схему регулировки частоты вращения. Ее несложный вариант показан на рис. 3. Эта схема представляет собой стабилизатор с возможностью регулировки выходного напряжения. На вход микросхемы DA1 (КР142ЕН5А) подается напряжение в 12 В. На 8-усиленный выход транзистором VT1 подается сигнал с ее же выхода. Уровень этого сигнала можно регулировать переменным резистором R2. В качестве R1 лучше использовать подстроечный резистор.

Если ток нагрузки не более 0,2 А (один вентилятор), микросхема КР142ЕН5А может быть использована без теплоотвода. При его наличии выходной ток может достигать значения 3 А. На входе схемы желательно включить керамический конденсатор небольшой емкости.

Вернуться к оглавлению

Четвертый способ: регулировка скорости вращения вентилятора с помощью реобаса

Реобас — электронное устройство, которое позволяет плавно менять напряжение, подаваемое на вентиляторы.

В результате плавно изменяется скорость их вращения. Проще всего приобрести готовый реобас. Вставляется обычно в отсек 5,25”. Недостаток, пожалуй, лишь один: устройство стоит дорого.

Устройства, описанные в предыдущем разделе, на самом деле являются реобасами, допускающими лишь ручное управление. К тому же, если в качестве регулятора используется резистор, двигатель может и не запуститься, поскольку ограничивается величина тока в момент пуска. В идеале полноценный реобас должен обеспечить:

  1. Бесперебойный запуск двигателей.
  2. Управление скоростью вращения ротора не только в ручном, но и в автоматическом режиме. При увеличении температуры охлаждаемого устройства скорость вращения должна возрастать и наоборот.

Сравнительно несложная схема, соответствующая этим условиям, представлена на рис. 4. Имея соответствующие навыки, ее возможно изготовить своими руками.

Изменение напряжения питания вентиляторов осуществляется в импульсном режиме. Коммутация осуществляется с помощью мощных полевых транзисторов, сопротивление каналов которых в открытом состоянии близко к нулю. Поэтому запуск двигателей происходит без затруднений. Наибольшая частота вращения тоже не будет ограничена.

Работает предлагаемая схема так: в начальный момент кулер, осуществляющий охлаждение процессора, работает на минимальной скорости, а при нагреве до некоторой максимально допустимой температуры переключается на предельный режим охлаждения. При снижении температуры процессора реобас снова переводит кулер на минимальную скорость. Остальные вентиляторы поддерживают установленный вручную режим.

Рисунок 4. Схема регулировки с помощью реобаса.

Основа узла, осуществляющего управление работой компьютерных вентиляторов, интегральный таймер DA3 и полевой транзистор VT3. На основе таймера собран импульсный генератор с частотой следования импульсов 10-15 Гц. Скважность этих импульсов можно менять с помощью подстроечного резистора R5, входящего в состав времязадающей RC-цепочки R5-С2. Благодаря этому можно плавно изменять скорость вращения вентиляторов при сохранении необходимой величины тока в момент пуска.

Конденсатор C6 осуществляет сглаживание импульсов, благодаря чему роторы двигателей вращаются мягче, не издавая щелчков. Подключаются эти вентиляторы к выходу XP2.

Основой аналогичного узла управления процессорным кулером являются микросхема DA2 и полевой транзистор VT2. Отличие только в том, что при появлении на выходе операционного усилителя DA1 напряжения оно, благодаря диодам VD5 и VD6, накладывается на выходное напряжение таймера DA2. В результате VT2 полностью открывается и вентилятор кулера начинает вращаться максимально быстро.

В данной статье описана программа регулировки скорости кулера процессора, видеокарты и остальных элементов ПК. Неважно, нужно ли изменить частоту вращения вентиляторов из-за их излишнего шума или по причине перегрева, SpeedFan поможет в любом случае. Главное условие правильного функционирования утилиты - возможность регулировки кулеров из BIOS.

SpeedFan

SpeedFan - абсолютно бесплатная программа для кулера видеокарты, центрального процессора и любого другого оборудования с активным охлаждением. Управление вентилятором можно осуществлять в автоматическом или ручном режиме.

