Как управлять pwm вентилятором

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

ШИМ-контроллер вентилятора охлаждения

Всем доброго времени. Сейчас мы поговорим о регулировании скорости охлаждающих вентиляторов с ШИМ – широтно-импульсной модуляцией (PWM). Также изучим практический проект схемы контроллера для вентилятора или мощных светодиодов, который можно сделать из нескольких деталей.

В последнее время растет интерес к схемам драйверов для управления скоростью охлаждающих вентиляторов, используемых в электронном оборудовании. Простейшим двухпроводным драйвером является схема включения / выключения, которая запускает вентилятор с помощью управляющего сигнала, когда температура датчика превышает пороговое значение, и останавливает его, когда температура падает ниже порогового уровня.

В более сложных версиях драйверов используется линейная схема управления напряжением, в которой постоянное напряжение, подаваемое на вентилятор, меняется с помощью регулятора напряжения. Чтобы вентилятор работал на более низкой скорости, напряжение снижают, а для работы на более высокой скорости – повышают.

Наиболее современная схема драйвера для управления скоростью вентилятора использует метод ШИМ. В этой схеме драйвера управляющий сигнал с широтно-импульсной модуляцией обычно подается на полевой транзистор, который подключен к стороне высокого или низкого уровня вентилятора. Вентилятор будет включаться / выключаться с определенной частотой, а скорость вращения вентилятора регулируется рабочим циклом сигнала ШИМ.

Типы вентиляторов постоянного тока

Существует три основных типа вентиляторов постоянного тока (они же кулеры): двухпроводные, трехпроводные и четырехпроводные.

Вентиляторы PWM и правила управления

Сигнал ШИМ прямоугольного типа должен подаваться на вход PWM вентилятора и соответствовать следующим спецификациям:

Внешний подтягивающий резистор здесь не нужен, так как сигнал подтягивается до 3,3 В / 5 В внутри вентилятора. Кроме того, работа при цикле ШИМ ниже 20% официально не поддерживается в спецификации (неопределенное поведение). Тем не менее, большинство вентиляторов PWM могут работать при нагрузке ниже 20% и остановятся при рабочем цикле лишь 0%. Они работают на полной номинальной скорости при отсутствии входного сигнала ШИМ.

Внимание: подключение напряжения питания 12 В к выводу ШИМ приведет к немедленному повреждению вентилятора!

Далее показано изображение трехпроводного кулера. Кажется что это обычный бесщеточный мотор постоянного тока (BLDC) с выходом тахо-сигнала, но это вентилятор с ШИМ (KFB-1412H от Delta Electronics), сделанный для PS3, а его третий провод – для управления скоростью вентилятора.

Если надо подключить этот вентилятор, просто подайте 12 В на коричневый (+ V) и черный (GND) провода, а на серый (PWM) подайте последовательность импульсов уровня TTL (5 В), близкую к 25 кГц от сигнала генератора, и изменяйте коэффициент заполнения последовательности импульсов (0–100%), чтобы отрегулировать скорость.

Обычно скорость кулера с ШИМ масштабируется линейно с рабочим циклом сигнала PWM между максимальной скоростью при 100% и указанной минимальной скоростью при 20%. Например, если вентилятор с PWM имеет максимальную скорость 2000 об / мин и минимальную скорость 450 об / мин, он будет работать со скоростью 2000 об / мин при 100% PWM, 450 об / мин при 20% и около 1100 об / мин при 50% PWM.

Некоторые производители рекомендуют использовать для управления схему типа CMOS-инвертора, подобную показанной выше.

Схема самодельного ШИМ контроллера кулера

Основной выход PWM подключен к силовому транзистору (T1) для управления нагрузкой 12 В. Как видите, дополнительный инвертированный выход ШИМ также доступен для других целей. На самом деле столь мощный транзистор TIP41C (T1) в этой конструкции немного излишний, можете выбрать другой.

При экспериментах использовалась эта схема для «линейного» управления напряжением 2-проводного вентилятора 12V BLDC, и она работала отлично.

Шестиэлементный триггер Шмитта CD 40106 является основой этого проекта. Микросхема недорогая и будет работать в широком диапазоне напряжений.

CD4016 (CD4016B / CD40106BE) содержит шесть инверторов, которые можно использовать для создания простых генераторов сигналов прямоугольной формы с одним резистором и конденсатором. Вход подключен к конденсатору, который идет на землю, а резистор идет от выхода. С помощью одного потенциометра и двух диодов можно изменить рабочий цикл или ширину импульса прямоугольной формы. Потенциометр изменяет способ прохождения обратной связи через два диода, что приводит к асимметричным колебаниям.

