Схема включения резервного вентилятора

Обновлено: 16.05.2024

Применение

Сегодня во время особой актуальности автоматизации всего процесса функционирования вентилятора, используются щиты управления вытяжными вентиляторами. С их помощью можно существенно упростить главные процессы по очистке загрязнённого воздуха из помещений различных размеров, а также объектов, имеющих производственное предназначение, где воздух не только грязный, но и вредный.

Неоценим преимуществом ЩУВ является простота его монтажа, а сотрудничая с компанией, возможно заказать изготовление шкафа управления с двумя или несколькими вентиляторами разнообразных моделей.

В зависимости от функциональности, наполнения и встроенных параметров, щиты управления вентиляторами выпускаются семи типов:

ЩУВ1. Является универсальной моделью, идеально функционирующей в комплексе с вытяжными вентиляторами, а также теми, которые удаляют дым. Основная функция — защита мотора. Кроме того, изделие выполняет возложенные на модели 2 и 3 функции. Возможно подключение частотного регулятора, использование с асинхронным двигателем на 220W, 380W. Может управляться при помощи выносного пульта (ПУ2), отображая действительное состояние оборудования (рабочее/поломанное).
ЩУВ2. Позволяет осуществлять контроль функционирования вентилятора дистанционно, защищает двигатели устройств с термоконтактами. Контролирует подачу свежего воздуха в помещении и удаление загрязнённого вместе со щитами управления и ЩУТ1. Имеются показатели, свидетельствующие о правильном или не правильном функционировании оборудования.
ЩУВ3. Осуществляет защиту двигателя вентилятора без термоконтактов от перегрузок электроэнергией. Управляет вентиляторами дистанционно, подключается к ЩУ вентиляционных систем, подающих воздух в помещение. В случае поломки, благодаря имеющейся индикации, максимально быстро можно отреагировать на сложившуюся ситуацию.
ЩУВ4. Плавно запускает, а также защищает термоконтактный двигатель вентилятора, возможно управление с ПУ2. Оснащен функцией индикации рабочей ситуации (бесперебойное функционирование или аварийная ситуация).
ЩУВ5. Плавно запускает и защищает нетермоконтактный двигатель вентилятора от перенапряжения. Возможно управление при помощи выносного пульта. Отображается текущий режим работы/аварии.
ЩУВ6. Достаточно плавно регулирует скорость вращения канального вентилятора на 220W, управляет сигналом от 0 до 10В и резистором со значением 15кОм.
ЩУВ7. Контролирует функционирование основного и резервного вентилятора, мгновенно отзывается на поломку одного из вентилятора, обеспечивая беспрерывную работу оборудования за счёт другого, постоянно поддерживая поступление или вытяжку воздуха. Способен защитить от перебоев электросети.

Схема подключения ЩУВ1, пуск/стоп вентилятора кнопками щита управления

М1 - вентилятор, питание 380 В; ТК - термоконтакты двигателя (биметаллические или позисторные), могут отсутствовать. Если их нет, то реле защиты ТР220 переводится в режим ВМ, а между контактами 18 и 19 устанавливается перемычка. М4 - электропривод воздушной заслонки. Питание 220 В, возвратная пружина. Например, LF230 Belimo; 16 и 17 - контакт системы пожарной сигнализации (нормально замкнутый); А В С - сеть, N - рабочая нейтраль, PE - защитная земля; В щите должны быть установлена перемычка между контактами 1 1 и 12.

Основные функции ЩУВ

Кроме выполнения основных функций на щит управления вентилятором возложено и ряд иных, реализация которых позволяет обеспечить бесперебойное и безопасное функционирование как самого щита, так и вентилятора. К ним можно отнести:

отображение главных показателей работы;
автоматическое срабатывание во время повреждений, отключение линейных проводников;
запуск резервного вентилятора при выходе из строя или отключении основного;
предотвращение ситуаций, в результате которых могла бы перегреться обмотка двигателя, возникнуть короткое замыкание или иные перегрузки;
запуск или прекращение работы вентилятора при помощи расположенных на панели кнопок (ручной пуск) или пульта управления;
организация соответствующей работы электромотора воздушной заслонки;
совмещение с регулятором скорости оборотов изделия.