Перед запуском утилиты желательно отключить автоматическое изменение скорости в BIOS. Если оставить без внимания это условие, правильное функционирование приложения не гарантируется. После включения SpeedFan считывает информацию об оборотах вентиляторов и принимает эти значения в качестве максимальных. Отсюда следует, что если настройки BIOS не позволяют раскрутить кулер до предела, то и утилита не сможет этого сделать.

Например, кулер ЦП во время включения SpeedFan вращался на скорости 1000 об/м. Приложение примет это значение как верхний предел и не сможет увеличить частоту, когда достигнет критического уровня. Если компьютер автоматически не выключится, то его центральный процессор выйдет из строя.

Первый запуск

После запуска программа для регулировки скорости кулера отрисует окно с краткой справкой. После изучения текста следует поставить галочку напротив единственного пункта и закрыть окно. После этого оно больше не будет возникать на экране.

Теперь программа определит, на каком оборудовании установлено активное охлаждение с возможностью регулировки и считает показания датчиков. После этого на дисплее автоматически отобразится список скоростей вентиляторов и температура основных элементов ПК. Помимо этого, в панели приложения можно наблюдать информацию о загруженности процессора и напряжении.

Чтобы переключить язык на русский, перейдите в меню "Configure" > "Options". Перключатель "Language" установите в положение "Russian". Кликните по "ОК".

Главное окно

Программа для регулировки скорости кулеров на русском выводит всю необходимую для пользователя информацию в отдельных блоках. В середине окна находятся данные, описывающие все найденные контроллеры вентиляторов. Их имена - и т. д. При этом перечень может насчитывать намного больше кулеров, чем есть в ПК. Напротив некоторых из них отобразится реальна скорость вентиляторов. Другие же либо будут показывать значения, равные нулю, либо "мусор" (менее 1000 оборотов в минуту).

Напротив данных, описывающих работу винтов, расположен блок информации о температуре основных компонентов ПК:

    CPU - процессор.

    GPU - ядро видеокарты.

    HD0 - жесткий диск.

Здесь также может быть "мусор". Чтобы определить, какие значения не являются реальными, нужно думать логически. Например, температура приборов в работающей машине вряд ли достигнет уровня 5 или 120 градусов.

Это единственный недостаток, которого программа для регулировки скорости вращения кулера не лишилась за все годы разработки. Стоит сказать, что официальный сайт предлагает сборник необходимых настроек утилиты под популярные конфигурации ПК. Однако часто намного быстрее выполнить все настройки вручную.

Основные блоки утилиты

Блок утилиты со списком Speed01, 02 и т. д. содержит переключатели скорости винтов. Она указана в процентах. Главная задача - определить, какие переключатели из этого блока за какие вентиляторы отвечают.

Перейдите к первому селектору и измените его значение на 20-30%. Пронаблюдайте, скорость напротив какой строки "Fan" меняется. Теперь измените настройки следующего переключателя. Запомните или запишите каждое найденное соответствие.

Если идентифицировать датчики не получится, есть смысл воспользоваться утилитой AIDA64. Запустите одновременно её и SpeedFan. Изменяйте значения переключателей Speed, а в AIDA смотрите, какие конкретно вентиляторы начинают крутиться с другой скоростью.

Конфигурация

Перейдите в меню «Конфигурация». Здесь можно задать всем строкам блоков главного окна понятные названия. Например, датчик вращения кулера ЦП переименовать в "TempCPU". Чтобы это сделать, кликните по любому элементу в настройках, подождите секунду и щелкните еще раз. После этого строка подсветится, и в ней появится курсор.

Выделите имя необходимого датчика и обратите внимание на нижнюю часть окна приложения. Сюда следует вписать, какую температуру каждого устройства ПК программа для регулировки скорости кулера будет считать нормальной. Когда оборудование охладится до этого уровня, обороты вентилятора станут минимальными. Также следует указать температуру тревоги. Нагрев до этого уровня включит максимальные обороты кулера.

Чтобы узнать о том, какие значения стоит использовать, обратитесь на официальные сайты производителей устройств своего ПК.

Теперь нажмите на "+" напротив имени датчика. Снимите все галочки с перечня "Speed". Оставьте только ту, которая соответствует регулятору данного устройства.

Перейдите на закладку "Вентиляторы" и, если необходимо, переименуйте их так же, как датчики. Неиспользуемые отключите, сняв флажки.

Скорость

Чтобы программа для регулировки скорости кулера выполняла автоматическое управление, откройте закладку "Скорости". Выделите строку нужного вентилятора и переименуйте его, как считаете нужным. Теперь обратите внимание на нижний блок окна. Здесь есть два пункта:


Вопрос от пользователя

Добрый день.

Поиграв минут 40-50 в одну компьютерную игру (прим.: название вырезано) - температура процессора вырастает до 70-80 градусов (Цельсия). Поменял термопасту, почистил от пыли - результат такой же.

Вот думаю, можно ли увеличить скорость вращения кулера на процессоре до максимума (а то на мой взгляд он слабо вращается)? Температура без загрузки процессора - 40°C. Кстати, такое возможно из-за жары? А то у нас около 33-36°C за окном...

Артур, Саранск

Доброго дня!

Конечно, от температуры помещения, в котором стоит компьютер - сильно зависит и температура компонентов, да и нагрузка на систему охлаждения (поэтому, с перегревом чаще всего, приходится сталкиваться в летнее жаркое время). То, что у вас температура доходит до 80 градусов - явление не нормальное (хотя некоторые производители ноутбуков допускают такой нагрев).

Конечно, можно попробовать выставить настройки вращения кулера на максимум (если это еще не так), но я все же бы рекомендовал провести комплекс мер (о них можете узнать из статьи по измерению и контролю температуры процессора, видеокарты, HDD - ).

Кстати, так же часто возникает обратная сторона медали: кулеры вращаются на максимуме и создают сильный шум (в то время, как пользователь вообще ничем не нагружает компьютер, и они могли бы вращаться куда медленнее и тише).

Ниже рассмотрю, как можно отрегулировать их скорость вращения, и на что обратить внимание. И так...

Увеличение/уменьшение скорости вращения кулеров

Вообще, на современном компьютере (ноутбуке) скорость вращения кулеров устанавливает материнская плата, на основе данных от датчиков температуры (т.е. чем она выше - тем быстрее начинают вращаться кулеры) и данных по загрузке. Параметры, от которых отталкивается мат. плата, обычно, можно задать в BIOS.

В чем измеряется скорость вращения кулера

Она измеряется в оборотах в минуту. Обозначается этот показатель, как rpm (к слову, им измеряются все механические устройства, например, те же жесткие диски).

Что касается, кулера, то оптимальная скорость вращения, обычно, составляет порядка 1000-3000 rpm. Но это очень усредненное значение, и сказать точное, какое нужно выставить - нельзя. Этот параметр сильно зависит от типа вашего кулера, для чего он используется, от температуры помещения, от типа радиатора и пр. моментов.

Способы, как регулировать скорость вращения:


SpeedFan

Бесплатная многофункциональная утилита, позволяющая контролировать температуру компонентов компьютера, а также вести мониторинг за работой кулеров. Кстати, "видит" эта программа почти все кулеры, установленные в системе (в большинстве случаев).

Кроме этого, можно динамически изменять скорость вращения вентиляторов ПК, в зависимости от температуры компонентов. Все изменяемые значения, статистику работы и пр., программа сохраняет в отдельный log-файл. На основе них, можно посмотреть графики изменения температур, и скоростей вращения вентиляторов.

SpeedFan работает во всех популярных Windows 7, 8, 10 (32|64 bits), поддерживает русский язык (для его выбора, нажмите кнопку "Configure", затем вкладку "Options", см. скриншот ниже).

Главное окно и внешний вид программы SpeedFan

После установки и запуска утилиты SpeedFan - перед вами должна появиться вкладка Readings (это и есть главное окно программы - см. скриншот ниже). Я на своем скриншоте условно разбил окно на несколько областей, чтобы прокомментировать и показать, что за что отвечает.

