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.

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.

Основной проблемой вентиляторов, которые охлаждают ту или иную часть компьютера, является повышенный уровень шума . Основы электроники и имеющиеся материалы помогут нам решить эту проблему своими силами. В этой статье предоставлена схема подключения для регулировки оборотов вентилятора и фотографии как выглядит самодельный регулятор скорости вращения.

Нужно отметить, что количество оборотов в первую очередь зависит от уровня подаваемого на него напряжения. Уменьшая уровень подаваемого напряжения, уменьшается как шум, так и число оборотов.

Схема подключения:

Вот какие детали нам пригодятся: один транзистор и два резистора.

Что касается транзистора, то берите КТ815 или КТ817, также можно использовать мощнее КТ819.

Выбор транзистора зависит от мощности вентилятора. В основном используются простые вентиляторы постоянного тока с напряжением 12 Вольт.

Резисторы нужно брать с такими параметрами: первый постоянный (1кОм), а второй переменный (от 1кОм до 5кОм) для регулировки скорости оборотов вентилятора.

Имея входное напряжение (12 Вольт), выходное напряжение можно регулировать, вращая движковую часть резистора R2. Как правило, при напряжении 5 Вольт или ниже, вентилятор перестает шуметь.

При использовании регулятора с мощным вентилятором советую установить транзистор на небольшой теплоотвод.

Вот и все, теперь вы можете собрать регулятор скорости вентилятора своими руками, без шумной вам работы.

С уважением, Эдгар.

Сначала - терморегулятор. При выборе схемы учитывались такие факторы, как ее простота, доступность необходимых для сборки элементов (радиодеталей), особенно применяемых в качестве термодатчиков, технологичность сборки и установки в корпус БП.

По этим критериям наиболее удачной, на наш взгляд, оказалась схема В.Портунова . Она позволяет уменьшить износ вентилятора и снизить уровень шума, создаваемого им. Схема этого автоматического регулятора частоты вращения вентилятора показана на рис.1. Датчиком температуры служат диоды VD1- VD4, включенные в обратном направлении в цепь базы составного транзистора VT1, VT2. Выбор в качестве датчика диодов обусловила зависимость их обратного тока от температуры, которая имеет более выраженный характер, чем аналогичная зависимость сопротивления терморезисторов. Кроме того, стеклянный корпус указанных диодов позволяет обойтись без каких-либо диэлектрических прокладок при установке на теплоотводе транзисторов блока питания. Немаловажную роль сыграла распространенность диодов и их доступность для радиолюбителей.

Резистор R1 исключает возможность выхода из строя транзисторов VTI, VT2 в случае теплового пробоя диодов (например, при заклинивании электродвигателя вентилятора). Его сопротивление выбирают, исходя из предельно допустимого значения тока базы VT1. Резистор R2 определяет порог срабатывания регулятора.
Рис.1

Следует отметить, что число диодов датчика температуры зависит от статического коэффициента передачи тока составного транзистора VT1,VT2. Если при указанном нa схеме сопротивлении резистора R2, комнатной температуре и включенном питании крыльчатка вентилятора неподвижна, число диодов следует увеличить. Необходимо добиться того, чтобы после подачи напряжения питания она уверенно начинала вращаться с небольшой частотой. Естественно, если при четырех диодах датчика частота вращения слишком высокая, число диодов следует уменьшить.

Устройство монтируют в корпусе блока питания. Одноименные выводы диодов VD1-VD4 спаивают вместе, расположив их корпусы в одной плоскости вплотную друг к другу Полученный блок приклеивают клеем БФ-2 (или любым другим термостойким, например, эпоксидным) к теплоотводу высоковольтных транзисторов с обратной стороны. Транзистор VT2 c припаянными к его выводам резисторами R1, R2 и транзистором VT1 (рис.2) устанавливают выводом эмиттера в отверстие «+12 В вентилятора» платы БП (раньше туда подключался красный провод от вентилятора). Налаживание устройства сводится к подбору резистора R2 спустя 2.. 3 мин после включения ПК и прогрева транзисторов БП. Временно заменив R2 переменным (100-150 кОм) подбирают такое сопротивление, чтобы при номинальной нагрузке теплоотводы транзисторов блока питания нагревались не более 40 ºС.
Во избежание поражения электрическим током (теплоотводы находятся под высоким напряжением!) "измерять" температуру на ощупь можно, только выключив компьютер.

Простую и надежную схему предложил И. Лаврушов (UA6HJQ). Принцип ее работы тот же, что и в предыдущей схеме, однако в качестве датчика температуры применен терморезистор NTC (номинал 10 кОм некритичен). Транзистор в схеме выбран типа КТ503. Как определено опытным путем его работа является более устойчивой, чем других типов транзисторов. Подстроечный резистор желательно применить многооборотный, что позволит точнее настроить температурный порог срабатывания транзистора и, соответственно, частоту вращения вентилятора. Терморезистор приклеивается к диодной сборке 12 В. При отсутствии его можно заменить двумя диодами. Более мощные вентиляторы с током потребления больше 100 мА следует подключать через схему составного транзистора (второй транзистор КТ815).