Правильность выбора

ЩУВ, как и любой иное оборудование, необходимо подбирать индивидуально, в зависимости от предстоящего способа эксплуатации, а соответственно и набора необходимых параметров, характеристик и возможностей, посредством которых станет реально исполнение поставленных задач.

В основном, при выборе подходящего типа и модели данного оборудования учитывают мощность двигателя и нагревателя, уделяя особое внимание правильному выбору:

подходящей степени защиты;
габаритным размерам и весу;
использованному для изготовления корпуса материалу;
частотного регулятора;
диапазону установки тока.

Возможные способы подключения и остановки работы вентилятора

Управление вентилятором при помощи ЩУВ и задание основных параметров работы

Сразу после включения вентилятора на него подаётся питание, открывается воздушная заслонка и он начинает работать. Дистанционный запуск вентилятора после его включения позволяет сразу же отрегулировать необходимую скорость его вращения. Остановиться работа вентилятора может в результате определенных ошибок, распознать по коду которые возможно на индикаторе используемого для питания частотного регулятора.

Производство щитов для систем вентиляции стандартного исполнения и по индивидуальному проекту

Управление основным и резервным вентилятором
Индикация состояния вентиляторов
Возможность удаленного управления

Микропроцессорный контроллер КР21 управляет работой основного и резервного вентилятора, обеспечивая непрерывность работы вентиляционной системы.
При останове одного из вентиляторов второй будет включен через 10 секунд.
Предназначен для поддержания постоянного притока/вытяжки путем включения резервного вентилятора.

Описание работы
При нажатии кнопки ПУСК1/ПУСК2 подается питание на один из вентиляторов. Если датчик давления дает подтверждающий сигнал, то загорается светодиод РАБОТА1/РАБОТА2. Но если в течении 30 секунд сигнала нет, то загорается светодиод АВАРИЯ1/АВАРИЯ2 и включается резервный вентилятор. Если сигнал с датчика давления пропадает уже при работающем вентиляторе, то через 10 секунд автоматически включается резервный вентилятор с высвечиванием сигнала АВАРИЯ. Датчик давления PS500 (PS1500) или аналогичный.
Останов любого вентилятора производится нажатием кнопки СТОП.
Пуск/останов вентилятора можно также производить дистанционно, через контакты контроллера.

Выходы:
1, 2 - реле включения первого вентилятора
3, 4 - реле включения второго вентилятора

Напряжение питания: ~ 220 В, ± 15%, 50 Гц
Монтаж: на 35 мм DIN рейку
Максимальная потребляемая мощность: 3 ВА
Класс защиты: IP20
Рабочая температура: от 0 до + 50 °С
Габаритные размеры: 71х90х58 мм
Вес: 0,16 кг
Присоединение: через зажимы для гибких проводов сечением до 2,5 мм
Усилие затяжки 0,3 Н*м
Реле включения вентилятора: максимальный ток переключения 8 А при ~220 В или 8 А при 28 В постоянного тока. Электрическая износостойкость: не менее 100000 циклов

Габаритные размеры

M1 - первый вентилятор
М2 - второй вентилятор
РD1 - дифференциальный датчик давления PS500 первого вентилятора
РD2 - дифференциальный датчик давления PS500 второго вентилятора

Если ни один из вентиляторов не включен:
при нажатии кнопки ПУСК1/ПУСК2 подается питание на один из вентиляторов М1/М2. Если датчик давления PD1/PD2 выдает подтверждающий сигнал менее чем за 30 секунд, то загорается светодиод РАБОТА1/РАБОТА2. Если в течении 30 секунд сигнала нет, то загорается светодиод АВАРИЯ1/АВАРИЯ2 и включается другой вентилятор. Если в течении 30 секунд нет и другого подтверждающего сигнала то загорается второй светодиод АВАРИЯ.

Если один из вентиляторов уже работает: если сигнал, подтверждающий его работу, пропадает более чем на 10 секунд, то загорается светодиод АВАРИЯ и включается другой вентилятор. Если в течении 30 секунд нет подтверждающего сигнала и от от этого вентилятора то загорается второй светодиод АВАРИЯ.

Все действия по пуску/останову вентиляторов можно производить дистанционно, при помощи контактов контроллера.
Кнопка СТОП останавливает работающий вентилятор и сбрасывает светодиоды АВАРИЯ.

Типовые схемы подключения

Q1 и Q11 - автоматические выключатели
КМ1 и КМ11 - магнитные пускатели
А1 - контроллер КР21
M1 - первый вентилятор
М2 - второй вентилятор
РD1 - дифференциальный датчик давления PS500 первого вентилятора
РD2 - дифференциальный датчик давления PS500 второго вентилятора

Включение вентиляторов внешними кнопками ПУСК 1 и ПУСК 2.
Выключение работающего вентилятора внешней кнопкой СТОП.
Мощности основного и резервного вентилятора могут быть разными.

В статье представлены схемы, разводка плат и фотографии недорогих миниатюрных устройств управления включением-выключением вентиляторов охлаждения радиаторов силовых элементов мощных усилителей и источников питания (ИП) в зависимости от температуры их нагрева. Применение современной элементной базы и простота схем устройств позволили на порядок снизить их стоимость по сравнению с подобными устройствами промышленного изготовления, а также существенно уменьшить производимый ими шум.

Введение

В процессе эксплуатации усилителя [1], работающего совместно с ИП [2], было выявлено, что при их работе в режиме максимальной мощности или близком к нему радиаторы охлаждения как самого усилителя, так и ИП нагреваются до неприемлемо высокой температуры (до 50 °C и выше), тогда как при малых и средних мощностях (а это львиная доля всех режимов работы) температура радиаторов находится на приемлемом уровне, то есть конвективный способ охлаждения радиаторов в таких режимах вполне себя оправдывает. Снизить температуру радиаторов, как известно, можно двумя способами: либо увеличив площадь поверхности радиаторов, либо применив принудительное охлаждение с помощью вентиляторов. Первый способ, на взгляд автора, излишне затратен, так как стоимость радиаторов напрямую зависит от их размера и для достаточно габаритных радиаторов может достигать единиц тысяч рублей. Охлаждение радиаторов вентиляторами (второй способ) связан с приобретением промышленных дорогостоящих устройств охлаждения на основе вентиляторов и датчиков температуры, стоимость которых еще выше: например, подобные устройства на основе двух вентиляторов и датчика температуры, найденные автором в Интернете, продаются по цене от 2 тысяч рублей и выше. Кроме того, шум, создаваемый подобными устройствами, неприемлемо высок (до 40 дБ и более). В то же время существуют вентиляторы, применяемые для охлаждения видеокарт. Это наиболее современные, малогабаритные и малошумные (до 20 дБ) вентиляторы, стоимость которых не превышает 100 руб. Но устанавливать подобные вентиляторы на радиаторы охлаждения и включать их на постоянную работу также неприемлемо, поскольку, как отмечалось выше, уже при средних уровнях мощности принудительно охлаждать радиаторы не требуется, и даже такой малый уровень шума (20 дБ), особенно при малых уровнях громкости (мощности), может создать дискомфортное восприятие музыкального сигнала.

У автора возникла идея: а нельзя ли сконструировать электронное устройство охлаждения на базе вентиляторов и датчика температуры, которое бы включало вентиляторы только при достаточно высоком нагреве радиаторов, а при слабом нагреве не включало их вообще. Анализ схем подобных устройств, найденных автором в Интернете, показал, что таких схем масса: начиная от самых простых, сконструированных на дискретных компонентах (например, на базе термистора и полевого транзистора), и кончая достаточно сложными с применением биполярных транзисторов и ОУ. Однако ни одна из подобных схем автора не устроила, поскольку, на его взгляд, все они либо достаточно сложны, либо сконструированы с применением устаревшей элементной базы, из-за чего имеют достаточно крупные габариты.

В связи с вышеизложенным, автором была разработана собственная схема такого устройства, которое показало надежную работу, имело достаточно миниатюрные габариты, а стоимость входящих в него электронных компонентов не превысила 100 руб.

Описание подобного устройства и является предметом настоящей статьи.

Таким образом, дальнейшее изложение будет построено следующим образом. Вначале будут приведены принципиальные схемы устройств (их два), затем – разводка их плат и фотографии. Далее будет рассмотрен способ их настройки (градуировка) и, наконец, приведены результаты их работы.