  1. Блок 1 - поле "CPU Usage" указывает на загрузку процессора и его ядер. Рядом также располагаются кнопки "Minimize" и "Configure", предназначенные для сворачивания программы и ее настройки (соответственно). Есть еще в этом поле галочка "Automatic fan speed" - ее назначение автоматически регулировать температуру (об этом расскажу чуть ниже);
  2. Блок 2 - здесь располагаются список обнаруженных датчиков скорости вращения кулеров. Обратите внимание, что у всех у них разное название (SysFan, CPU Fan и пр.) и напротив каждого - свое значение rpm (т.е. скорости вращения в минуту) . Часть датчиков показывают rpm по нулям - это "мусорные" значения (на них можно не обращать внимание *). Кстати , в названиях присутствуют непонятные для кого-то аббревиатуры (расшифрую на всякий случай): CPU0 Fan - вентилятор на процессоре (т.е. датчик с кулера, воткнутого в разъем CPU_Fan на мат. плате) ; Aux Fun, PWR Fun и пр. - аналогично показывается rpm вентиляторов подключенным к данным разъемам на мат. плате;
  3. Блок 3 - здесь показана температура компонентов: GPU - видеокарта, CPU - процессор, HDD - жесткий диск. Кстати, здесь также встречаются "мусорные" значения, на которые не стоит обращать внимания (Temp 1, 2 и пр.). Кстати, снимать температуру удобно с помощью AIDA64 (и др. спец. утилит), о них здесь:
  4. Блок 4 - а вот этот блок позволяет уменьшать/увеличивать скорость вращения кулеров (задается в процентном отношении. Меняя проценты в графах Speed01, Speed02 - нужно смотреть, какой кулер изменил обороты (т.е. что за что отвечает).

Важно! Список некоторых показателей в SpeedFan не всегда будет совпадать с тем кулером, которым он подписан. Дело все в том, что некоторые сборщики компьютеров подключают (по тем или иным соображениям), например, кулер для процессора не в гнездо CPU Fan. Поэтому, рекомендую постепенно изменять значения в программе и смотреть на изменения скорости вращения и температуры компонентов (еще лучше, открыть крышу системного бока и визуально смотреть, как изменяется скорость вращения вентиляторов).

Настройка скорости вращения вентиляторов в SpeedFan

Вариант 1

  1. В качестве примера попробует отрегулировать скорость вращения вентилятора процессора. Для этого необходимо обратить внимание на графу "CPU 0 Fan" - именно в ней должен отображаться показатель rpm;
  2. Далее поочередно меняйте значения в графах "Pwm1", "Pwm2" и др. Когда значение изменили - подождите некоторое время, и смотрите, не изменился ли показать rpm , и температура (см. скрин ниже);
  3. Когда найдете нужный Pwm - отрегулируйте скорость вращения кулера на оптимальное число оборотов (о температуре процессора я , также рекомендую для ознакомления ) .

Вариант 2

Если вы хотите, чтобы был задействован "умный" режим работы (т.е. чтобы программа динамически меняла скорость вращения, в зависимости от температуры процессора ), то необходимо сделать следующее (см. скриншот ниже) :

  1. открыть конфигурацию программы (прим.: кнопка "Configure") , затем открыть вкладку "Скорости";
  2. далее выбрать строчку, которая отвечает за нужный вам кулер (необходимо предварительно найти экспериментальным путем, как рекомендовал в варианте 1, см. чуть выше в статье) ;
  3. теперь в графы "Минимум" и "Максимум" установите нужные значения в процентах и поставьте галочку "Автоизменение";
  4. в главном окне программы поставьте галочку напротив пункта "Автоскорость вентиляторов". Собственно, таким вот образом и регулируется скорость вращения кулеров.

Дополнение! Желательно также зайти во вкладку "Температуры" и найти датчик температуры процессора. В его настройках задайте желаемую температуру, которую будет поддерживать программа, и температуру тревоги. Если процессор нагреется до этой тревожной температуры - то SpeedFan начнет раскручивать кулер на полную мощность (до 100%)!

Для тех, у кого не работает SpeedFan

Настройка автоматической регулировки вращения кулеров в BIOS

Не всегда утилита SpeedFan корректно работает. Дело в том, что в BIOS есть специальные функции, отвечающие за автоматическую регулировку скорости вращения кулеров. Называть в каждой версии BIOS они могут по-разному, например, Q-Fan, Fan Monitor, Fan Optomize, CPU Fan Contol и пр. И сразу отмечу, что далеко не всегда они работают корректно, по крайне мере SpeedFan позволяет очень точно и тонко отрегулировать работу кулеров, так чтобы они и задачу выполняли, и пользователю не мешали ☺.

