Радио-как хобби
Система автоматического управления вентилятором своими руками.
Часто в радиолюбительской практике возникает необходимость охлаждать методом обдува какие-либо мощные активные элементы: регулирующие транзисторы в блоках питания, в выходных каскадах мощных УНЧ, радиолампы в выходных каскадах передатчиков и т.д.
Конечно, проще всего включить вентилятор на полные обороты. Но это не самый лучший выход-шум вентилятора будет напрягать и мешать.
Система автоматического управления вентилятором-вот что может быть выходом из ситуации.
Такая система автоматического управления вентилятором, будет управлять включением/выключением и оборотами вентилятора в зависимости от температуры.
В данной статье предложен простой, бюджетный выход из ситуации…
Итак, некоторое время тому назад знакомый товарищ попросил изготовить ему систему автоматического регулирования оборотов вентилятора охлаждения для зарядного устройства. Поскольку готового решения у меня не было-пришлось поискать что-либо подходящее в интернете.
Всегда руководствуюсь принципом –«делать жизнь как можно проще», поэтому подыскивал схемы попроще, без всяких там микроконтроллеров, которые сейчас суют где надо, и где не надо. Попалась на глаза статья :http://dl2kq.de/pa/1-11.htm. Решено было испытать описанные в ней автоматы управления вентилятором…
Система автоматического управления вентилятором №1.
Принципиальная схема устройства показана ниже:
В данном случае применен вентилятор с рабочим напряжением 12 В.
Схема питается напряжением 15…18 В. Интегральный стабилизатор типа 7805 задает начальное напряжение на вентиляторе. Транзистор VT1 управляет работой интегрального стабилизатора. В качестве датчиков температуры использованы кремниевые транзисторы (VT2 и VT3) в диодном включении.
Схема работает следующим образом: в холодном состоянии датчиков температуры напряжение на них максимально. Транзистор VT1 полностью открыт, напряжение на его коллекторе ( а значит и на выводе 2 интегрального стабилизатора) составляет десятые доли вольта. Напряжение, подаваемое на вентилятор почти равно паспортному выходному напряжению микросхемы LM7805, и вентилятор вращается на небольших оборотах.
По мере прогрева датчиков температуры ( одного любого из них, или обеих) напряжение на базе VT1 начинает уменьшаться. Транзистор VT1 начинает закрываться, напряжение на его коллекторе увеличивается, а соответственно, увеличивается и напряжение на выходе микросхемы LM7805.
Обороты вентилятора также увеличиваются и плавно достигают максимальных. По мере остывания датчиков температуры происходит обратный процесс и обороты вентилятора уменьшаются.
Количество датчиков может быть от одного до нескольких ( мною опробовано три параллельно включенных датчика). Датчики могут быть установлены как рядом друг с другом ( для повышения надежности срабатывания), так и размещены в разных местах.
Изначально данная схема разрабатывалась для применения в мощном ламповом усилителе мощности КВ диапазона, отсюда большое количество блокировочных конденсаторов. При применении данной системы автоматического управления режимом работы вентилятора, скажем, в блоках питания, или в мощных усилителях НЧ блокировочные конденсаторы можно не устанавливать.
Данная схема интересна еще и тем, что датчики температуры могут быть как закреплены на радиаторах мощных транзисторов, диодов и иметь непосредственный тепловой контакт с ними,так и установлены на весу, в потоке теплого воздуха.
В качестве транзисторов VT1…VT3 можно применить любые кремниевые транзисторы в пластиковом корпусе и структуры n-p-n. Мною успешно испытаны транзисторы КТ503, КТ315, КТ3102, S9013, 2N3904. Подстроечный резистор R2 служит для установки минимальных оборотов вентилятора.
При настройке данной системы автоматического управления режимом работы вентилятора подстроечным резистором R2 устанавливают минимальные обороты вентилятора. Затем, нагревая датчик, или датчики, каким-либо источником тепла убеждаются в работоспособности системы и возможность срабатывания её от разных датчиков независимо.
Данная схема достаточно чувствительна-можно настроить её на срабатывание даже от нагевания датчика температуры рукой. Важное замечание. Схема измеряет не абсолютную температуру, а разность температур между переходами транзистора VT1 и датчиков VT2 и VT3. Поэтому плата устройства должна быть размещена в месте, исключающем дополнительный нагрев. Интегральный стабилизатор должен быть снабжен небольшим радиатором.
Система автоматического управления вентилятором №2.
Здесь описано аналогичное устройство, но имеющее некоторые особенности.
Дело вот в чем. Часто бывают случаи, когда система автоматического управления режимом работы вентилятора установлена в изделии, где имеется всего лишь одно питающее напряжение -12В, но и вентилятор рассчитан на работу от напряжения 12 В.
Для достижения максимальных оборотов вентилятора необходимо подать на него полное напряжение,или, другими словами, регулирующий элемент системы автоматического управления режимом работы вентилятора должен иметь практически близкое к нулю падение напряжения на нем. И в этом смысле схема, описание которой изложено выше, не подходит.
В этом случае применимо другое устройство, схема которого представлена ниже:
Регулирующим элементом служит полевой транзистор с очень низким сопротивлением канала в открытом состоянии. Мною использован транзистор типа PHD55N03.
Он имеет следующие характеристики: максимальное напряжение сток-исток -25 В, максимальный ток стока- 55 А, сопротивлением канала в открытом состоянии -0,14 мОм.
Подобные транзисторы применяются на материнских платах и платах видеокарт. Я добыл этот транзистор на старой материнской плате:
Цоколевка этого транзистора:
Именно очень низкое сопротивление канала в открытом состоянии и позволяет приложить к вентилятору практически полное напряжение питания.
В этой схеме датчиком температуры служит терморезистор R1 номиналом 10 кОм. Терморезистор должен быть с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ( типа NTC).
Номинал терморезистора R1 может быть от 10 до 100 кОм, соответственно нужно изменить и номинал подстроечного резистора R2. Так, для терморезистора номиналом 100 кОм, сопротивление подстроечного резистора R2 должно быть 51 или 68 кОм. Подстроечным резистором R2 в данной схеме устанавливается порог срабатывания схемы.
Данная схема работает по принципу термоуправляемого реле: вентилятор включен/выключен в зависимости от температуры датчика.
Конструктивно, терморезистор R1 размещается на радиаторе транзисторов, которые обдувает вентилятор. Подстроечным резистором R2 при настройке схемы добиваются старта вентилятора при пороговой (начальной) температуре.
В качестве VT1 подойдет любой полевой транзистор с напряжением стока выше 20 В и сопротивлением канала в открытом состоянии менее 0,5 Ома.
Если напряжение питания не стабилизировано, то порог срабатывания схемы будет плавать, со всеми вытекающими последствиями. В этом случае полезно будет запитать терморезистор от стабильного источника питания, например -78L09.
Ниже приведен модернизированный вариант этой схемы. В данной схеме предусмотрена возможность независимой регулировки как минимальных оборотов при нормальной температуре, так и температуру, с которой обороты вентилятора начинают увеличиваться.
Здесь цепь R5, R6,VD2 позволяет установить минимальные обороты вентилятора при нормальной ( начальной) температуре при помощи подстроечного резистора R5. А резистором R7 устанавливают температуру, с которой вентилятор переходит на повышенные обороты.
Как и в предыдущих схемах, блокировочные конденсаторы необходимы при эксплуатации устройства в условиях воздействия мощных высокочастотных наводок-например ламповый усилитель мощности КВ диапазона. В других случаях в их установке нет необходимости.
Терморезисторов-датчиков температуры может быть несколько и установленных в разных местах. Вентиляторов тоже может быть несколько. В этом случае возможно ( но необязательно) будет необходимым предусмотреть небольшой радиатор для регулирующего транзистора.
Вид собранной платы системы автоматического управления обдувом, управляющий транзистор установлен со стороны печатных проводников:
Печатная плата, вид со стороны проводящих дорожек:
Все три схемы, приведенные в этой статье мною опробованы и продемонстрировали надежную и стабильную работу.
Обновление от 13.01.2020
Изготовил еще два варианта подобных регуляторов. Без использования терморезисторов.
Статья с подробным описанием здесь.
Дополнение от 19.02.2020.
Проделал лабораторную работу с целью определения возможности работы термоуправляемого регулятора, собранного по схеме №2 (см. текст статьи), от напряжения +27 В вместо штатных +12 В.
Делать эту работу пришлось, так как у некоторых коллег что-то там не получается и работает наоборот, и вовсе не так…
Схему собрал упрощенную-всего три детали. В качестве регулирующего транзистора применил IRF630.
Схема получилась такая:
В качестве нагрузки использован 27-ми вольтовый электродвигатель ДП25-1,6-3-27.