Принципиальные схемы устройств

Если теперь объединить схемы Рисунок 1а и Рисунок 1б или, другими словами, ввести положительную обратную связь R_ОС в схему 1а, то получим схему уже с гистерезисом (Рисунок 1в), которая и является основой для принципиальной схемы устройства. Из уравнения (1) следует, что для схемы Рисунок 1в при фиксированных значениях R1 и R3 и при их равенстве R1=R3=R_Г размах напряжения гистерезиса U_ГИСТ будет определяться (при заданном U) отношением R_Г/2R_ОС: чем оно меньше, тем уже гистерезис.

Рисунок 1.

Использование моста Уитстона (а) и триггера Шмитта (б) в структурной схеме
измерения температуры (в).

Здесь необходимо отметить, что все предыдущие рассуждения касались только электрических параметров схем (в основном, напряжений), а как обстоит дело, когда имеется реальная температура, и как при этом условии будет работать схема? Для этого необходимо произвести градуировку схемы (см. далее), или, другими словами, подобрать номинал резистора R2 (Рисунок 1в) таким образом, чтобы при превышении температурой верхнего порога вентиляторы включались, а при температуре ниже определенного порога – выключались.

Теперь, после таких подробных объяснений, на взгляд автора, несложно понять и принципиальную схему устройства (Рисунок 2). Как видно из этой схемы, в качестве ОУ использована микросхема одноканального ОУ OPA170 (DA2). Этот относительно современный Rail-To-Rail ОУ выпускается (в том числе) в миниатюрном корпусе SOT23-5 размером 3×3 мм и имеет максимальное напряжение питания 36 В. Вместо ОУ OPA170 можно использовать ОУ NCS20071, являющийся почти полным аналогом OPA170, но несколько дешевле его. Можно также использовать еще более дешевый ОУ ТS321 (стоимостью около 20 руб. с максимальным напряжением питания 30 В) или LM321 (30 руб., 30 В), но у него другое расположение выводов, так что потребуется иная разводка схемы (приведена в дополнительных материалах к статье).

Рисунок 2.

Принципиальная схема включения вентилятора с помощью ОУ и полевого транзистора.

Схема включения ОУ (Рисунок 2), как можно заметить, в точности повторяет схему Рисунок 1в. Выход ОУ через токоограничивающий резистор R5 подключен к затвору транзистора VT1, выпускаемого в полностью изолированном корпусе TO-220F (50N06L-TF3-T). Исток транзистора заземлен, а нагрузка – вентиляторы и мигающий светодиод со своим токоограничивающим резистором R6 – подключена между стоком транзистора и питанием (+12 В). Вентиляторы подключены через двухштырьковый цанговый разъем PSLM-2 с расстоянием между штырьками 2.54 мм (XFan). Через такие же разъемы подключены: светодиод (Xled), термистор (XNts) и входное напряжение питания +14 В (X+14). Сама же схема питается от стабилизированного напряжения +12 В, получаемого с помощью стабилизатора LM2940CT-12 (DA1) в корпусе TO-220 с низким падением напряжения (Low Drop Out – LDO), составляющим не более 0.5 В (типовое значение) и максимальным током 1 А. Использование стандартного стабилизатора (например, 7812 или 78M12) исключено, поскольку его падение напряжения составляет не менее 2 В (без нагрузки), поэтому при входном напряжении +14 В и дополнительной нагрузке в 300 – 400 мА (такой ток потребляют вентиляторы) этот стабилизатор не обеспечит стабилизированное напряжение +12 В.

Ко всем четырем разъемам подключаются двухпроводные кабели, которые одним концом, соответственно, соединены: с напряжением питания +14 В (Рисунок 3а), термистором (Рисунок 3б), светодиодом (Рисунок 3в) и вентиляторами (Рисунок 3г), а на вторых их концах расположены цанговые двухконтактные гнезда SIP2, являющиеся ответными к цанговым штырям PSLM-2, расположенным на плате устройства (Рисунок 2).

Рисунок 3.

Кабели подключения питания (а), термистора (б), светодиода (в) и вентиляторов (г).

Рисунок 4.

Контакты вентилятора.

Светодиод целесообразно установить на лицевой поверхности корпуса усилителя или ИП в зависимости от того, где он используется, термистор прикрепляется к задней поверхности радиатора охлаждения (об этом подробно написано далее), вентиляторы укрепляются на радиаторах охлаждения (см. далее), а кабель питания +14 В припаивается к проводам с напряжением питания усилителя или ИП.

