Alan Stummer
Вентилятори можуть використовуватися для охолодження схем, але постійне обертання при номінальному напрузі призводить до механічному зносу, перш за все, підшипників. Включаючи вентилятор лише в міру необхідності, і на швидкості, сумірною температурі, можна істотно продовжити термін його життя, так само, як і термін життя охолоджувальної їм апаратури.
Найпростіша схема управління лише вмикає та вимикає вентилятор, але розплатою за простоту є комутаційні перешкоди по харчуванню та високі механічні навантаження на вентилятор. Пропорційні контролери, безумовно, більш елегантні. Вони включаються при переході температури через певний поріг, збільшують швидкість обертання в міру зростання температури, плавно знижують швидкість, коли схема починає остигати, і, нарешті, зупиняються зовсім.
Однак, більшість пропорційних регуляторів швидкості обертання вентиляторів невиправдано складні, оскільки охолодження схем - завдання далеко не з області точних наук. Пропонована на рисунку 1 схема нітрохи не менш ефективна, ніж наворочені регулятори, і багато разів з успіхом використовувалася. Для схеми необхідні тільки термісторний датчик температури, MOSFET транзистор, резистор і конденсатор для охоронців схемотехнической моральності. Передбачається, що термістор має негативний температурний коефіцієнт. Якщо ви маєте в своєму розпорядженні термістором з позитивним коефіцієнтом, поміняйте його місцями з резистором R1.
Малюнок 1.
Найпростіший пропорційний регулятор для вентилятора постійного струму можна зробити на термісторі і MOSFET транзисторі.
При кімнатній температурі напруга на затворі транзистора нижче типового порогового рівня Vgs (th), струм стоку відсутня, і вентилятор вимкнений. У міру зростання температури, опір термістора падає, напруга Vgs (th) зростає, і транзистор починає відкриватися. При досить високій температурі транзистор входить в насичення, і вентилятор починає обертатися з максимальною швидкістю. Практично виходить, що інтервал температур, в якому вентилятор з вимкненого стану досягає максимальної швидкості, рівний приблизно 5 ° C.
Порогова температура, при якій починається обертання вентилятора, встановлюється резистором R1. Для прикладу, порогове напруга затвора MOSFET транзистора NTD4959NH фірми ON Semiconductor одно 2.0 ± 0.5 В. Опір Rтерм термистора ERTJ1VR103H виробництва Panasonic при температурі 25 ° C має типове значення 10 кому. Щоб встановити поріг 40 ° C при напрузі живлення вентилятора 12 В, опір резистора повинно бути:
R1 = Rтерм × Vgs (th) / (12 В - Vgs (th))
Взявши типове значення Vgs (th) = 2 В і опір термістора при 40 ° C Rтерм = 5.067 кОм (з довідкових даних), знаходимо найближче значення в ряду 1% резисторів R1 = 1.00 кОм.
Внаслідок технологічного розкиду порогових напруг Vgs (th), температура включення також матиме розкид від екземпляра до екземпляра. При невеликому обсязі виробництва проблему можна вирішити, замінивши R1 підлаштування резистором. Але це збільшить ціну виробу, тому, можливо, вам доведеться просто змиритися з цим фактом.
На щастя, N-канальні MOSFET транзистори мають негативний температурний коефіцієнт напруги порога, що, частково, компенсує наслідки розкиду Vgs (th). Проте, необхідно переконатися, що розкид температур включення буде прийнятний для вашої системи.
Рухаючись у зворотному напрямку, від крайнього верхнього до крайнього нижнього значення зазначеного в довідкових даних порогового напруги Vgs (th), розрахуємо діапазон порогових температур для найгіршого випадку:
Vgs (th) хв. = 1.5 В і R1 = 1.00 кОм
Таким чином, вентилятор почне обертатися при
Rтерм = 1.00 кОм × (12 В - 1.5 В) /1.5 В = 7.00 кОм,
що, згідно з довідковими даними, відбудеться при температурі 33 ° C. Аналогічно, при найбільшому пороговому напрузі, обертання вентилятора почнеться при опорі термистора 3.80 кОм і температурі 46 ° C. Оскільки гранична напруга більшості MOSFET транзисторів буде розташовуватися поблизу середини зазначеної в довіднику зони розкиду, ми вправі очікувати, що температура включення вентилятора в великих партіях виробів буде перебувати в діапазоні 40 ± 3 ° C.
Тепер, кілька аспектів, на які слід звернути увагу. Перш за все, схема може бути застосована тільки до невеликих вентиляторів постійного струму. Для великих вентиляторів, або масивів вентиляторів, схема буде неефективною, а з вентиляторами змінного струму зовсім непрацездатною. Далі, необхідно подивитися в довідкових матеріалах на вентилятор, чи здатний він працювати в режимі періодичного включення. Як правило, більшість вентиляторів на це розраховані. Але іноді потрібно, щоб швидкість не падала нижче певного мінімального значення. В такому випадку, поставте резистор паралельно MOSFET транзистора.
І, нарешті, не можна забувати про те, що при середній швидкості обертання вентилятора, MOSFET транзистор працює в лінійному режимі і може розсіювати значну потужність. Оскільки таке відбувається тільки при обертанні вентилятора, найпростішим рішенням буде розміщення транзистора на шляху повітряного потоку.
