Изготовляем автоматический регулятор скорости вращения корпусных кулеров

Как-то в нашей конференции проскочило пожелание читателей увидеть статью, в которой бы описывалась схема регулировки оборотов корпусного вентилятора в зависимости от температуры.

Как вы знаете, практически все современные материнские платы должны уметь это делать самостоятельно - с помощью встроенной системы мониторинга. Но, судя по многочисленным письмам читателей, эта функция не всегда работает хорошо (в данном случае это касается именно корпусных вентиляторов).

В том, что проблема существует, нам удалось убедиться и на собственном опыте: в процессе эксплуатации материнской платы Аlbаtгоп РХ845РЕV-Рго выяснилось, что обороты процессорного кулера действительно изменяются в зависимости от температуры кристалла, но вот корпусные вентиляторы (подключенные к коннекторам на плате) сразу начинали работу с максимальных оборотов, и в дальнейшем устойчиво эти обороты поддерживали, так что шума не убавлялось.

Как же можно решить данную проблему? Порывшись в личных архивах, нашел статью об устройствах для регулировки оборотов дополнительных корпусных ветродуев в зависимости от температуры внутри "ящика".

Она вышла на страницах данного журнала еще в 2001-м году (в #37) и называлась "Сквозняк по заказу". Но инженерная мысль не стоит на месте... В этот раз нам удалось изготовить новый регулятор, на порядок лучше прежнего, используя сочетание разных схем, которые, как оказалось, прекрасно работают вместе.

Внимание: при изготовлении и эксплуатации описываемой схемы будьте аккуратны и соблюдайте меры предосторожности при работе с паяльником! Тщательно проверяйте монтаж устройства перед подключением к материнской плате!

Что, где и как происходит?

Многие думают: если есть возможность "поддавать газу" в автоматическом режиме, почему бы не делать именно так? Да, такие устройства в природе есть, но цена их при этом достаточно велика (для большинства пользователей).

А что, если собрать подобный девайс самому? Конечно, добавив при этом красивую разноцветную индикацию режимов работы вентилятора

Пусть логика работы устройства будет такая непосредственно после включения на вентиляторы начинает подаваться напряжение около 6 вольт (с кратковременным повышением в самый начальный момент до 12 вольт - для устойчивого запуска), а затем при повышении температуры оно повысится до максимального значения 12 вольт.

Когда температура понизится, •напряжение на выходе регулятора снова уменьшится до 6 вольт и вентилятора практически не будет слышно. В принципе, нижний порог напряжения (6 вольт) можно будет потом изменить по желанию в зависимости от шумности вентилятора.

Поэтому сочетаем подстроечный резистор (в регуляторе напряжения, подаваемого на "вертушку", он регулирует начальную скорость вращения ротора) с электронным переключателем режимов.

Первая составная часть девайса - "термопереключатель" для вентилятора. Главное в ней - схема на транзисторах VT1 и VТ2. Термодатчик - четыре или опять параллельно соединенных германиевых диодов типа Д9Б в обратном включении.

В исходном состоянии сопротивление термодатчика велико, транзистор VT1 закрыт, VТ2 открыт и напряжение на его коллекторе мало. Диод /D6 заперт обратным напряжением, ток через его цепь не протекает. При повышении температуры сопротивление термодатчика понижается (возрастает обратный ток диодов), и при дальнейшем возрастании напряжения на базе транзистор VT1 открывается, VТ2 закрывается.

Напряжение на коллекторе VТ2 увеличивается до 12 вольт. Через открывшийся диод VD6 и резистор R8 начинает протекать ток, сильнее открывая транзистор /ТЗ и повышая напряжение на выходе регулятора до максимума. Резистором R1 устанавливают порог начала срабатывания схемы.

Вторая часть схемы - немного переделанный регулятор напряжения. В исходном состоянии спряжение на базу транзистора подается со стабилитрона VD7 и диода VD8. Напряжение на выходе регулятора напряжения будет примерно 6 вольт (если движок подстроечного резистора находится в самом нижнем положении по схеме).

Пока на выходе триггера уровень напряжения низкий, диод /D6 закрыт, напряжение на базу транзистора /ТЗ поступает через открытый диод VD9 и резистор R9. Когда температура воздуха внутри корпуса возрастет и сработает триггер Шмитта, напряжение на базу регулирующего транзистора будет поступать уже с выхода "переключателя" через цепочку VD6, R8.

Таким образом, напряжение на выходе регулятора будет меняться при достижении пороговой температуры от +6 до +11,5 вольт (в зависимости от типа используемого в регуляторе транзистора, максимальное выходное напряжение может быть от 11 до 11,5 вольт).

Конечно, схему можно сделать и более простой, но главное здесь - сама идея, а ее конкретное воплощение - это личное дело изготовителя.