Занимаясь как-то компьютером на базе Р166ММХ, среди прочего я обнаружил неработающий вентилятор блока питания. Из слов хозяина выяснилось, что вентилятор как-то с год назад застучал – чему были подтверждением физические повреждения лопастей и внутренней поверхности корпуса, стук прекратился почти сразу же – вместе с жизнью самого вентилятора, сам хозяин сразу же про это забыл. Запаса мощности обычного 200-ваттного блока питания вполне хватало, чтобы обеспечить работоспособность системного блока, не выходя из рабочего температурного режима. Техника с тех пор не стояла на месте, процессорные частоты выросли на порядок, увеличилась общая потребляемая мощность системных блоков, и только паспортные мощности блоков питания существенно не выросли, а значит температурные режимы работы ключевых элементов достаточно тяжёлые, и неисправность вентилятора блока питания может привести к непоправимым последствиям. Стимулом к разработке описываемого ниже устройства явилась установка в стандартный блок питания второго вентилятора, работающего на вдув из системного блока и работа обоих вентиляторов при напряжении питания в 9В. Если работу штатного блока питания можно проверить, подставив ладонь под выдуваемый поток воздуха, то работу второго проверить достаточно сложно даже визуально. Из этого исходило главное "техническое задание" - обеспечить визуальный контроль режима работы вентилятора. Стоимостные характеристики с самого начала не выдвигались на первый план, но в итоге оказалось, что стоимость готового устройства не превышает стоимости самого вентилятора. Занимаемый объём готового устройства, которое помимо сигнализации режима работы вентилятора в окончательном виде выполняет ещё ряд функций – обеспечивает двигатель вентилятора пониженным напряжением питания с фильтрацией импульсных помех от него и плавным запуском при включении, не превышает объёма спичечного коробка.

При минимальной доработке схемы устройство может обеспечивать авторегулировку частоты вращения от температуры.

Внутри вентилятора

Электрические схемы всех вентиляторов приблизительно одинаковы, с двумя их вариантами можно познакомиться на приведённых ниже схемах из журнала "Радио":

В этой же статье ("Ремонт вентиляторов электронных устройств" Р.Александрова) можно ознакомиться и с принципом их работы.

Реальные схемы вентиляторов могут отличаться лишь типом применяемых элементов и степенью их интеграции. В большинстве своём "двухпроводные" вентиляторы выполнены аналогично первой схеме. "Трёхпроводные" вентиляторы имеют в своей схеме дополнительный маломощный транзистор, включённый по схеме "с открытым (неподключённым) коллектором" - типовые схемы включения таких вентиляторов можно найти, например, в "даташите" на микросхему мониторинга системной платы W83781D.

В схеме этого вентилятора датчик Холла интегрирован с ключевыми транзисторами, сигнал для датчика частоты вращения снимается с маломощного транзистора из серии ZGA.

Типовую схему включения и будем иметь в виду при разработке датчика вращения двигателя вентилятора. Вот его схема:

При работающем вентиляторе будут светиться оба светодиода, подборкой сопротивления резистора R4 добиваются их одинаковой яркости свечения, при этом при остановке двигателя должно быть заметно изменение яркости свечения. В случае остановки двигателя будет гореть только один из них. При движении с прерываниями будет заметно моргание светодиодов. При подключении в разрыв между R2 и базой транзистора конденсатора ёмкостью около 50мкФ при изменении частоты вращения будет изменяться и яркость свечения светодиодов. При использовании ещё нескольких радиоэлементов можно обеспечить аварийное отключение системного блока при выходе вентилятора из рабочего режима или задействование запасного.

В качестве схемы датчика вращения "двухпроводного" вентилятора можно было взять такую (впрочем, эта схема годилась и для "трёхпроводного" вентилятора).

При этом яркость свечения светодиода обратно зависела бы от тока потребления вентилятора – максимальное свечение при обрыве по цепи питания вентилятора, отсутствие свечения при коротком замыкании. Настройка подобного устройства сводилась бы к подбору сопротивлений двух резисторов – подбором R1 (~ 5 Ом) устанавливаем падение напряжения на нём при номинальном токе потребления вентилятора в районе 0.5-0.75В, подбором R2 добиваемся ощутимого изменения яркости свечения светодиода при остановке двигателя. Схема имеет "право на жизнь", но мы пойдём другим путём – превратим "двухпроводной" вентилятор в "трёхпроводной", ничего не меняя в его схеме. Сделать это достаточно легко. Для снятия сигнала, частота которого пропорциональна частоте вращения крыльчатки вентилятора, подходит коллектор любого из ключевых транзисторов. При этом датчиком вращения может быть первая схема с удалённым из неё резистором R1 без изменения параметров остальных элементов схемы. Остаётся только снять крыльчатку для доступа к элементам схемы, найти коллектор одного из транзисторов, припаять и зафиксировать провод и снова собрать. Заодно, если вентилятор уже побывал в работе, провести регламентные работы по удалению пыли и смазке вала.

Необходимый вывод транзистора найдём прозвонкой выводов относительно плюсового провода питания схемы на наличие низкоомной цепи сопротивлением в ~60 Ом и припаяем к нему провод.

На этом доработку двухпроводных вентиляторов можно считать законченной. Если не забыть, как его собрать.

Борьба с шумом

Редкий пользователь, установив вентилятор в корпус, не начинает борьбу с шумом. Причём, как правило, это заключается в подсоединении питания двигателя между проводами +12В и +5В. Как правило, любые доводы противников такого подключения не принимаются в расчет его сторонниками. Я тоже решил "вложить свою копейку" в этот спор. Для этого я немного изменил входные цепи старой звуковой карты Genius SM32х и использовал её в качестве осциллографа для снятий пульсаций по обеим шинам питания +12В и +5В одновременно с помощью звукового редактора Sony Sound Forge 7.0.
Первая "осциллограмма" относится к случаю подключения вентилятора к шинам +12В и 0.

Верхняя осциллограмма относится к шине +12В, нижняя – к +5В.

А вот что представляет собой осциллограмма при подключении вентилятора к шинам +12В и +5В.

Если шина +12В спокойно перенесла такое подключение, то обратите внимание на появившиеся импульсы по шине +5В в положительных значениях. Эти импульсы есть ни что иное, как коммутационные помехи ключевых транзисторов схемы управления двигателем и импульсные помехи его катушек. Помехи эти достаточно сильные – при измерении пикового значения с помощью осциллографа С1-55 для коммутационных помех данного вентилятора было получено значение более 0.2В – при использовании процессорного кулера для охлаждения интегрированного 4-х канального усилителя мощности ЗЧ суммарной мощностью в 120Вт с питанием через интегральный стабилизатор КР142ЕН8 фон удалось убрать только при подключении конденсатора ёмкостью не менее 1000мкФ. Именно это значение ёмкости является рекомендуемым и для схемы понижения напряжения питания двигателя вентилятора, о которой будет рассказано чуть ниже. А сейчас выясним, как уменьшается производительность кулера при понижении питания. Для этого снимем зависимости частоты вращения крыльчатки от напряжения питания двигателя для разных вентиляторов (все они представлены на первой фотографии), зависимость частота/напряжение для "двухпроводных" вентиляторов, оказавшихся под переделкой, была подобной зависимости для третьего вентилятора с номинальной частотой вращения в 2400об./мин.

Окончательной редакцией явилась следующая схема, настройка которой заключается в подборе ёмкости C1, при которой происходит плавное нарастание потребляемого тока при включении. В зависимости от типа полевого транзистора, можно получить на выходе напряжение в пределах 9.5-8.5 В. Я остановил свой выбор на IRFZ24N (по отношению цена/технические характеристики) – с ним напряжение на выходе при входном напряжении в 12В получается 8.8В. Эту схему можно слегка доработать – напряжение на затвор можно подавать со среднего выхода потенциометра, подключенного к питающим проводам, при шунтировании одного из плеч этого потенциометра терморезистором можно получить на выходе напряжение прямо или обратно пропорциональное изменению температуры. Кроме того, при необходимости повысить выходное напряжение, можно выводы стока и истока зашунтировать резистором сопротивлением около 50Ом.
В окончательном виде устройство выглядит так:

Полевой транзистор установлен на припаянный к контактной площадке медный фланец от подобного корпуса, перед припайкой которого следует снять фаску по его контуру. Температурный режим работы транзистора под нагрузкой в "один вентилятор" при таком охлаждении – 40 градусов. Монтаж выполнен на двухсторонней плате с использованием радиоэлементов для поверхностного монтажа (от старых плат ISA-устройств). Крепёж платы – по месту. Светодиоды выносятся на лицевую панель.

