на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Автоматический регулятор скорости вращения вентилятора и датчик температуры

Р/л технология
1 месяц назад

Автоматический регулятор скорости вращения вентилятора и датчик температуры


В радиоэлектронной аппаратуре часто требуется принудительное охлаждение с помощью вентиляторов. Но, к сожалению, многие из них довольно шумные. С одной стороны, высокие обороты вентилятора обеспечивают хорошее охлаждение теплоотвода, но с другой - максимальные обороты требуются не всегда. Например, особенно неприятен шум вентиляторов, если слушаешь тихую музыку. Поэтому оптимальным будет автоматическая регулировка скорости вращения вентилятора в зависимости от температуры теплоотвода. В большинстве случаев при низких нагрузках охлаждение не требуется, но шуметь он при этом тише не перестаёт.

Этот регулятор позволяет плавно управлять вентилятором, пропорционально увеличивая обороты в зависимости от температуры теплоотвода. Схема регулятора показана на рис. 1. Он разрабатывался для охлаждения теплоотвода УМЗЧ с напряжением питания ±25 В, поэтому на входе установлен интегральный стабилизатор на 12 В (DA1). В случае питания регулятора от напряжения 12 В, например от компьютерного блока питания, следует исключить стабилизатор напряжения и питать регулятор напрямую.

Схема регулятора

Рис. 1. Схема регулятора

 

В качестве датчика температуры выступает кремниевый транзистор VT1 , его коллектор нагружен токовым зеркалом на транзисторах VT2, VT3, которое обеспечивает за счёт высокого сопротивления хорошую линейную зависимость напряжения на коллекторе от температуры кристалла транзистора. Ток токового зеркала (1 мА) задаёт резистор R7. Образцовое напряжение 2,5 В для транзистора VT1 обеспечивает параллельный стабилизатор напряжения на микросхеме серии TL431 (DA2). Резистивный делитель R2R4 формирует напряжение на базе транзистора VT1, близкое к его открыванию. Резистор R3 также обеспечивает его открывание и задаёт коэффициент усиления ТКН транзистора. Сигнал с коллектора VT1 поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе VT4, который усиливает ток, необходимый для питания вентилятора.

Коэффициент усиления ТКН транзистора VT1 примерно равен K = R3 (R2 + R4) / (R2 · R4). В этом примере с указанными на схеме номиналами резисторов цепей смещения коэффициент усиления - около 130. Поскольку ТКН перехода база-эмиттер кремниевого транзистора около 2,2 мВ/оС, он и будет "усилен" в 130 раз, поэтому ТКН коллекторного напряжения транзисто-раУГ1 будет 0,286 В/оС. Полный интервал выходного напряжения можно получить при изменении температуры транзистора VT1 на 38...40 оС. Но так как напряжение, при котором вентилятор ещё не начал вращаться близко, например, к 2 В, можно резистором R2 добиться режима, чтобы при увеличении температуры на 32...33 оС на вентиляторе было практически полное напряжение питания. Если датчик был настроен при температуре 20 оС, на полные обороты вентилятор выйдет при температуре 50...52 оС. Скорее всего, температура теплоотвода стабилизируется гораздо раньше за счёт охлаждения, и вентилятор не будет работать на максимальных оборотах, а соответственно будет меньше шуметь.

Настройка устройства сводится к установке коэффициента усиления подборкой резистора R3 и выставлению напряжения при комнатной температуре подборкой резистора R2. Сопротивление резисто ра R2 при подборке сильно изменять не следует, поэтому для приблизительных расчётов коэффициента усиления можно использовать его сопротивление - 3,3 кОм. А вот слишком большой коэффициент усиления нежелателен, так как коэффициент усиления по току самого транзистора VT1 должен быть как минимум в два раза больше. Взамен резистора R2 временно подключают переменный резистор сопротивлением 4,7 кОм и добиваются нужного напряжения на вентиляторе. Измеряют введённое сопротивление переменного резистора и устанавливают постоянный резистор такого же сопротивления. Но бывает так, что нужного номинала не оказывается, тогда впаивают ближайший большего номинала, а затем сверху прямо на этот резистор прикладывают резистор в несколько раз большего номинала, добиваясь нужного напряжения покоя при комнатной температуре и запаивают дополнительный резистор сверху.

Чертёж печатной платы и схема размещения элементов на ней

Рис. 2. Чертёж печатной платы и схема размещения элементов на ней

 

Вид на монтаж платы со стороны печатных проводников

Рис. 3. Вид на монтаж платы со стороны печатных проводников

 

Все детали устройства смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм. Её чертёж и схема размещения элементов показаны на рис. 2. Применены резисторы для поверхностного монтажа типоразмера 1206. Оксидный конденсатор - К50-35 или импортный. Вид на монтаж платы со стороны печатных проводников показан на рис. 3, а вид смонтированной платы показан на рис. 4. Микросхема DA1 и транзисторы VT1, VT4 должны быть установлены через теплопроводящие изолирующие прокладки на теплоотвод, который охлаждается вентилятором и температура которого контролируется.

Вид смонтированной платы

Рис. 4. Вид смонтированной платы

 

Схема датчика

Рис. 5. Схема датчика

 

Если этот регулятор немного упростить, его можно использовать для измерения температуры с помощью микроконтроллера. То есть получится датчик температуры. Схема такого датчика показана на рис. 5. Здесь конденсатор С1 служит для подавления наводок и помех выходного сигнала. Так как температура не изменяется быстро, это позволяет повысить точность измерения. Этот датчик позволяет достичь точности измерения температуры до ±0,1 оС. Коэффициент усиления выбирают из требуемого интервала измеряемых температур. Например, чтобы измерить температуру от 0 оС до 100 оС, коэффициент усиления должен быть около 40. При этом напряжение на коллекторе транзистора VT1 будет изменяться от 0,5 В до 4,5 В, а это как раз предельные значения напряжения, при которых оно может меняться. Все настройки нужно проводить аналогично описанным выше. Следует учитывать, что напряжение на коллекторе VT1 уменьшается с ростом температуры, поэтомуу при 0 оС напряжение стоит выставить 4,5 В, как начальный отсчёт, а при 100 оС при правильно выбранном коэффициенте усиления напряжение должно уменьшиться до 0,5 В. В качестве термодатчика можно использовать и транзисторы для поверхностного монтажа с высоким коэффициентом усиления по току (h21Э > 300), например для измерения температуры тела.

Интервал измеряемых температур можно уменьшить. Например, для интервала 30...40 оС точность измерения можно ещё поднять в несколько раз. Очень важно располагать микросхему DA1 подальше от нагревающихся элементов датчика. Настройку сл едует проводить в прогретом состоянии. На транзисторы токового зеркала VT2 и VT3 желательно приклеить медную пластину толщиной 0,5 мм, чтобы обеспечить равенство их температур.

Автор: И. Еробкин, г. Ворсма Нижегородской обл.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат