Схема управления скоростью вращения вентилятора

Jim Christensen

Шум вентилятора становится серьезной проблемой, поскольку электронное оборудование занимает все больше места в наших домах и офисах. Шум пропорционален скорости вращения вентилятора, и, следовательно, воздушному потоку, а необходимый для охлаждения воздушный поток (соответственно, и скорость вентилятора) меньше при низких температурах окружающей среды. Поскольку температура окружающей среды в большинстве случаев ниже верхнего расчетного значения, вентилятор может работать медленнее, снижая нагрузку на уши. Схемы управления вентиляторами варьируются от простых переключателей, которые увеличивают скорость от низкой до высокой, до цифровых пропорциональных регуляторов скорости. Переключатели высокой/низкой скорости стоят недорого, но звуки, возникающие при резких изменениях оборотов, могут раздражать. Вентиляторы с цифровым управлением работают хорошо, но такие схемы дороги, и в системе должна быть последовательная шина.

Рисунок 1.	Эта схема вырабатывает непрерывное напряжение управления вентилятором с линейной зависимостью от температуры.

В качестве альтернативы рассмотрим недорогую автономную аналоговую схему для управления скоростью вращения вентилятора (Рисунок 1). Эту схему можно легко настроить на любую требуемую линейную зависимость напряжения вентилятора от температуры (Рисунок 2, кривые B и C). На графике мы отобразили результаты измерений зависимости желаемого напряжения от температуры.

Рисунок 2.	Эти кривые иллюстрируют зависимость выходного напряжения от температуры для схемы на Рисунке 1.

Кривая A на Рисунке 2 представляет зависимость выходного напряжения V_SENSOR аналогового датчика температуры MAX6605 от температуры в градусах Цельсия:

V_SENSOR = 0.0119 В/°C + 0.744 В.

Кривая B связывает напряжение вентилятора с температурой и объединяет минимальный уровень напряжения 8 В с наклонной линией:

V_FAN = 0.114 В/°C × T + 6.86 В,

где T – температура системы.

Установка нижнего порога напряжения гарантирует, что вентилятор будет вращаться и при низких температурах. При температуре выше 10 °C напряжение увеличивается со скоростью 0.114 В/°C до тех пор, пока не достигнет максимального значения при 45 °C. Для того, чтобы обеспечить минимальное значение напряжения 8 В, простого усиления выходного сигнала MAX6605 недостаточно. Более того, усиление

необходимое для того, чтобы задать требуемый наклон характеристики, не равно усилению

необходимому для получения нужной точки пересечения с осью Y.

Чтобы преобразовать Кривую A в Кривую B, необходимо вычесть смещение напряжения из выходного сигнала датчика температуры, а затем умножить результат на константу. Схема на Рисунке 1 выполняет эту операцию. Пунктирная линия должны быть подключена в соответствии с вариантом «ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ». Один операционный усилитель формирует наклонную линию, а второй операционный усилитель определяет минимальное напряжение. Выходы операционных усилителей подключаются к транзисторам таким образом, что в схеме доминирует операционный усилитель, требующий более высокого выходного напряжения. Рассчитать сопротивления резисторов позволяют приведенные ниже формулы.

При условии, что R₂ << R₁, R₁ может иметь любое разумное сопротивление;

и

R₃ = R₂(AV – 1),

где

A_V = 0.114/0.0119 = 9.58 – отношение требуемого наклона зависимости в вольтах на градус Цельсия к наклону характеристики датчика;
V_TEMP0 = 0.744 В – выходное напряжение датчика температуры при 0 °C;
V_Y-INTB = 6.86 В – точка пересечения с осью Y, обозначенная желаемой (экстраполированной) кривой температурной характеристики;
V_REF = 3 В – напряжение опорного источника.

Если выбрать R₁ = 301 кОм, формулы позволят рассчитать: R₂ = 3.158 кОм и R₃ = 27.09 кОм. Ближайшие значения с допуском 1% равны 3.16 кОм и 27 кОм, соответственно. Рассчитать минимальное напряжение V_FLOOR можно на основании следующей формулы:

где

R₆ – любое сопротивление, находящееся в разумных пределах,
V_FLOOR = 8 В – желаемое минимальное выходное напряжение.

Выбор R₆ = 100 кОм позволяет рассчитать R₅ = 169 кОм. В некоторых случаях требуемое усиление смещения больше, чем требуемое усиление крутизны, поэтому естественное смещение выходного напряжения датчика температуры необходимо увеличить. Для желаемой температуры (Кривая C), выраженной как

V_FAN = 0.114 В/°C × T + 8.5 В,

усиление (наклон характеристики) A_V = 9.58 не отличается от усиления для Кривой B, но требуемое усиление смещения (8.5/0.744) = 11.42 больше. Поэтому следует использовать версию схемы «ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ». В таких случаях применима следующая формула:

где V_Y-INTC = 8.5 В – пересечение требуемой температурной кривой с осью Y. Для R₁ = 301 кОм ближайшее значение R₄ с допуском 1% равно 20.5 кОм.

1. Datasheet Maxim MAX4402
2. Datasheet Maxim MAX6003
3. Datasheet Maxim MAX6605
4. Datasheet Fairchild Si9424DY