В процессе экспериментов по моддингу и разгону компьютерных комплектующих часто возникает необходимость в плавном управлении скоростью вращения мощных вентиляторов в системе воздушного охлаждения.
Необходимо иметь малогабаритное устройство, которое позволило бы эффективно изменять скорость вращения вентилятора от минимального значения до максимального, не боясь вывести кулер из строя в экстремальных режимах.
При непосредственном участии VER-VOLF в отделе систем автоматики и робототехники ИЭС Патона НАН Украины было создано устройство с необходимыми характеристиками, предназначенное для управления скоростью вращения вентиляторов в компьютерных системах.

Технические характеристики

Устройство питается постоянным током в диапазоне питающих напряжений от 12 до 25 (30) вольт.
Элемент управления - потенциометр (резистор), который можно вывести на переднюю панель компьютера или закрепить его в другом желаемом месте.
Пределы регулировки скорости стандартного вентилятора на 12В: от 1% до 100% при 12-вольтовом питании и от 5% до ~200% при 25-вольтовом питании.
Рекомендованная рабочая мощность нагрузки на устройство до (12В*5А) 60Вт.
Максимальная мощность нагрузки на устройство – 200Вт, в таком случае провода в силовой части должны быть диаметром не менее 1.5 мм.
В будущем устройство может оборудоваться схемой цифрового управления от LPT-порта, а также соответствующей компьютерной программой для этих целей.

Преимущества перед аналогами

Простая схемотехника с использованием доступных импортных и отечественных радиоэлементов, применение ШИМ-модуляции позволило эффективно и в широких пределах изменять контролируемые параметры. Тепловыделение устройством отсутствует. Также высокий КПД и малые габариты выгодно отличают устройство от аналогичных.

Принцип действия

После подачи номинального напряжения питания 12В стабилизатор DA2 ограничит его до 9 вольт, необходимых для питания микросхем DA1 и DD1.
Далее один из элементов микросхемы DD1, включенный как генератор, начинает генерировать прямоугольные импульсы частотой ~ 2 кГц.
Затем сгенерированные импульсы попадают на микросхему DA1 - 555 таймера, включенного как ШИМ- контроллер. Управление работой 555 микросхемы осуществляется с потенциометра R5, выведенного за пределы схемы.
Далее с 3 его вывода DA1 сгенерированные импульсы ШИМ-модуляции попадают на элемент DD 1.2 (триггер Шмидта), где формируются и инвертируются, после чего сформированные импульсы приходят на затвор мощного ключевого транзистора VT1 (аналога реле). Он в свою очередь управляет длительностью импульсной подачи питания в нагрузку.
Питание микросхемы DD-1 на схеме не указано. Вы должны подключить 14 ножку DD-1 прямо на выход стабилизатора - 9 вольт. А седьмую ножку на первый контакт DA-2, ИЛИ на любое место где есть земля, например, DA-2.555 таймер должен формировать четкий ШИМ-сигнал.

Немного о назначении определенных элементов

RC-цепочка, С1 + R1 + R6, определяет частоту тактового генератора на элементе DD1.1.
R6 служит для точной подстройки генератора.
R2 - R3 - C3: обвязка микросхемы DA2.
С2 - блокирующий конденсатор (необходимо установить между выводами 1-8 DA2).
C5 – C6: фильтры по питанию.
Дроссель T1 и конденсаторы C4 - C7: выходные фильтры канала питания вентилятора.
R4 - защита затвора полевого транзистора.
D1 - защита транзистора от само-Э.Д.С нагрузки.

Вроде с теорией разобрались и мы приступим к сборке устройства по имеющейся принципиальной схеме.



Необходимая элементная база
(Все компоненты без проблем приобретаются на радиобазаре)

•DA1: микросхема NE 555 (или аналог) - 1 шт.
•DD1: микросхема К561ТЛ-1 - 1 шт.
•DA2: микросхема 78 L 09 (стабилизатор на 9В) - 1шт.
•VT1: транзистор MOSFET IRLR-014 - 1 шт.
•D1: диод Шоттки - IN 58 22 (на 3 ампера) - 1 шт.

Конденсаторы неполярные:

•C1: 300 n, 30В - 1 шт.
•C2,C3,C4: 100 n, 30В - 3 шт.
•C5,C6: 470 n, 30В - 2 шт.

Конденсаторы полярные:

•С7: 22 мкф, 63В - 1 шт.

Резисторы постоянные:

•R1: 47 кОм, 0.125 Вт - 1 шт.
•R2: 100 Ом, 0.25 Вт - 1 шт.
•R3: 10 кОм, 0.125 Вт - 1 шт.
•R4: 100 кОм, 0.125 Вт - 1 шт.

Резисторы переменные:

•R5: 1.5 кОм, 0.25 Вт (можно многооборотный для точности) - 1 шт.
•R6: 22 кОм, СП 5-2 или СП 5-3 (желательно 5% допуск) - 1 шт.


Дроссель необходимо намотать на малогабаритном ферритовом кольце любой марки, например 2000 нм. Намотать парой 30 витков провода сечением не менее 0.8-1 мм.
Также необходимы: любой паяльник на 25 Вт (220в) + флюс для пайки (или очищенная канифоль) и припой диаметром ~ 0.5-1 мм. Не лишними будут низкочастотный осциллограф и цифровой мультиметр.




Сборка

Я собирал устройство на плате для макетирования, так как было мало времени, много дел и не было желания травить печатную плату. Вы же можете развести и вытравить плату (конечно, если у вас есть опыт в этом деле) или повторить мой путь.
Предварительно был собран отладочный макет.



После успешных испытаний я приступил к сборке рабочего макета.



В процессе сборки устройства сначала впаиваются микросхемы, затем обвязка (резисторы, конденсаторы, диод). В последнюю очередь впаяйте полевой транзистор (будьте осторожны, он боится статики!).

Настройка устройства

Правильно собранное устройство из исправных элементов начинает работать сразу после подачи питания. Однако, для адекватного функционирования собранного модуля потребуется провести настройку.

Настройка заключается в следующем:
1. Подключите нагрузку (вентилятор).
2. Резистор управления (R5) установите в одно из крайних положений.
3. Приготовьте часовую отвертку для подстроечного резистора (R6).
4. Включите питание схемы 12В.

Далее медленно вращайте движок резистора (R5) и следите за скоростью вращения кулера. Процесс должен быть таким: в одном из крайних положений резистора (R5) скорость кулера должна быть очень малой или равняться нулю, а при переходе к другому крайнему положению обороты должны возрастать до максимума. Если это не так, то попробуйте регулировкой резистора (R6) в одном из крайних положений резистора (R5) добиться нулевой скорости. После настройки проверьте работу модуля еще раз и упакуйте его в защитный корпус.
Помните, регулировка скорости кулера данным устройством нелинейна и начало границы регулировки зависит от нагрузки на устройство. При изменении типа вентилятора или их количества, подключаемых к модулю, возможно, необходимо будет провести корректировку работы устройства, описанную выше.



Собранное устройство готово к работе. Макет возле спичечного коробка.