Рис.3

Схемы двух других, относительно простых и недорогих регуляторов частоты вращения вентиляторов охлаждения БП, часто приводятся в интернете (CQHAM.ru). Их особенность в том, что в качестве порогового элемента применяется интегральный стабилизатор TL431. Довольно просто «добыть» эту микросхему можно при разборке старых БП ПК АТХ.

Автор первой схемы (рис.4) Иван Шор (RA3WDK). При повторении выявилась целесообразность в качестве подстроечного резистора R1 применять многооборотный того же номинала. Терморезистор крепится на радиатор охлаждаемой диодной сборки (или на ее корпус) через термопасту КПТ-80.

Рис.4

Подобную схему, но на двух включенных параллельно КТ503 (вместо одного КТ815) применил Александр (RX3DUR). При указанных на схеме (рис.5) номиналах деталей на вентилятор поступает 7В, повышаясь при нагреве терморезистора. Транзисторы КТ503 можно заменить на импортные 2SC945, все резисторы мощностью 0,25Вт.

Более сложная схема регулятора частоты вращения вентилятора охлаждения описана в . Длительное время она с успехом применяется в другом БП. В отличие от прототипа в ней применены «телевизионные» транзисторы. Отошлю читателей к статье на нашем сайте «Еще один универсальный БП» и архиву, в котором представлен вариант печатной платы (рис.5 в архиве) и журнальный источник . Роль радиатора регулируемого транзистора Т2 на ней выполняет свободный участок фольги, оставленный на лицевой стороне платы. Эта схема позволяет, кроме автоматического увеличения частоты вращения вентилятора при нагреве радиатора охлаждаемых транзисторов БП или диодной сборки, устанавливать минимальную пороговую частоту вращения вручную, вплоть до максимума.
Рис.6

Управляем кулером (термоконтроль вентиляторов на практике)

Тем, кто использует компьютер каждый день (и особенно каждую ночь), очень близка идея Silent PC. Этой теме посвящено много публикаций, однако на сегодняшний день проблема шума, производимого компьютером, далека от решения. Одним из главных источников шума в компьютере является процессорный кулер.

При использовании программных средств охлаждения, таких как CpuIdle, Waterfall и прочих, или же при работе в операционных системах Windows NT/2000/XP и Windows 98SE средняя температура процессора в Idle-режиме значительно понижается. Однако вентилятор кулера этого не знает и продолжает трудиться в полную силу с максимальным уровнем шума. Конечно, существуют специальные утилиты (SpeedFan, например), которые умеют управлять оборотами вентиляторов. Однако работают такие программы далеко не на всех материнских платах. Но даже если и работают, то, можно сказать, не очень разумно. Так, на этапе загрузки компьютера даже при относительно холодном процессоре вентилятор работает на своих максимальных оборотах.

Выход из положения на самом деле прост: для управления оборотами крыльчатки вентилятора можно соорудить аналоговый регулятор с отдельным термодатчиком, закрепленным на радиаторе кулера. Вообще говоря, существует бесчисленное множество схемотехнических решений для таких терморегуляторов. Но нашего внимания заслуживают две наиболее простых схемы термоконтроля, с которыми мы сейчас и разберемся.

Описание

Если кулер не имеет выхода таходатчика (или же этот выход просто не используется), можно построить самую простую схему, которая содержит минимальное количество деталей (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема первого варианта терморегулятора

Ещё со времен "четверок" использовался регулятор, собранный по такой схеме. Построен он на основе микросхемы компаратора LM311 (отечественный аналог — КР554СА3). Несмотря на то, что применен компаратор, регулятор обеспечивает линейное, а не ключевое регулирование. Может возникнуть резонный вопрос: "Как так получилось, что для линейного регулирования применяется компаратор, а не операционный усилитель?". Ну, причин этому есть несколько. Во-первых, данный компаратор имеет относительно мощный выход с открытым коллектором, что позволяет подключать к нему вентилятор без дополнительных транзисторов. Во-вторых, благодаря тому, что входной каскад построен на p-n-p транзисторах, которые включены по схеме с общим коллектором, даже при однополярном питании можно работать с низкими входными напряжениями, находящимися практически на потенциале земли. Так, при использовании диода в качестве термодатчика нужно работать при потенциалах входов всего 0.7 В, что не позволяют большинство операционных усилителей. В-третьих, любой компаратор можно охватить отрицательной обратной связью, тогда он будет работать так, как работают операционные усилители (кстати, именно такое включение и использовано).

В качестве датчика температуры очень часто применяют диоды. У кремниевого диода p-n переход имеет температурный коэффициент напряжения примерно -2.3 мВ/°C, а прямое падение напряжения — порядка 0.7 В. Большинство диодов имеют корпус, совсем неподходящий для их закрепления на радиаторе. В то же время некоторые транзисторы специально приспособлены для этого. Одними из таких являются отечественные транзисторы КТ814 и КТ815. Если подобный транзистор привинтить к радиатору, коллектор транзистора окажется с ним электрически соединенным. Чтобы избежать неприятностей, в схеме, где этот транзистор используется, коллектор должен быть заземлен. Исходя из этого, для нашего термодатчика нужен p-n-p транзистор, например, КТ814.

Можно, конечно, просто использовать один из переходов транзистора как диод. Но здесь мы можем проявить смекалку и поступить более хитро:) Дело в том, что температурный коэффициент у диода относительно низкий, а измерять маленькие изменения напряжения достаточно тяжело. Тут вмешиваются и шумы, и помехи, и нестабильность питающего напряжения. Поэтому часто, для того чтобы повысить температурный коэффициент датчика температуры, используют цепочку последовательно включенных диодов. У такой цепочки температурный коэффициент и прямое падение напряжения увеличиваются пропорционально количеству включенных диодов. Но ведь у нас не диод, а целый транзистор! Действительно, добавив всего два резистора, можно соорудить на транзисторе двухполюсник, поведение которого будет эквивалентно поведению цепочки диодов. Что и сделано в описываемом терморегуляторе.

Температурный коэффициент такого датчика определяется отношением резисторов R2 и R3 и равен T cvd *(R3/R2+1), где T cvd — температурный коэффициент одного p-n перехода. Повышать отношение резисторов до бесконечности нельзя, так как вместе с температурным коэффициентом растет и прямое падение напряжения, которое запросто может достигнуть напряжения питания, и тогда схема работать уже не будет. В описываемом регуляторе температурный коэффициент выбран равным примерно -20 мВ/°C, при этом прямое падение напряжения составляет около 6 В.

Датчик температуры VT1R2R3 включен в измерительный мост, который образован резисторами R1, R4, R5, R6. Питается мост от параметрического стабилизатора напряжения VD1R7. Необходимость применения стабилизатора вызвана тем, что напряжение питания +12 В внутри компьютера довольно нестабильное (в импульсном источнике питания осуществляется лишь групповая стабилизация выходных уровней +5 В и +12 В).

Напряжение разбаланса измерительного моста прикладывается к входам компаратора, который используется в линейном режиме благодаря действию отрицательной обратной связи. Подстроечный резистор R5 позволяет смещать регулировочную характеристику, а изменение номинала резистора обратной связи R8 позволяет менять ее наклон. Емкости C1 и C2 обеспечивают устойчивость регулятора.

Смонтирован регулятор на макетной плате, которая представляет собой кусочек одностороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.2).

Рис. 2. Монтажная схема первого варианта терморегулятора

Для уменьшения габаритов платы желательно использовать SMD-элементы. Хотя, в принципе, можно обойтись и обычными элементами. Плата закрепляется на радиаторе кулера с помощью винта крепления транзистора VT1. Для этого в радиаторе следует проделать отверстие, в котором желательно нарезать резьбу М3. В крайнем случае, можно использовать винт и гайку. При выборе места на радиаторе для закрепления платы нужно позаботиться о доступности подстроечного резистора, когда радиатор будет находиться внутри компьютера. Таким способом можно прикрепить плату только к радиаторам "классической" конструкции, а вот крепление ее к радиаторам цилиндрической формы (например, как у Orb-ов) может вызвать проблемы. Хороший тепловой контакт с радиатором должен иметь только транзистор термодатчика. Поэтому если вся плата целиком не умещается на радиаторе, можно ограничится установкой на нем одного транзистора, который в этом случае подключают к плате с помощью проводов. Саму плату можно расположить в любом удобном месте. Закрепить транзистор на радиаторе несложно, можно даже просто вставить его между ребер, обеспечив тепловой контакт с помощью теплопроводящей пасты. Еще одним способом крепления является применение клея с хорошей теплопроводностью.

При установке транзистора термодатчика на радиатор, последний оказывается соединенным с землей. Но на практике это не вызывает особых затруднений, по крайней мере, в системах с процессорами Celeron и PentiumIII (часть их кристалла, соприкасающаяся с радиатором, не имеет электрической проводимости).