Чтобы отключить эти режимы (на фото ниже представлен Q-Fan и CPU Smart Fan Control) , необходимо войти в BIOS и перевести эти функции в режим Disable . Кстати, после этого кулеры заработают на максимальную мощность, возможно станут сильно шуметь (так будет, пока не отрегулируете их работу в SpeedFan).

Горячие клавиши для входа в меню BIOS, Boot Menu, восстановления из скрытого раздела -

На этом сегодня всё, всем удачи и оптимальной работы вентиляторов...


Вентиляторы охлаждения сейчас стоят во многих бытовых приборах, будь то компьютеры, музыкальные центры, домашние кинотеатры. Они хорошо, справляются со своей задачей, охлаждают нагревающиеся элементы, однако издают при этом истошный, и весьма раздражающий шум. Особенно это критично в музыкальных центрах и домашних кинотеатрах, ведь шум вентилятора может помешать наслаждаться любимой музыкой. Производители часто экономят и подключают охлаждающие вентиляторы напрямую к питанию, от чего они вращаются всегда с максимальными оборотами, независимо от того, требуется охлаждение в данный момент, или нет. Решить эту проблему можно достаточно просто – встроить свой собственный автоматический регулятор оборотов кулера. Он будет следить за температурой радиатора и только при необходимости включать охлаждение, а если температура продолжит повышаться, регулятор увеличит обороты кулера вплоть до максимума. Кроме уменьшения шума такое устройство значительно увеличит срок службы самого вентилятора. Использовать его также можно, например, при создании самодельных мощных усилителей, блоков питания или других электронных устройств.

Схема

Схема крайне проста, содержит всего два транзистора, пару резисторов и термистор, но, тем не менее, замечательно работает. М1 на схеме – вентилятор, обороты которого будут регулироваться. Схема предназначена на использование стандартных кулеров на напряжение 12 вольт. VT1 – маломощный n-p-n транзистор, например, КТ3102Б, BC547B, КТ315Б. Здесь желательно использовать транзисторы с коэффициентом усиления 300 и больше. VT2 – мощный n-p-n транзистор, именно он коммутирует вентилятор. Можно применить недорогие отечественные КТ819, КТ829, опять же желательно выбрать транзистор с большим коэффициентом усиления. R1 – терморезистор (также его называют термистором), ключевое звено схемы. Он меняет своё сопротивление в зависимости от температуры. Сюда подойдёт любой NTС-терморезистор сопротивлением 10-200 кОм, например, отечественный ММТ-4. Номинал подстроечного резистора R2 зависит от выбора термистора, он должен быть в 1,5 – 2 раза больше. Этим резистором задаётся порог срабатывания включения вентилятора.

Изготовление регулятора

Схему можно без труда собрать навесным монтажом, а можно изготовить печатную плату, как я и сделал. Для подключения проводов питания и самого вентилятора на плате предусмотрены клеммники, а терморезистор выводится на паре проводков и крепится к радиатору. Для большей теплопроводности прикрепить его нужно, используя термопасту. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса.






Скачать плату:

(cкачиваний: 653)


После изготовления платы в неё, как обычно запаиваются детали, сначала мелкие, затем крупные. Стоит обратить внимание на цоколёвку транзисторов, чтобы впаять их правильно. После завершения сборки плату нужно отмыть от остатков флюса, прозвонить дорожки, убедиться в правильности монтажа.




Настройка

Теперь можно подключать к плате вентилятор и осторожно подавать питание, установив подстроечный резистор в минимальное положение (база VT1 подтянута к земле). Вентилятор при этом вращаться не должен. Затем, плавно поворачивая R2, нужно найти такой момент, когда вентилятор начнёт слегка вращаться на минимальных оборотах и повернуть подстроечник совсем чуть-чуть обратно, чтобы он перестал вращаться. Теперь можно проверять работу регулятора – достаточно приложить палец к терморезистору и вентилятор уже снова начнёт вращаться. Таким образом, когда температура радиатора равно комнатной, вентилятор не крутится, но стоит ей подняться хоть чуть-чуть, он сразу же начнёт охлаждать.

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.

Платка вид сверху

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

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

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 LM335 го 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.

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

Печатная плата

Девайс выполнен печатным монтажом, чтобы быть как можно компактней и аккуратней. Рисунок печатной платы в виде Layout файла выложен тут 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.

 

 
Это интересно: