Analogowy Regulator Obrotów Wentylatora


9.5
Ocena: None Średnia: 9.5 (2 głosujących)

W obecnie budowanych układach elektronicznych często zamiast dużych i ciężkich radiatorów wykorzystuje się systemy aktywnego chłodzenia z wentylatorami. W dobie techniki mikroprocesorowej wentylatory sterowane są przeważnie z mikrokontrolera lub innego specjalizowanego układu, a prędkość obrotowa regulowana jest poprzez PWM (ang. Pulse-Width Modulation) czyli regulację szerokości impulsu podawanego na wentylator. W niektórych przypadkach nie chcemy sterować wentylatorów impulsowo ze względu na zwiększone ryzyko zakłóceń jakie mogą powstać w innych częściach danego układu. Naprzeciw oczekiwaniom wychodzi wtedy analogowy sterownik obrotów. Układ ten został zaprojektowany do aktywnego chłodzenia wzmacniacza dużej mocy i pozwala na regulację obrotów 4 wentylatorów w zależności od temperatury. Czujnikiem temperatury jest tutaj popularny tranzystor BD139, gdyż dokładność nie jest ważna a zastosowanie tranzystora tego typu pozwala obniżyć koszty całego układu. Ponadto obudowa tego tranzystora może być łatwo przykręcona do radiatora zapewniając dobry kontakt termiczny. Regulacja obrotów polega na płynnej zmianie napięcia wyjściowego, więc nie generuje żadnych dodatkowych zakłóceń, przez co znakomicie nadaje się chociażby do wzmacniaczy mocy. Przy cichym słuchaniu gdzie moc strat jest mała, a radiator zimny - wentylatorów nie słychać.

Projekt został opublikowany w Elektronice dla Wszystkich 4/2013

Działanie:


Schemat ideowy układu znajduje się na rysunku poniżej:

Sercem układu jest tutaj podwójny wzmacniacz operacyjny U1 (LM358). Wybór konkretnie tego wzmacniacza operacyjnego podyktowany był nie tylko jego niską ceną i dostępnością, ale przede wszystkim możliwością pracy przy napięciach wyjściowych bliskich dolnej szynie zasilania, czyli blisko masy. Pierwsza połówka wzmacniacza (U1A) działa w konfiguracji wzmacniacza różnicowego o wzmocnieniu 1. Wzmocnienie to ustalone jest za pomocą rezystorów R4-R7 (100k) i w razie konieczności można je zmienić modyfikując stosunek R7/R4 przy zachowaniu takiego samego stosunku R6/R5. Czujnikiem temperatury jest tranzystor T1 (BD139) a dokładniej jego złącze baza-kolektor, spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Rezystor R1 (22k) ogranicza prąd jaki mógłby popłynąć przez T1. Napięcie na bazie tranzystora T1 w temperaturze pokojowej będzie w granicach 600mV i jak w typowym złączu PN będzie malało wraz ze wzrostem temperatury o wartość około 2.3 mV/K. Kondensator C1 (100nF) filtruje to napięcie, które następnie trafia na rezystor R4, czyli wejście odwracające wzmacniacza różnicowego U1A. Dzielnik zbudowany z R2 (22k), P1 (5k) i R3 (120R) pozwala regulować napięcie jakie trafia na rezystor R5, czyli wejście nieodwracające wzmacniacza U1A. Kondensator C2 (100nF) filtruje to napięcie. W najprostszym przypadku potencjometrem P1 należy ustawić napięcie na C2 równe napięciu jakie panuje na C1 w temperaturze pokojowej. Spowoduje to, że na wyjściu wzmacniacza U1A (pin 1) napięcie równe 0 (w temperaturze pokojowej) i będzie rosło o około 2.3mV/K (miliwolty na Kelwin) wraz ze wzrostem temperatury.

Druga połówka wzmacniacza (U1B) stanowi tutaj wzmacniacz nieodwracający o wzmocnieniu 61, za wartość którego odpowiadają elementy R9 (120k) i R8 (2k). Wzmocnienie wyrażone jest tutaj stosunkiem tych rezystancji powiększonym o 1. Elementem wykonawczym jest tranzystor w układzie darlingtona T2 (TIP122) pracujący jako bufor napięciowy o dużej wydajności prądowej. Rezystor R10 (330R) ogranicza prąd bazy tranzystora T2. Napięcie różnicowe z wyjścia U1A jest wzmacniane ponad 60 razy po czym trafia na tranzystor T2. Prąd płynący przez tranzystor T2 trafia przez diody D1-D4 (1N4007) na złącza GP2-GP5, które umożliwiają podłączenie wentylatorów. Kondensatory C5-C8 (100uF) filtrują zasilanie wentylatorów, a dodatkowo niwelują zakłócenia, które generują same wentylatory podczas pracy.

Układ zasilany jest napięciem 15V ze względu na spadek napięcia na złączu baza-emiter tranzystora T2, wynoszący około 0.6V, oraz spadek napięcia na szeregowych diodach o podobnej wartości. Dodatkowo sam wzmacniacz operacyjny nie potrafi pracować przy napięciach wyjściowych bliskich górnej szynie zasilania. Te wszystkie ograniczenia oraz chęć uzyskania zasilania wentylatora w przedziale 0-12V wymusiły podwyższenie napięcia zasilania do 15V. Napięcie zasilania układu podawane jest na złącze GP1, a kondensatory C3 (100nF) i C4 (100uF) stanowią jego filtrację.

Budowa:


Układ z powodzeniem można zbudować w oparciu o płytkę drukowaną dostępną tutaj. Rysunek w odbiciu lustrzanym dostępny jest tutaj. Montaż układu nie jest skomplikowany, lutowanie należy rozpocząć od zamontowania jednej zworki. Pomocą w konstrukcji może okazać się schemat montażowy dostępny tutaj. Kolejność pozostałych elementów jest dowolna ale wygodnie jest zacząć od rezystorów i diod, a skończyć na kondensatorach elektrolitycznych i złączach. Sposób montażu tranzystora wykonawczego T2 i czujnika T1 jest bardzo ważny. Należy pamiętać, iż tranzystor T2 pracuje liniowo, więc wydziela się na nim duża moc strat, co bezpośrednio przekłada się na ciepło. Płytka została tak zaprojektowana aby możliwe było jej przykręcenie do radiatora, który ma być chłodzony przez sam sterownik. Tranzystory T1 i T2 trzeba wtedy zamontować na długich wyprowadzeniach i odpowiednio je wygiąć aby możliwe było przykręcenie ich do radiatora. Należy tutaj pamiętać o podkładkach silikonowych lub mikowych, aby odizolować się elektrycznie od radiatora. Pod układ U1 dobrze jest zastosować podstawkę, a w roli P1 konieczny jest potencjometr wieloobrotowy.

Uruchomienie układu nie sprawi problemów. Układ zbudowany ze sprawnych komponentów powinien działać od razu. Trzeba jedynie pamiętać o ustawieniu progu działania za pomocą potencjometru P1, tak aby w temperaturze pokojowej wentylatory kręciły się wolno. Napięcie w układzie modelowym mierzone na wentylatorze wynosiło wówczas około 4V. Układ osiągał na wyjściu napięcie 12V dla temperatury 80 stopni, czyli przy wzroście o około 60 stopni.

Parametry układu nie są krytyczne i można je modyfikować w szerokich granicach. W układzie modelowym napięcie na wyjściu zmieniało się w granicach 4-12V. Przy wzmocnieniu układu U1B wynoszącym 61, daje to zmianę napięcia na wyjściu U1A o około 131mV (8V/61). Wartość ta po podzieleniu przez 2.3mV/K daje zmianę temperatury o 57 stopni. Wynika z tego, że w temperaturze pokojowej (23 stopnie) na wyjściu układu panuje napięcie 4V, a w temperaturze 80 stopni napięcie 12V. Znając potrzebny zakres zmian napięcia wyjściowego i odpowiadający mu zakres zmiany temperatury można wyliczyć wzmocnienie dla wzmacniacza U1B. Sprowadzi się to do podzielenia zakresu zmian napięcia wyjściowego, wyrażonego w mV, przez zakres zmian temperatury oraz przez stałą wartość 2.3mV/K. Potem wystarczy tylko za pomocą potencjometru P1 dostroić taki punkt pracy, aby w temperaturze pokojowej napięcie wyjściowe było równe założonej przy obliczeniach dolnej granicy.

Wykaz Elementów:

1x GW-02 Gold Pin z prowadzeniem
4x GW-03 Gold Pin z prowadzeniem

1x 2k
2x 22k
4x 100k
1x 120R
1x 120k
1x 330R
1x Potencjometr Montażowy 5k

3x 100nF
5x 100uF Elektrolit

4x 1N4007
1x LM358
1x BD139
1x TIP122

Zdjęcia Projektu:


ZałącznikWielkość
Schemat41.07 KB
Płytka11.99 KB
Płytka (odbicie lustrzane)12.01 KB
Płytka (kilka na stronie)147.5 KB
Montowanie15.42 KB
Montowanie (wersja 2)16.72 KB
Warstwa opisowa85.71 KB
Soldermaska71.66 KB



Portret użytkownika jajak1234

Mosfet

Nie mam za bardzo doświadczenia i wiedzy ale czy tu nie lepszy byłby jakiś mosfet jako stopień końcowy (zamiast tip122) jeśli tak to jaki to ma być mosfet.
Oraz czy jest możliwość zmiany charakterystyki powiedzmy np. że 4V osiąga przy pokojowej, a 12V przy 60*C?

EDIT. Na drugie pytanie odpowiedziałem sobie dogłębnie czytając opis (zmiana wzmocnienia)

Portret użytkownika mirley

Re: Mosfet

Mosfet może działać ale...... na bramce względem źródła musi być znacznie większe napięcie niż dla bipolara, czyli zasilanie musi być większe aby uzyskać 12V na wyjściu i moc strat w mosfecie jest ogromna. Bipolar darlington pod tym względem jest lepszy, możesz spróbowac z mosfetem, nic nie stoi na przeszkodzie

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika krzychu

czujnik temp.

A może lepiej zastosować czujnik temp. LM 35?
Co Wy na to?

Portret użytkownika mirley

Re: Czujnik

Można ale jest droższy.....

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika mich43l

Jaki prąd pobiera cały układ

Jaki prąd pobiera cały układ ?

Portret użytkownika mirley

Re: Wentylatory

Nie wiem dokłądnie, nie mierzyłem pewnie kilka, kilkanascie mA, można to zaniedbać w porównaniu z wentylatorami

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika pytanie

Jak podłączyć?

Możesz napisać jak to podłączyć. To znaczy gdzie zasilanie, co oznacza GPN1-GPN5? Jak możesz to wyjaśnij. Nigdy nie miałem styczności z takim układem.

Portret użytkownika EDC

Odp. Jak podłączyć

Kliknij zdjęcia i powiększ. Cztery wyjścia trzy pinowe na 4 wentylatory i jedno dwu pinowe na zasilanie.
Trochę inwencji :D
Goldpin to typ złacza. Gold Pin = pozłacane piny. Wzięło się z techniki komputerowej gdzie kiedyś każde złącze było pozłacane (nawet skupowali potem stare komputery by odzyskiwać złoto).
Złącze GP1 to złącze GoldPin1. Analogicznie GP2-GP5 to złacze od GP2 poprzez GP3, GP4 do GP5 :)
Przy wentylatorach są potrójne złącza, po to pewnie by nie pomylić ich z zasilającym. Często też taki sposób zabezpiecza przed podłączeniem wentylatora "w odwrotną stronę".

Miłego dnia :)

-

BARTek
Moja strona

Portret użytkownika mirley

Re: Wentylator

# pinowe złącze jest stosowane w wentylatorach z pomiarem obrotów, zastosowałem takie aby nie było konieczności przerabiania wtyczek

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika gosc7262362341

Podobne

Wyczuwam podobieństwo. Zwłaszcza w jednym zdjęciu ;)

TUTAJ

Portret użytkownika marekszy

podobne

Otwórz sobie PDF-a od tego regulatora i zobacz kto jest autorem i wszystko będziesz wiedział.

Portret użytkownika mirley

Re: Drugi akapit mówi:

Projekt został opublikowany w Elektronice dla Wszystkich 4/2013

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika adrian9327

Witam jest możliwość

Witam jest możliwość zastosowania dwóch BD139 ?? ponieważ mam dwa radiatory a chciałbym używać jednego wentylatora i wykonać tylko tą jedną płytkę z regulatorem, bo raz będzie się grzał jeden a raz drugi radiator.

Portret użytkownika mirley

Re: BD139

Ja bym spróbował dac w szeregu dwa czujnki na BD139 i dopasować odpowiednio dzielnik do dwa razy wyższego napięcia. Ale wtedy układ będzie reagował tak jakby na sumę temperatur z obu radiatorów

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika kmat

ntc jako czujnik temperatury

Witam ! Czy w miejsce BD139 można zastosować czujnik ntc 10k

Portret użytkownika mirley

Re: NTC

Ideowo powinno działać. Trzeba będzie prawdopodobnie dopasować wzmocnienie drugiego stopnia, bo zmiana rezystancji a co za tym idzie napięcia na dzielniku będzie znacznie szybsza niż dla złącza PN przy zmianach temperatury

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika byRafall

Witam, zbudowałem ten układ i

Witam, zbudowałem ten układ i rzeczywiście bardzo fajnie działa, dostrojenie układu jest bardzo proste.
W moim wykonaniu wartość wzmocnienia dla U1B wynosi około 150 (R9 - 150k R8 - 1k) i wentylator dużo chętniej reaguje na zmianę temperatury.
Zastosowanie tranzystora jako czujnika jest uzasadnione ze względu na obudowę. W porównaniu do termistora jest sporo łatwiej zamontować na radiatorze.
Potencjometr montażowy warto dać precyzyjny (wieloobrotowy) łatwiej wtedy ustawić próg włączania wentylatorów.
Jedynie do czego mógłbym się przyczepić to PCB, trochę spore jak na dodatkowy układ który trzeba gdzieś upchnąć, no chyba że mamy sporo miejsca to wtedy jest ok.
W moim projekcie jeden wentylator schładza dwa radiatory nie połączone termicznie, dlatego wykonałem dwa układy które sterują jednym wentylatorem, ale ostatecznie można było dać dwa czujniki połączone równolegle.
Należałoby jedynie porównać spadki napięć czy są takie same lub dodać rezystor który by dostrajał.
Układ jak najbardziej godny polecenia.
Pozdrawiam.

Portret użytkownika Go-s-c

Problem

Witam, układ mam dobrze zlutowany jednak bez względu na potencjometr i na temperaturę na wyjściu jest 10,9V. Układ sprawdzałem ale nie wiem co moze byc przyczyna. Proszę o pomoc.

Portret użytkownika mirley

Re: Wentylator

A na pewno dobrze podłączyłeś tranzystor/czujnik? Jakie jest na nim napięcie a jakie na suwaku potencjometru? Różnica tych napięc powinna być obecna na wyjściu pierwszego wzmacniacza

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika go-s-c

Na czujniku jest 9,9V (w

Na czujniku jest 9,9V (w temp. pokojowej), na potencjometrze 2,2V, na wyjściu pierwszego wzmacniacza 1,9V.

Portret użytkownika mirley

Re: Ster wentylatora

Złącze czujnika powinno byc spolaryzowane w kier. przewodzenia.... spodziewaj się napięcia rzedu 600mV.... cos jest nie tak z czujnikiem...... Możesz dać na początek zwykłą diodę 1N4148 lub podobną

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika go-s-c

Z diodą niektóre wartości się

Z diodą niektóre wartości się zmieniły, na wyjściu pierwszego wzmacniacza jest 3,7V bez względu na obrót potencjometru, a na wyjściu układu nadal jest 10,9V jak z czujnikiem.

Portret użytkownika mirley

Re: Went

Ale ile jest na diodzie i suwaku?... Czy na pewno wzmacniacz jest sprawny i włożony dobrze w podstawkę?

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika go-s-c

Zamontowałem nowy tranzystor

Zamontowałem nowy tranzystor BD139, na nim jest 600mV, na potencjometrze 1,2V na wyjściu pierwszego wzmacniacza 2,9V a na wyjściu układu nadal 10,9V. Układ scalony jest nowy (zamiennik MA1458)

Portret użytkownika mirley

Re: Went

Już prawdopodobnie wiem co jest.... Skręć potencjometr aby było na nim np 580mV i zmierz napięcie na wyjściu pierwszego wzmacniacza... Potem ustaw potencjometrem 620mV i znowu zmierz wyjście.....

W jednym przypadku powinieneś mieć 0 a w drugim dokłądnie róznicę między wejściami.... Prawdopodobnie tak nie będzie bo ten MA1458 czy też LM1458 nie jest zamiennikiem LM358.... Twój wzmacniacz typowo nadaje się do zasilania symetrycznego, nie pracuje wogóle gdy wyjście będzie chciało iść od 0V, pewni 1-2V będzie minimum co jest nieakceptowalne z punktu widzenia tego układu... Zmień wzmacniacz na taki ja mam i zobacz różnicę

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika Go-s-c

Dziękuje bardzo za pomoc, jak

Dziękuje bardzo za pomoc, jak będę miał chwile to zmienię układ.????

Portret użytkownika jajakson

Twój schemat e20 2016

Robię testy aby przygotować się na kwalifikacje E20 i znalazłem z czerwca 2016 takie kwiatki

W jakim układzie pracuje wzmacniacz operacyjny oznaczony na schemacie literą B?
http://kwalifikacjewzawodzie.pl/wp-content/uploads/2016/10/e20_uklad7.png
Różniczkującym.
Całkującym.
Nieodwracającym.
Odwracającym.

Od razu skojażyłem że to protel bo tylko ty w internecie robisz te schematy a i pamiętałem że to od wentylatoróe było.

Portret użytkownika jajaksonek

Twój schemat e20 2016

Robię testy aby przygotować się na kwalifikacje E20 i znalazłem z czerwca 2016 takie kwiatki

W jakim układzie pracuje wzmacniacz operacyjny oznaczony na schemacie literą B?
http://kwalifikacjewzawodzie.pl/wp-content/uploads/2016/10/e20_uklad7.png
Różniczkującym.
Całkującym.
Nieodwracającym.
Odwracającym.

Od razu skojażyłem że to protel bo tylko ty w internecie robisz te schematy a i pamiętałem że to od wentylatoróe było.