Драйвер PWM для подключения 3-х контактного вентилятора к современным материнским платам

Как управлять вентилятором

11/10/2014 — 22:28

Компактные электрические вентиляторы, благодаря невысокой цене, используются для охлаждения оборудования уже больше полувека. Тем не менее только в последние годы технологии управления вентиляторами стали значительно развиваться. В этой статье описано как и почему это развитие имело место быть и предложены некоторые полезные решения для разработчиков.

3-х проводными вентиляторами можно управлять аналогичным образом, но в этом случае у нас есть обратная связь. Можно анализировать тахосигнал и устанавливать требуемую скорость. Такая форма управления называется закрытым контуром (closed-loop).При управлении вентилятором с помощью ШИМ — ситуация сложнее. Тахометрический выход вентилятора обычно представляет собой открытый коллектор. Поэтому тахосигнал будет валидным только при наличии напряжения на вентиляторе (on фаза ШИМ сигнала), а при отсутствии (off фаза) он будет подтягиваться к высокому логическому уровню. Таким образом тахосигнал становится «порубленным» управляющим ШИМ сигналом и по нему уже нельзя достоверно определять скорость вращения. Этот сигнал показан на рисунке 1 (tach).

Линейный метод управления тише, чем предыдущие. Однако, как вы могли заметить, он обеспечивает маленький диапазон регулировки скорости вращения вентилятора. 12-и вольтовые вентиляторы при напряжении питания от 7 до 12 В, позволяют устанавливать скорость вращения от 1/2 от максимума до максимальной. 5-и вольтовые вентиляторы при запуске от 3,5 — 4 В, вращаются практически с максимальной скоростью и диапазон регулирования у них еще меньше. Кроме того, линейный метод регулирования не оптимален с точки зрения энергопотребления, потому что снижение напряжения питания вентилятора выполняется за счет рассеяния мощности на транзисторе (смотри рисунок 4). И последний недостаток — относительная дороговизна схемы управления.

Наиболее популярный метод управления скоростью вращения вентилятора — это ШИМ управление. При таком методе управления вентилятор подключается к минусой шине питания через ключ, а на управляющий вход ключа подается ШИМ сигнал. В данном случае к вентилятору всегда приложено либо нулевое, либо рабочее напряжение питания и не возникает таких энергопотерь, как при линейном методе управления. На рисунке 5 показана типовая схема реализующая ШИМ управление.

По материалам фирмы AnalogDevices.

У вас недостаточно прав для комментирования.

MP2359DJ неплохой мелкий ШИМ контроллер

Originally published at Свободный эфир. You can comment here or there.

Напряжение питания Vmax является постоянным во времени, напряжение же на выходе Vcp усреднённое и изменяется в зависимости от порядка следования импульсов. Главное достоинство такой системы регулирования мы уже выяснили. Это экономичность. Теперь о недостатках. Как и всякое прогрессивное решение, оно требует дополнительного усложнения схемы управления. В данном случае требуется ШИМ (от Широтно-Импульсная Модуляция) контроллер, генерирующий сигнал нужной формы. В зарубежных источниках этот термин обозначен как PWM. Кроме того, обычные вентиляторы с тремя контактами теперь не подходят, поскольку не умеют управляться сигналом от ШИМ контролера. Самое большее, на что они способны, будучи подключенные к 4-х контактному разъёму — вращаться с постоянными оборотами, пользуясь лишь питающим напряжением, как в классической схеме. Значит, нужны вентиляторы, имеющие дополнительный контакт управления сигналом PWM. Выбор их, как правило, меньший, а цена на них выше. Кроме того, существуют модели систем охлаждения, имеющие «эксклюзивные» вентиляторы, которым трудно подобрать 4-х контактный аналог. Итак, мы подвели вас к необходимости разработке согласования новой системы управления оборотами на базе PWM и классических 3-х контактных вентиляторов. В результате изучения схем, представленных в сети Интернет, имеющихся комплектующих и ряда экспериментов была разработана схема преобразования управляющего PWM сигнала в изменяющееся напряжение питания:

По-сути, это драйвер, т.е. усилитель тока. MOSFET был найден на сломанной материнской плате. Выходной транзистор — отечественный биполярный. Подойдут любые аналогичные транзисторы подходящей мощности и проводимости. Сопротивление в эмиттерной цепи повышает скорость закрывания, что обеспечивает форму тока с более крутыми фронтами и спадами, т.к. это благоприятно сказывается на экономичности.Для наглядности, приводим внешний вид разъёмов с обозначением контактов:

В качестве 4-х контактного разъёма подойдёт разъём питания FDD:

Направляющую посередине следует срезать или оплавить для лучшей совместимости с ответной частью на материнской плате.

Конструктивное исполнение может быть любым, позаботьтесь только о надёжности монтажа и предотвращении короткого замыкания с блоками компьютера.

Мы выполнили схему навесным монтажом в миниатюрном пластмассовом корпусе с последующей пропиткой клеем для повышения надёжности. Снаружи корпуса установлен разъём для запитки вентилятора.

Через отверстие выведен жгут из 4-х проводов с разъёмом на конце для подключения к материнской плате.

Конструкция имеет хорошую повторяемость и надёжность. Было изготовлено 6 экземпляров, с большими промежутками во времени. При правильном монтаже и исправных компонентах все устройства начали работать сразу и остаются исправными по сей день.