Автоматическое включение резервного вентилятора

Видим, что если исключить резистор R1 из схемы, то можно открывать ключ VT2 с помощью схемы, которая бы работала по следующему алгоритму – есть сигнал на открытие ключа при остановке двигателя другого вентилятора, нет сигнала – при нормальной работе двигателя вентилятора. Реализуем этот алгоритм с помощью простейшего детектора состояния датчика работы вентилятора.

При наличии вращения конденсатор C2 перезаряжается, что вызывает появление переменной составляющей на резисторе R6, положительная полуволна которой открывает транзистор VT2 и подзаряжает конденсатор C3, который не даёт закрыться транзистору VT2 во время отрицательной полуволны, которая через диод VD3 "садится" на схемный ноль. Для более чёткой работы детектора на месте этого диода лучше применять диоды с низким прямым напряжением, например, германиевые типа Д9. Я применил диод Д18. При отсутствии вращения конденсатор C3 разряжается через резисторы R6 и R7, а также через эмиттерный переход VT2. При этом напряжение на коллекторе VT2 повышается, что ведёт к открыванию полевого транзистора и подаче на резервный вентилятор напряжения питания.
Подбирая ёмкость конденсатора C3 можно обеспечить "тестирование" работы резервного вентилятора при первом включении в течение времени заряда этого конденсатора.
При замене основного вентилятора на исправный резервный вновь останавливается.

Вот полная схема такого устройства:

Две платы датчика работы вентилятора установлены на кросс-плату, на которой находится детектор. Вентиляторы подсоединяются к стандартным трёхконтактным вилкам подключения вентиляторов. Питание можно подать, например, через стандартный разъём подключения вентиляторов (как на снимке). Вместо пар светодиодов можно применять двуханодные двухцветные светодиоды.

В этой статье предлагаю рассмотреть достаточно простую схему автоматического включения и выключения обычного компьютерного кулера, управляемая датчиком температуры. К примеру, у нас имеется радиатор мощного блока питания, на котором установлен охлаждающий малогабаритный вентилятор, питаемый постоянным током. Если охлаждающий вентилятор будет постоянно работать, даже когда температура на радиаторе невысокая, то это будет создавать дополнительный ненужный шум. А также вентилятор будет бесполезно потреблять ток, что не совсем экономично. Но вот если этот вентилятор будет запускаться только тогда, когда температура на радиаторе поднялась выше допустимого, то это будет гораздо лучше и экономнее. Простая схема такого автоматического запуска кулера представлена ниже на рисунке.

Предлагаемая схема содержит всего несколько электронных компонентов. А именно, это терморезистор, переменный резистор и два обычных биполярных транзистора, либо же вместо них можно поставить одни составной (так называемый транзистор Дарлингтона). Еще параллельно кулеру желательно поставить любой диод, например типа 1n4007, далее расскажу для чего он нужен в схеме. Поскольку компьютерные кулеры питаются от напряжения 12 вольт, то и сама схема рассчитана на это напряжение. Хотя это напряжение можно сделать чуть больше или чуть меньше, на схему это особо не повлияет (разве что нужно будет подстроить нужную температуру срабатывания схемы).

Для новичков стоит сказать, что терморезисторы бывают двух типов – это термисторы и позисторы.

Разница между ними простая. Термистор, это терморезистор, который имеет отрицательный коэффициент сопротивления. То есть, при нагревании термистора его электрическое сопротивление будет уменьшаться. Причем достаточно резко и в относительно больших пределах. На схемах термисторы обозначаются как обычных резистор, только добавляется косая черточка и перед буквой t, обозначающий температуру, еще ставится минус (и обозначающий отрицательный коэффициент сопротивления). Или ставиться обозначение NTC.

Позистор – это терморезистор, имеющий положительный коэффициент сопротивления. То есть, при нагревании позистора его сопротивление будет увеличиваться. Позисторы обозначаются также как и термисторы, только пред буквой t стоит плюс (обозначающий этот самый положительный коэффициент сопротивления). Либо может присутствовать такая надпись PTC.

