W obecnie budowanych układach elektronicznych często wykorzystuje się systemy aktywnego chłodzenia z wentylatorami. W dobie techniki mikroprocesorowej wentylatory sterowane są przeważnie z mikrokontrolera lub innego specjalizowanego układu, a prędkość obrotowa regulowana jest poprzez PWM. Takie rozwiązanie charakteryzuje się niezbyt dobrą kulturą pracy, może powodować niestabilną pracę wentylatorów, a ponadto generuje bardzo dużo zakłóceń. Aby sprostać wymaganiom, szczególnie w audiofilskiej dziedzinie audio zaprojektowano analogowy regulator obrotów wentylatora. Układ przydaje się przy budowie wzmacniaczy audio z aktywnym systemem chłodzenia i pozwala na płynną regulację obrotów wentylatorów w zależności od temperatury. Wydajność prądowa układu zależy w zasadzie tylko od tranzystora wyjściowego, jednak testy przeprowadzano z prądami wyjściowymi do 1.5A, co pozwala w praktyce podłączyć nawet kilka dużych wentylatorów 12V.

Działanie:

Układ składa się z dwóch części: wzmacniacza różnicowego i stabilizatora napięcia. Pierwsza cześć zajmuje się pomiarem temperatury i dostarcza napięcia proporcjonalnego do temperatury, gdy przekroczy ona ustalony próg. Napięcie to jest referencją dla stabilizatora napięcia, którego wyjście stanowi zasilanie wentylatorów. Schemat ideowy regulatora obrotów przedstawiono na rysunku 1. Sercem układu jest komparator U2 (LM393), pracujący w tej konfiguracji jako zwykły wzmacniacz operacyjny. Pierwsza jego część U2A pracuje jako wzmacniacz różnicowy, którego warunki pracy ustalają rezystory R4-R5 (47k) oraz R6-R7 (220k). Kondensator C10 (22pF) poprawia stabilność wzmacniacza, natomiast R12 (10k) podciąga wyjście komparatora do plusa zasilania. Na jedno z wejść wzmacniacza różnicowego podawane jest napięcie referencyjne, które wytwarzane jest przez dzielnik złożony z R2 (6,8k), R3 (680R) i PR1 (500R), a filtrowane za pomocą C4 (100nF). Na drugie wejście tego wzmacniacza trafia napięcie z czujnika temperatury, którym w tym wypadku jest jedno ze złącz tranzystora T1 (BD139), polaryzowane niewielkim prądem za pomocą R1 (6,8k). Kondensator C2 (100nF) został dodany aby filtrować napięcie z czujnika temperatury. Polaryzację czujnika oraz dzielnika referencyjnego wspomaga stabilizator U1 (78L05) wraz z kondensatorami C1 (1000uF/16V), C3 (100nF) i C5 (47uF/25V), dostarczając napięcia stabilizowanego 5V. Komparator U2B pracuje jako klasyczny wzmacniacz błędu. Porównuje on napięcie referencyjne z wyjścia wzmacniacza różnicowego z napięciem wyjściowym dzielonym za pomocą drabinki R10 (3,3k), R11 (47R) i PR2 (200R). Elementem wykonawczym stabilizatora jest tranzystor T2 (IRF5305), którego bramka sterowana jest z dzielnika R8 (10k), R9 (5,1k). Kondensator C6 (1uF) oraz C7 (22pF) i C9 (10nF) poprawiają stabilność pętli sprzężenia zwrotnego. Kondensator C8 (1000uF/16V) filtruje napięcie wyjściowe ale także ma on znaczny wpływ na stabilność układu. Złączem wyjściowym jest tutaj AR2 (TB2), natomiast złączem zasilania AR1 (TB2). Dzięki zastosowaniu tranzystora wyjściowego o małej rezystancji w stanie otwarcia układ wykazuje się bardzo małym spadkiem napięcia rzędu 50mV, przy prądzie wyjściowym 1A, przez co nie wymaga specjalnego zasilacza o wyższym napięcia do sterowania wentylatorami zasilanymi 12V.

Budowa:

Rysunek dostępny tutaj z pewnością przyda się podczas lutowania płytki od strony elementów (od góry). Montaż należy rozpocząć od wlutowania dwóch zworek, a następnie powinny być zamontowane wszystkie rezystory i małe kondensatory ceramiczne. W dalszej kolejności montujemy potencjometry, stabilizator i wszystkie złącza, kończąc na dużych kondensatorach elektrolitycznych. Tranzystory T1 i T2 zostawiamy na sam koniec. W większości wypadków oba te elementy będą montowane od spodu płytki na nóżkach wygiętych pod kątem 90 stopni. Takie ułożenie umożliwi ich przykręcenie bezpośrednio do radiatora (należy bezwzględnie zastosować podkładki izolacyjne). Pomocą w montażu będą z pewnością zdjęcia układu modelowego. W układzie modelowym zastosowano komparator w roli wzmacniacza U2. Ma to na celu poprawę stabilności pracy stabilizatora wyjściowego, który po zastosowaniu klasycznego wzmacniacza operacyjnego zachowywał by się jak układ trójstopniowy. Układ tego typu bardzo łatwo wchodzi w oscylacje co przekłada się na niestabilność napięcia wyjściowego na poziomie nawet 300mVpp. Komparator w roli U2 daje system dwustopniowy i zachowuje się stabilnie (niestabilność na wyjściu rzędu 20mVpp) po dokonaniu odpowiedniej kompensacji. Pomimo powyższych uwag w większości wypadków w roli U2 można zastosować popularny wzmacniacz operacyjny LM358, godząc się na gorsze parametry wyjściowe.

Kalibracja układu:

W układzie przewidziano dwa elementy regulacyjne PR1 (regulacja offset'u) oraz PR2 (regulacja wzmocnienia). Aby dobrze ustawić układ będą potrzebne dwie informacje:

• Zakres temperatur odpowiadający minimalnym i maksymalnym obrotom wentylatora
• Zakres napięcia na wyjściu - różnica między napięciem dającym maksymalne i minimalne obroty

Warto zauważyć iż zmiana temperatury o 1 stopień daje zmianę napięcia na wyjściu wzmacniacza U2A o około 10mV, a zatem dla typowych warunków pracy przy różnicy temperatur 20 stopni daje to zmianę napięcia (na wyjściu wzmacniacza U2A) rzędu 200mV. Ponadto typowe wentylatory pracują już od zasilania 4V, więc z kolei zakres napięć wyjściowych wyniesie 8V (12-4V). Wzmocnienie stabilizatora na wyjściu wyraża się zatem prostą zależnością: Z drugiej strony wzmocnienie stabilizatora wyjściowego wyznaczamy wprost z dzielnika w jego sprzężeniu zwrotnym: Z obu tych wzorów można uzyskać wartość PR2, która dla powyższych danych będzie wynosiła 85 W praktyce zastąpienie potencjometru PR2 rezystorem o stałej wartości będzie w większości przypadków dobrym rozwiązaniem. Można też dokonać pomiaru napięcia na wyjściu układu oraz napięcia produkowanego przez dzielnik R10, R11 + PR2 i tak ustawić PR2 aby stosunek napięć był równy dokładnie wyliczonemu wcześniej wzmocnieniu. Przy takim pomiarze należy pamiętać aby napięcie wyjściowe miało cały czas wartość w okolicach połowy zasilania (można zgrubnie dostrajać za pomocą PR1).

Na sam koniec można dokonać ustawienia offsetu, czyli wartości napięcia minimalnego. Dokonujemy tego kręcąc PR1, przy temperaturze otoczenia, która została założona jako minimalna. Dla temperatury minimalnej w powyższym przykładzie napięcie na wyjściu powinno wynosić 4V. Należy pamiętać że układ jest liniowy w szerokim zakresie temperatur, a co za tym idzie temperatura niższa niż minimalna sprawi iż napięcie na wyjściu spadnie poniżej zakładanej wartości minimalnej. W praktyce może spowodować to zatrzymanie wentylatorów. Dla temperatur wyższych niż maksymalna wentylatory będą pracować z mocą maksymalną.

Zdjęcia Projektu:

Wykaz Elementów:

Załączniki:

Pytania i Komentarze:

comments powered by Disqus