Питание на схему подается через разъем Х1, подключаемый к штырькам на материнской плате. Самому его сделать нетрудно, нужно только найти какую-нибудь китайскую магнитолу и внимательно посмотреть на ее монтаж: подобным разъемом часто подключаются провода на вход усилителя.

Если ничего такого найти не удалось, можно поискать платы от отечественной аппаратуры и найти на этих платах гнездовые части разъемов с таким же шагом контактов (как правило, шаг контактов у них стандартный), затем отпилить от него часть с тремя контактами - дальше все понятно и без пояснений Разъем Х2 (со штырями) для подключения к вентилятору также можно изготовить, разобрав нерабочий аппарат.

Такими разъемами жгуты проводов подключаются к платам, например, в телевизорах (типа ЗУСЦТ). Нужно только отпилить от разъема часть с тремя штырями и припаять к этим штырькам провода от схемы Желательно при этом соблюдать цветовую маркировку: белый - провод от таходатчика, красный - "+" питания, черный -"общий". Как именно провода подключаются к разъему, можно посмотреть на вентиляторе.

Индикаторные светодиоды применяются следующие: "МIN" - красный, "МАХ" - зеленый, "WORK" - желтый.

Подстроечный резистор на 47 кОм можно заменить на другой, большего сопротивления (изменив при этом величину сопротивления резистора R2). Вместо германиевых диодов можно попробовать применить терморезистор (примерно на 50-100 кОм), а потом помучиться с подбором сопротивлений.

Подстроечный резистор во второй части схемы можно заменить переменным, найти красивую ручку и прикрепить его к крышке, рядом с платой устройства. Тогда обороты вентиляторов можно будет регулировать вручную, а при повышении температуры внутрикорпусная вентиляция заработает в полную силу независимо от положения ручки регулятора.

Германиевые диоды имеют сильную зависимость обратного тока от температуры, именно эта их особенность и используется в данной схеме. Чем меньше они по размерам, тем быстрее схема будет реагировать на повышение температуры внутри корпуса. С другой стороны, сверхминиатюрную деталь будет легче повредить...

Количество диодов можно изменять (поэтому и пришлось добавить еще один), но тогда придется, соответственно, корректировать величины последовательно соединенных с ними сопротивлений, если датчик не будет срабатывать при заданной температуре (это вариант скорее для продвинутых мастеров).

При настройке устройства подогревать диоды можно паяльником, ненадолго помещая его жало рядом с корпусами диодов (но не касаясь их!). Окончательную регулировку температурного порога нужно производить после установки датчика в корпус, при этом боковые стенки корпуса должны быть закрыты (при настройке крышку отсека с укрепленной на ней платой не вдвигайте на место полностью, чтобы оставалась возможность покрутить подстроечный резистор).

Регулирующий транзистор может быть типа КТ815, КТ817 с любым буквенным индексом. Его лучше прикрутить к металлической пластинке толщиной 2-3 мм и площадью 5-6 см2, при этом нельзя допускать соприкосновения этого радиатора с корпусом компьютера или "общим" проводом схемы.

Величину напряжения на выходе регулятора в режиме "полного газа" устанавливают подбором величины сопротивления резистора R8 (его можно убрать совсем). Маломощные транзисторы - любые кремниевые, но, возможно, в этом случае придется подбирать регулировочные сопротивления.

Индикаторы напряжения конструктивно очень просты. Работу их здесь подробно разбирать не будем, только напомню, что НL1 - индикатор минимального напряжения на выходе регулятора, НL2 - индикатор максимального напряжения, НL3 - индикатор исправности регулятора (он должен все время светиться во время работы при исправном регуляторе напряжения).

Если вы захотите доработать данную схему, скажем, установить выключатель, который будет соединять базу транзистора с общим проводом, останавливая при этом вентилятор, то потребуется индикатор наличия напряжения на выходе (правда, в этом случаевентилятор необходимо почаще смазывать для уверенного запуска при минимальном подводимом напряжении).

В результате получилось устройство, изменяющее обороты одного из корпусных вентиляторов от 1700-1800 (при небольшой температуре воздуха в корпусе) до 2800 и более оборотов в минуту в случае большой нагрузки (игр или других тяжелых приложений), вызывающей повышение температуры воздуха в корпусе примерно до 35°С (по данным программы МВРгоЬе).

Обороты вентилятора контролируются без сбоев. Используемый вентилятор - Zalman ZМ-F1. Теперь, после проверки, можно собрать еще один такой девайс и подключить его к другому разъему на плате - пусть мониторится на здоровье!

Кое-что о сборке:

Для монтажа данного девайса не требуется лишних материальных затрат - хорошо подходит крышка пятидюймового отсека. После сборки системного блока, как правило, остается хотя бы одна свободная заглушка, которая в лучшем случае валяется среди запчастей, в худшем -просто выбрасывается.

А если вы ее испортите в процессе работы - так она все равно была запасной, и с крышкой, которая в данный момент установлена в корпусе, можно будет поработать дальше, только более аккуратно, с учетом прошлых ошибок. Можно, конечно, использовать и трехдюймовую крышку - кому как нравится.

При выборе типа светодиодов для индикаторов нужно учитывать и то, как выглядят индикаторы на вашем корпусе, чтобы не нарушать единство стиля. Как вы думаете, хорошо ли будут выглядеть здоровенные круглые светодиоды в крышке "пятидюй-мовки", в то время как индикаторы на корпусе небольшие и прямоугольные? Вот и я думаю, что это будет не очень эстетично ("зато дешево, удобно и практично..." - классика, однако...).

Конечно, круглые отверстия проделывать будет проще, но и выглядят они не так стильно. В нашем случае дизайн пробного экземпляра устройства минималистический.

Теперь немного информации о монтаже электрической части. Печатную плату для данного устройства целесообразно разрабатывать в том случае, если вы хотите заняться мелкосерийным производством таких девайсов.

А для опытных образцов достаточно будет макетной платы. Если монтаж проведен аккуратно и качественно, устройство будет работать годами, пока не надоест своим присутствием. Макетная плата изготавливается прорезанием канавок в слое фольги до текстолита, так, чтобы образовались изолированные друг от друга квадратики со стороной примерно в 1 см.

К этим квадратикам и припаиваются выводы деталей. При необходимости детали можно будет легко отпаять и переместить в другое место (если начальная компоновка окажется неудачной). Если площадки расположены далеко друг от друга, соединяйте их отрезками многожильного изолированного провода.

Печатную плату с деталями можно изнутри привинтить к нижней кромке крышки. Обратите внимание, что винты крепления должны быть с "потайной" головкой, чтобы они не торчали и не мешали вставлять крышку на место. Только вот незадача - нижняя кромка крышки весьма тонкая, поэтому будьте внимательны и осторожны.

В крайнем случае прикрепите плату к крышке взятым напрокат клеевым пистолетом (можно обойтись и без него, поместив плату на нужное место и затем расплавив кусок клея паяльником). Если такого клея в пределах досягаемости нет, воспользуйтесь клеем "Момент".

Плату постарайтесь сделать не очень большой, чтобы в будущем рядом с ней можно было разместить плату другого такого же регулятора. Светодиоды в отверстиях можно крепить также с помощью клеевого пистолета (кстати, во многих корпусах так и сделано).

С наружной стороны крышки рядом со светодиодами для прикола можно попробовать сделать какие-нибудь условные обозначения. Раньше для этого удобно было использовать переводные изображения, но сейчас таких радиолюбительских шрифтов что-то не видно. Так что если нет навыков аккуратного написания букв - лучше не портите свою работу. Хотя крупная надпись - что-нибудь вроде "SmartFan Ltd" - смотрелась бы неплохо (наверное).

Датчик необходимо разместить в верхней части корпуса, причем так, чтобы избежать замыкания его выводов с металлической поверхностью и попадания его под струю воздуха от вентилятора. Главное, чтобы в дальнейшем он не отлепился от своего посадочного места и его длинные провода не попали в жужжащую крыльчатку вентилятора на процессоре.

Разумеется, первоначальное подключение лучше производить к какому-нибудь внешнему блоку питания 12 вольт, чтобы при возможных ошибках в монтаже избежать больших материальных потерь. (Например, если будет перепутана полярность подключения диодного датчика температуры - транзистор VТ1 мгновенно сгорит!)

При изготовлении данного девайса помните, что от аккуратности проделывания отверстий в крышке (монтажа деталей на плате снаружи все равно не видно, если его специально не демонстрировать) напрямую будет зависеть количество восторга, которое проявят окружающие вас друзья-моддеры.

А уже от реального количества восторга будет зависеть теоретически возможное количество пива, которое пообещают вам товарищи за изготовление аналогичного устройства для них.

Умелых вам рук и прохладных корпусов!

Р.З. Вообще-то, описываемый прибор сейчас работает только в "тихом" режиме. А почему? Здесь целая история... Возникли неприятности с блоком питания, и пришлось его менять. Попутно нужно было решить проблему с вентилятором БП: слишком уж он шумел.

Когда блок питания был заменен, новинка так понравилась, что о ней была написана статья "Молчание - золото". Вентилятор в новом БП шумит гораздо меньше, и, что самое важное, температура внутри корпуса снизилась градусов на пять. Теперь она не достигает пороговой величины, на которую настроен описываемый здесь регулятор оборотов. Осталось подождать наступления лета - будет жарче, тогда вентилятор снова будет увеличивать обороты. А пока насладимся тишиной.

Что самое интересное - мало кто задумывается о том, какую роль в снижении температуры внутри корпуса может играть расположение отверстий на кожухе блока питания. Здесь не все так просто, как может показаться на первый взгляд. Разъяснения по данной теме будут даны в соответствующей статье.

Источник: журнал UPGRADE #51 (141)