Всё заработало сразу, и как положено-при нагреве терморезистора двигатель начинает вращаться, при охлаждении останавливается. Порог срабатывания устанавливается подстроечным резистором 10 кОм. Причем, можно выставить так, что схема будет срабатывать даже от нагрева терморезистора дыханием.
НЕСКОЛЬКО СХЕМ РЕАЛИЗАЦИИ РЕГУЛЯТОРА ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРА ОХЛАЖДЕНИЯ
Принудительное охлаждение теплоотвода в радиоэлектронных устройствах используется довольно широко радиолюбителями в своих конструкциях. Иногда без него просто не обойтись, при использовании мощных схем, а иногда такой метод охлаждения позволяет существенно сэкономить на площади радиатора охлаждения и габаритах итогового устройства. На канале уже было две статьи на тему управления вентилятором охлаждения. Первая конструкция « заточена » чисто под использование в УМЗЧ и управлялась его выходным сигналом, а во второй использовался ntc -терморезистор в качестве датчика для управления числом оборотов вентилятора охлаждения.
Рациональное управление числом оборотов вентилятора охлаждения имеет ряд преимуществ над обычным включением вентилятора, который постоянно включен и ничем не управляется. Во-первых, это и продление срока службы самого вентилятора, который не бесконечен. А во-вторых, включение или повышение числа оборотов вентилятора именно когда это действительно необходимо снижает уровень шума им производимый, который в некоторых случаях может отвлекать и раздражать.
Предлагаю вниманию радиолюбителей ещё несколько простых схем управления частотой вращения 12-ти вольтовых вентиляторов охлаждения, в зависимости от температуры теплоотвода, где в качестве датчика используется ntc -терморезистор.
В регуляторе, собранном по схеме, изображенной выше, двигатель вентилятора М1 питается от источника напряжения 12 В через регулируемый интегральный стабилизатор DA1 . На обдуваемом вентилятором теплоотводе установлен терморезистор R1 сопротивление которого уменьшается с повышением температуры.
Напряжение на выходе стабилизатора DA1 зависит от отношения сопротивлений резистора R3 и резистора R4 с подключенным параллельно ему участком коллектор — эмиттер транзистора VT1 . Когда транзистор закрыт выходное напряжение стабилизатора при соответствующем выборе резисторов R3 и R4 близко к напряжению питания. Производительность вентилятора в этом случае максимальна.
При полностью открытом транзисторе, выходное напряжение стабилизатора менее 2 В и вентилятор не работает. Именно такой остается ситуация пока теплоотвод, на котором установлен терморезистор R1 , холодный и сопротивление терморезистора максимально.
С ростом температуры теплоотвода напряжение на базе транзистора поступающее с образованного резистором R2 и терморезистором R1 делителя напряжения уменьшается и транзистор постепенно закрывается. Напряжение, подаваемое на вентилятор, увеличивается, и он начинает работать с нарастающей производительностью.
Значение температуры, при котором достигается равновесие между выделяемой элементами, установленными на теплоотводе, мощностью и количеством тепла отводимого за счет обдува, можно установить подборкой резистора R2 . Для этого временно заменяют резистор двумя соединенными последовательно, постоянным — номиналом 47…51 кОм и переменным — номиналом 220 кОм . Добившись нужного результата, измеряют мультиметром суммарное сопротивление этих резисторов и впаивают вместо них один соответствующего номинала.
В тех случаях, когда полная остановка вентилятора нежелательна, регулятор можно собрать по схеме, изображенной выше. Здесь напряжение на вентиляторе не падает ниже определенного значения. Номиналы резисторов R3—R5 должны удовлетворять уравнениям: R4 + R5 = R3 (Umax / 1,25 – 1) и R4 = R3 (Umin / 1,25 – 1) . Где Umax и Umin — соответственно максимальное и минимальное значения напряжения на вентиляторе. Перед расчетом необходимо задать номинал одного из резисторов. Обычно выбирают R3 = 120…240 Ом .
Стабилизатор LM317, в рассмотренных регуляторах, можно заменить его отечественным аналогом — КР142ЕН12 . Действующие по такому же принципу регуляторы можно построит и на интегральных стабилизаторах с фиксированным выходным напряжением, например, на LM7805 ( КР142ЕН5А ) по схеме, изображенной на рисунке ниже.
Напряжение, подаваемое на вентилятор, в этом случае не может опуститься ниже номинального выходного напряжения стабилизатора.
При необходимости питать вентилятор отрицательным, относительно общего провода, напряжением, достаточно применить в регуляторе стабилизатор, включенный в минусовый провод, и транзистор структуры pnp, как показано ниже.