Представленная простая конструкция может использоваться для управления различными типами вентиляторов и ламп (в том числе светодиодных). Генератор прямоугольных сигналов CD40106 генерирует управляющий ШИМ на основе частоты и рабочего цикла, установленных соответствующими компонентами синхронизации RC. Конечный выходной сигнал может в дальнейшем использоваться разными способами, при условии что он настроен правильно для предлагаемого устройства.

Источник

Введение

Компактные электрические вентиляторы, благодаря невысокой цене, используются для охлаждения оборудования уже больше полувека. Тем не менее только в последние годы технологии управления вентиляторами стали значительно развиваться. В этой статье описано как и почему это развитие имело место быть и предложены некоторые полезные решения для разработчиков.

Тепловыделение и охлаждение

Контроль скорости вращения вентилятора позволяет уменьшить описанные недостатки. Поскольку запуск вентилятора на меньших оборотах снижает шум и энергопотребление и увеличивает срок его службы.

Существует несколько типов вентиляторов и способов их контроля. Один из вариантов классификации вентиляторов может быть таким:

1. 2-х проводные вентиляторы
2. 3-х проводные вентиляторы
3. 4-х проводные вентиляторы

Методы управления вентиляторами, обсуждаемые в этой статье, такие:

1. управление отсутствует
2. on/ff управление
3. линейное управление
4. низкочастотная широтно-импульсная модуляция (ШИМ, PWM)
5. высокочастотное управление

Типы вентиляторов

2-х проводными вентиляторами можно управлять регулируя напряжение питания или скважность ШИМ сигнала. Однако без тахометрического сигнала невозможно понять на сколько быстро вентилятор вращается. Такая форма управления скоростью вращения вентилятора называется открытым контуром (open-loop).

3-х проводными вентиляторами можно управлять аналогичным образом, но в этом случае у нас есть обратная связь. Можно анализировать тахосигнал и устанавливать требуемую скорость. Такая форма управления называется закрытым контуром (closed-loop).

Если управлять вентилятором регулируя напряжение питания, тахосигнал будет иметь форму меандра. И в этом случае тахосигнал будет всегда валидным, пока на вентиляторе есть напряжение. Такой сигнал показан на рисунке 1 (ideal tach).

Рисунок 1. Идеальный тахосигнал и тахосигнал при внешнем ШИМ управлении.

Для решения данной проблемы, необходимо периодически включать вентилятор на такой отрезок времени, который позволит получить несколько достоверных циклов тахосигнала. Такой подход реализован в некоторых контроллерах фирмы Analog Device, например в ADM1031 и ADT7460.

4-х проводные вентиляторы имеют ШИМ вход, который управляет коммутацией обмоток вентилятора к плюсовой шине источника питания. Такая схема управления не портит тахосигнал, в отличии от стандартной, где используется внешний ключ и коммутируется отрицательная шина. Переключение обмоток вентилятора создает коммутационный шум. Чтобы «сдвинуть» этот шум за пределы звукового диапазона частоту ШИМ сигнала обычно выбирают больше 20 кГц.

Рисунок 2. 3-х и 4-х проводные вентиляторы

Управление вентилятором

Рисунок 3. Пример on/off управления

При линейном управлении скорость вращения вентилятора изменяется за счет изменения напряжения питания. Для получения низких оборотов напряжение уменьшается, для получения высоких увеличивается. Конечно, есть определенные границы изменения напряжения питания.

Рассмотрим, например, вентилятор на 12 вольт. Для запуска ему требуется не меньше 7 В и при этом напряжении он, вероятно, будет вращаться с половинной скоростью от своего максимального значения. Когда вентилятор запущен, для поддержания вращения требуется уже меньшее напряжение. Чтобы замедлить вентилятор, мы можем понижать напряжение питание, но до определенного предела, допустим, до 4-х вольт, после чего вентилятор остановится. Эти значения будут отличаться в зависимости от производителя, модели вентилятора и конкретного экземпляра.

5-и вольтовые вентиляторы позволяют регулировать скорость вращения в еще меньшем диапазоне, поскольку их стартовое напряжение близко к 5 В. Это принципиальный недостаток данного метода.

Рисунок 4. Схема для реализации линейного управления 12-и вольтового вентилятора

ШИМ управление

Рисунок 5. ШИМ управление.

Рисунок 6. Удлинение импульса для получения информации о скорости вращения.

Рисунок 7. Схема ШИМ управления 4-х проводным вентилятором

Заключение

Источник

Как управлять pwm вентилятором

Непонимание работы ШИМ или PWM ( Pulse-width modulation ) часто приводит не только к их неправильному использованию, но даже к ошибкам в проектировании устройств использующих ШИМ для управления. Здесь, ограничившись конкретным применением, я попытаюсь рассказать что такое ШИМ, для чего она требуется и как работает.

Сначала, что такое ШИМ.

Когда нужна ШИМ

Главной причиной применения ШИМ является необходимость обеспечить пониженным постоянным напряжением силовых устройств электроники при сохранении высокого КПД, особенно в управляемых электроприводах.

Во внутренних сетях аппаратуры для питания устройств используется постоянное напряжение ограниченного набора напряжений, которые часто требуется изменить под требования конкретного устройства, стабилизировать или регулировать его. Это могут быть электроприводы постоянного тока, чипы, узлы радиоаппаратуры.

Регулировку можно осуществлять с помощью гасящих напряжение устройств: резисторов, транзисторов (если требуется регулировка). Главный недостаток такого решения потери мощности и повышенное тепловыделение на регулирующих устройствах.

Поскольку известно что выделяемая мощность равна :

P = I x U или P = I 2 x R Вт.

Это относится к гасящим резисторам и полупроводниковым приборам тоже.

Но хорошо известно, что полупроводниковые приборы очень хорошо (с малыми потерями и тепловыделением) работают как ключи, когда имеют только два состояния открыт/закрыт.

Этот режим позволяет снизить потери на коммутирующем полупроводниковом приборе до уровня:

U _нас для современных полупроводниковых коммутаторов приближается к 0,3 v и при потребляемых токах 10 А потери мощности будут приближаться к 3 Вт. Это в режиме ключа, а при работе в устройствах ШИМ и меньше.

Реализовать преимущества ключевого режима в схемах понижающих и регулирующих напряжение постоянного тока, позволило использование ШИМ.

Повторюсь, широтно-импульсная модуляция — управление средним значением напряжения на интегрирующей нагрузке путём изменения скважности импульсов, с помощью управляющего ключа.

Работа ШИМ на интегрирующую нагрузку показана на рис. 1.

Главным условиям такого применения ШИМ является наличие интегрирующей нагрузки.

Это могут быть интегрирующая RC, LC, RLC или RL цепи и механические интеграторы (например электромотор).

С учетом скважности эквивалентное постоянное напряжение будет равно:

E _экв = Q x E Вольт

Мощность выделяемая на управляющем ключе, управляемом ШИМ равна:

Схема подключения нагрузки к ШИМ.

Никаких отличных от схемы включения электродвигателя на постоянном токе (частный случай нагрузки) схемных решений ШИМ не требует. Просто электродвичатель подключается к источнику питания работающего в режиме ШИМ. Разве что, в определенных ситуациях требуется ввести дополнительную фильтрацию помех возникающих на фронтах импульсов. Этот фильтр на рис. 2 в виде конденсаторов и демпфирующего диода.

На рис. 2 показано такое подключение.

Мы видим, что коммутатор (полевой транзистор) можно просто заменить на переменный резистор.

Схема PWM

В данной схеме управление возможно скорее постоянным током +I упр, чем ШИМ сигналом.

Для управления импульсным (ШИМ) сигналом требуется схема изображенная на рис. 4. Да и судя по параметрам транзистора «PWM» он выбирался именно для управления постоянным током. По крайней мере он будет нормально работать в таком режиме с вентилятором до 1,6 Вт.

Основные параметры кремниевого биполярного высокочастотного n-p-n транзистора BC879 от SIEMENS

Есть другой вариант схемы вентилятора с P WM на форуме Radeon.ru

Данная схема вполне работоспособна и не имеет недостатков схемы показанной на рис. 3.

Вниманию самодельщиков!

Я бы не рекомендовал применение вентиляторов имеющих встроенный PWM (4- pin ) одновременно с какими либо иным регуляторам оборотов вентилятора.

В случае если Вас не устраивает алгоритм управления PWM встроенного на материнскую (системную) плату.

И у Вас есть устраивающий Вас реобас (контроллер управления вентилятором), то используйте вентилятор с 3-pin соединитель.

Но помните применение вентилятора с PWM в любом нештатном режиме не позволит достичь его максимальной производительности.

Заключение

ШИМ позволяет создавать компактные системы регулируемого электропривода постоянного тока большой мощности.

В современных устройствах постоянного тока управляющих напряжением и понижающих стабилизаторах напряжениях обычно регулировки выполняются с помощью ШИМ. Для этого выпускаются контроллеры требующие минимум навесных элементов.

Источник

Как настроить скорость вращения вентиляторов на материнской плате

Содержание

Содержание

«Возьми этот вентилятор. Он умеет управлять оборотами и работает бесшумно», — говорили форумные эксперты. Юзер послушал совет и купил комплект вертушек с надписью «silent». Но после первого включения системы компьютер улетел в открытое окно на воздушной тяге завывающих вертушек. Оказывается, вентиляторы не умеют самостоятельно контролировать обороты, даже приставка «бесшумный» здесь ничего не решает. Чтобы добиться тишины и производительности, необходимо все настраивать вручную. Как это сделать правильно и не допустить ошибок — разбираемся.

За режимы работы вентиляторов отвечает контроллер на материнской плате. Эта микросхема управляет вертушками через DC и PWM. В первом случае обороты вентилятора регулируются величиной напряжения, а во втором — с помощью пульсаций. Мы говорили об этом в прошлом материале. Способ регулировки зависит от вентилятора: некоторые модели поддерживают только DC или только PWM, другие же могут работать в обоих режимах. Возможность автоматической регулировки оборотов вентиляторов появилась недавно. Например, даже не все материнские платы для процессоров с разъемом LGA 775 могли управлять вертушками так, как это делают современные платформы.

С развитием микроконтроллеров и появлением дружелюбных интерфейсов пользователи получили возможность крутить настройки на свой вкус. Например, можно настроить обороты не только процессорного вентилятора, но и любого из корпусных и даже в блоке питания. Сделать это можно двумя способами: правильно или тяп-ляп на скорую руку.

Регулировка

Начнем с примитивного метода — программная настройка в операционной системе или «через костыли», как это называют пользователи. Настроить обороты вентилятора таким способом проще всего: нужно установить софт от производителя или кастомную утилиту от ноунейм-разработчика (что уже намекает на возможные танцы с бубном) и двигать рычажки. Нельзя сказать, что это запрещенный способ и его нужно избегать, но есть несколько нюансов.

Во-первых, не все материнские платы поддерживают «горячую» регулировку. PWM-контроллеры — это низкоуровневые микросхемы, которые управляются таким же низкоуровневым программным обеспечением, то есть, BIOS. Чтобы «достать» до микросхемы из системы верхнего уровня (операционной системы), необходима аппаратная поддержка как в самой микросхеме, так и на уровне драйверов от производителя. Если в актуальных платформах с такой задачей проблем не возникнет, то системы «постарше» заставят юзера потанцевать с настройками.

Во-вторых, программный метод управления вентиляторами хорош в том случае, если пользователь не занимается частой переустановкой ОС или не использует другие системы, например, Linux. Так как управлением занимается программа, то и все пользовательские настройки остаются в ней. Сторонний софт для аппаратной части компьютера — это никто и ничто, поэтому доступ к постоянной памяти, в которой хранятся настройки BIOS, получают только избранные утилиты.

В остальных случаях конфигурация будет сбрасываться каждый раз, когда юзер удалит фирменный софт или загрузится в другую систему. А компьютер снова попытается вылететь в окно при включении или перезагрузке — BIOS ничего не знает об отношениях вентиляторов и «какой-то» программы, поэтому будет «топить» на всю катушку, пока не загрузится утилита из автозагрузки.

Между прочим, это уже третье «но»: любой софт для управления системником придется добавлять в автозагрузку. Он заочно обещает быть самым прожорливым процессом в системе и снижать производительность, скорость отклика системы, а также стать причиной фризов в играх.

Верный путь компьютерного перфекциониста — один раз вникнуть в настройки BIOS и всегда наслаждаться тихой работой ПК. Причем сразу после включения, без дополнительного софта в автозагрузке и кривых драйверов, которые с удовольствием конфликтуют с другими программами для мониторинга, игровыми панелями и даже софтом для настройки RGB-подсветки. Тем более, интерфейс биоса уже давно превратился из древнего DOS-подобного в современный, с интуитивными кнопками, ползунками и даже с переводом на русский язык.

Что крутить?

BIOS материнских плат устроен примерно одинаково — это вкладки, в которых сгруппированы настройки по важности и категориям. Как правило, первая, она же главная вкладка, может содержать общую информацию о системе, какие-либо показания датчиков и несколько основных параметров, например, возможность изменить профиль XMP или включить режим автоматического разгона процессора. При первой настройке UEFI (BIOS) платы открывается именно в таком режиме, после чего пользователь может самостоятельно решить, что ему удобнее: упрощенное меню или подробный интерфейс. Мы рассмотрим оба варианта.

Здравый смысл, выведенный опытом и страхами перфекционистов, гласит, что любой современный процессор будет функционировать бесконечно долго и стабильно, если в нагрузке удержать его в пределах 70-80 градусов. Под нагрузкой мы понимаем несколько суток рендеринга фильма, продолжительную игровую баталию или сложные научные расчеты. Поэтому профиль работы СО необходимо строить, исходя из таких экстремумов — выбрать минимальные, средние и максимальные обороты вентиляторов таким образом, чтобы процессор в любом режиме оставался прохладным.

Чтобы добраться до настроек, необходимо войти в BIOS. Попасть в это меню можно, нажав определенную клавишу во время включения компьютера. Для разных материнских плат это могут быть разные команды: некоторые платы открывают BIOS через F2 или Del, а другие только через F12. После удачного входа в меню пользователя встретит UEFI, где можно сразу найти пункт для настройки вертушек. ASUS называет это QFan Control, остальные производители именуют пункт схожим образом, поэтому промахнуться не получится.

Компьютерные вентиляторы делятся на CPU FAN, Chassis FAN и AUX FAN. Первый тип предназначен для охлаждения процессора, второй обозначает корпусные вентиляторы, а третий оставлен производителем как сквозной порт для подключения дополнительных вентиляторов с выносными регуляторами. Он не управляет скоростью вертушек, а только подает питание и следит за оборотами. Для настройки оборотов подходят вентиляторы, подключенные как CPU FAN и CHA FAN.

Выбираем тот узел, который необходимо настроить, и проваливаемся в график.

В настройках уже есть несколько готовых профилей: бесшумный Silent, Standart — для обычных условий и Performance (Turbo) — для систем с упором в производительность. Конечно, ни один из представленных пресетов не позволит пользователю добиться максимальной эффективности.

Поэтому выбираем ручной режим (Manual, Custom) и обращаем внимание на линию.

График представляет собой систему координат, на которой можно построить кривую. В качестве опор, по которым строится линия, выступают точки на пересечении значений температуры и оборотов вентилятора (в процентах).

Чтобы задать алгоритм работы вентиляторов, необходимо подвигать эти точки в одном из направлений. Например, если сделать так, как показано на скриншоте ниже, то вентиляторы будут всегда работать на максимальных оборотах.

Если же сдвинуть их вниз, то система охлаждения будет функционировать со скоростью, минимально возможной для данного типа вентиляторов.

Если настройка касается вентилятора на CPU, то жертвовать производительностью СО ради пары децибел тишины не стоит. Лучше «нарисовать» плавный график, где за абсолютный минимум берут значение 30 градусов и минимальную скорость вентиляторов, а за абсолютный максимум — 75-80 градусов и 90-100% скорости вертушек. Этого будет достаточно даже для мощной системы.

В случае с корпусными вентиляторами такой метод может не подойти. Во-первых, «нос» каждого вентилятора можно настроить индивидуально на одну из частей системы: корпусные вертушки могут брать за точку отсчета как температуру чипсета, так и датчики на видеокарте, датчики в районе сокета и даже выносные, которые подключаются через специальный разъем. Настроить такое можно только в ручном режиме.

В таком случае придется работать без наглядного графика и представлять систему координат с точками в уме. Например:

Здесь настройка вентиляторов заключается не в перетаскивании точек на графике, а в ручной установке лимитов цифрами и процентами. Нужно понимать, что соотношение Min. Duty и Lower Temperature — это первая точка на графике, Middle — вторая, а Max — третья.

Один раз крутим, семь раз проверяем

После настройки необходимо проверить эффективность работы системы охлаждения. Для этого можно использовать любой софт для мониторинга. Например, HWInfo или AIDA64. При этом не забываем нагрузить систему какой-нибудь задачей: запустить бенчмарк, включить конвертацию видеоролика в 4К или поиграть 20-30 минут в требовательную ААА-игру.

Настройка системы охлаждения — это индивидуальный подбор параметров не только для конкретной сборки, но даже для разных вентиляторов. Ведь они отличаются не только радиусом и формой лопастей, но и предназначением — некоторые модели выдают максимальный воздушный поток, другие рассчитаны на высокое статическое давление. Поэтому не всегда одни и те же настройки будут одинаково эффективны в любой конфигурации.

Источник