Электрически плата включается в разрыв проводов вентилятора. При желании можно даже установить разъемы, чтобы не разрезать провода. Правильно собранная схема практически не требует настройки: нужно лишь подстроечным резистором R5 установить требуемую частоту вращения крыльчатки вентилятора, соответствующую текущей температуре. На практике у каждого конкретного вентилятора существует минимальное напряжение питания, при котором начинает вращаться крыльчатка. Настраивая регулятор, можно добиться вращения вентилятора на минимально возможных оборотах при температуре радиатора, скажем, близкой к окружающей. Тем не менее, учитывая то, что тепловое сопротивление разных радиаторов сильно отличается, может потребоваться корректировка наклона характеристики регулирования. Наклон характеристики задается номиналом резистора R8. Номинал резистора может лежать в пределах от 100 К до 1 М. Чем больше этот номинал, тем при более низкой температуре радиатора вентилятор будет достигать максимальных оборотов. На практике очень часто загрузка процессора составляет считанные проценты. Это наблюдается, например, при работе в текстовых редакторах. При использовании программного кулера в такие моменты вентилятор может работать на значительно сниженных оборотах. Именно это и должен обеспечивать регулятор. Однако при увеличении загрузки процессора его температура поднимается, и регулятор должен постепенно поднять напряжение питания вентилятора до максимального, не допустив перегрева процессора. Температура радиатора, когда достигаются полные обороты вентилятора, не должна быть очень высокой. Конкретные рекомендации дать сложно, но, по крайней мере, эта температура должна "отставать" на 5 — 10 градусов от критической, когда уже нарушается стабильность системы.

Да, еще один момент. Первое включение схемы желательно производить от какого-либо внешнего источника питания. Иначе, в случае наличия в схеме короткого замыкания, подключение схемы к разъему материнской платы может вызвать ее повреждение.

Теперь второй вариант схемы. Если вентилятор оборудован таходатчиком, то уже нельзя включать регулирующий транзистор в "земляной" провод вентилятора. Поэтому внутренний транзистор компаратора здесь не подходит. В этом случае требуется дополнительный транзистор, который будет производить регулирование по цепи +12 В вентилятора. В принципе, можно было просто немного доработать схему на компараторе, но для разнообразия была сделана схема, собранная на транзисторах, которая оказалась по объему даже меньше (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема второго варианта терморегулятора

Поскольку размещенная на радиаторе плата нагревается вся целиком, то предсказать поведение транзисторной схемы довольно сложно. Поэтому понадобилось предварительное моделирование схемы с помощью пакета PSpice. Результат моделирования показан на рис. 4.

Рис. 4. Результат моделирования схемы в пакете PSpice

Как видно из рисунка, напряжение питания вентилятора линейно повышается от 4 В при 25°C до 12 В при 58°C. Такое поведение регулятора, в общем, соответствует нашим требованиям, и на этом этап моделирования был завершен.

Принципиальные схемы этих двух вариантов терморегулятора имеют много общего. В частности, датчик температуры и измерительный мост совершенно идентичны. Разница заключается лишь в усилителе напряжения разбаланса моста. Во втором варианте это напряжение поступает на каскад на транзисторе VT2. База транзистора является инвертирующим входом усилителя, а эмиттер — неинвертирующим. Далее сигнал поступает на второй усилительный каскад на транзисторе VT3, затем на выходной каскад на транзисторе VT4. Назначение емкостей такое же, как и в первом варианте. Ну, а монтажная схема регулятора показана на рис. 5.

Рис. 5. Монтажная схема второго варианта терморегулятора

Конструкция аналогична первому варианту, за исключением того, что плата имеет немного меньшие размеры. В схеме можно применить обычные (не SMD) элементы, а транзисторы — любые маломощные, так как ток, потребляемый вентиляторами, обычно не превышает 100 мА. Замечу, что эту схему можно использовать и для управления вентиляторами с большим значением потребляемого тока, но в этом случае транзистор VT4 необходимо заменить на более мощный. Что же касается вывода тахометра, то сигнал тахогенератора TG напрямую проходит через плату регулятора и поступает на разъем материнской платы. Методика настройки второго варианта регулятора ничем не отличается от методики, приведенной для первого варианта. Только в этом варианте настройку производят подстроечным резистором R7, а наклон характеристики задается номиналом резистора R12.

Выводы

Практическое использование терморегулятора (совместно с программными средствами охлаждения) показало его высокую эффективность в плане снижения шума, производимого кулером. Однако и сам кулер должен быть достаточно эффективным. Например, в системе с процессором Celeron566, работающем на частоте 850 МГц, боксовый кулер уже не обеспечивал достаточной эффективности охлаждения, поэтому даже при средней загрузке процессора регулятор поднимал напряжение питания кулера до максимального значения. Ситуация исправилась после замены вентилятора на более производительный, с увеличенным диаметром лопастей. Сейчас полные обороты вентилятор набирает только при длительной работе процессора с практически 100% загрузкой.