Терморезистор R1 и переменный резистор R2 представляют собой простой делитель напряжения. И в зависимости, какие величины сопротивления будут у этих резисторов, то и входное напряжение разделится между ними пропорционально этому соотношению. Например, два резистора имеют одинаковое сопротивление, значит и напряжение разделится между ними поровну. Как я выше написал, чтобы открыть один биполярный транзистор на его входе (между базой и эмиттером) должно появиться напряжение не менее 0,6 вольт. Поскольку у нас два транзистора и их база-эмиттерные переходы соединены последовательно, то входное напряжение уже должно быть не меньше 1,2 вольта.

Как мы выяснили выше, термистор при нагревании уменьшает свое сопротивление. Следовательно это приведет к уменьшению напряжения на нем, а на переменном резисторе оно наоборот увеличится. Это приведет к тому, что как только увеличение напряжение между минусом схемы и среднем выводом переменного резистора достигнет величины 1,2 вольта, то оба транзистора полностью откроются и включает охлаждающий вентилятор. Но как только температура на термисторе снижается, его сопротивление увеличится, напряжение на нем также увеличивается, а на переменном снова уменьшается. И как только на входе транзистора напряжение станет меньше 1,2 вольта, оба транзистора закрываются и вентилятор отключается.

Учтите, что термистор и позистор в схему нужно ставить в разные места. А именно, если у вас в место термистора имеется только позистор, то его нужно поставить под переменным резистором, как показано на схеме ниже (схема на полевом транзисторе).

Не подумайте, что в схему с биполярными транзисторами нужно ставить термистор, а в схему на полевом транзисторе нужно ставить позистор. Если мы имеем термистор, то его как в схеме с биполярными транзисторами, так и с полевыми, нужно ставить выше переменного резистора. Если же у нас есть позистор, то его и в той и другой схеме мы ставим ниже переменника. И насчет, какой вариант будет лучше – с двумя биполярными, одним составным биполярным или с одним полевым транзистором? Мои эксперименты показали, что лучше всего работает схема с двумя биполярными транзисторами, она наиболее чувствительна к изменению температуры на терморезисторе.

Сама схема, представленная в данной статье, достаточно проста, что является ее достоинством, но она имеет и незначительный недостаток. Дело в том, что абсолютно любой компьютерный кулер имеет так называемую мертвую зону, при которой сам вентилятор не вращается, а ток при этом потребляется. То есть, минимальное напряжение, при котором подобный кулер стартует, это где-то от 3 вольт. При этом стартовый ток где-то около 60 мА. А минимальный ток, при котором вентилятор уже останавливается равен где-то 20 мА. Поскольку при медленном изменении температуры на терморезисторе у нас транзисторы также открываются не моментально, а хоть и быстро но все же плавно (а не рывком). То имеется небольшой температурный диапазон (около 4 градусов), когда напряжение уже начало увеличиваться на вентиляторе, а сам вентилятор еще не крутится, но при этом уже потребляет небольшой ток. И только когда напряжение кулере достигнет 3 вольт, этот кулер стартует на своих минимальных оборотах.

Данный недостаток можно считать незначительным, поскольку во-первых – бесполезная мощность мертвой зоны достаточно мала (при максимальном его значении когда у нас 2,9 вольта и ток 59 мА, ну как бы чуть меньше стартового значения, эта мощность равна около 0,15 мВт). Во-вторых – как правило когда схема с радиатором начинает быстро нагреваться, то мертвый температурный диапазон в 4 градуса проходится достаточно быстро (в течении нескольких секунд). Так что имеющейся недостаток этой схемы как бы весьма незначительный.

И напоследок о назначении диода, что стоит параллельно кулеру. Дело в том, что у кулера имеются обмотки, а любые обмотки обладаю индуктивностью. Если с индуктивности резко снять напряжение, то на ее выводах образуется кратковременный скачок напряжения (противоположной полярности). Такие всплески напряжения легко могут вывести из строя наиболее чувствительные компоненты, в нашем случае это транзисторы. Вероятность повреждения транзисторов хоть и мала, но все же есть. Либо эта индуктивность кулера может вносить отрицательные влияние на другие схемы, которые будут электрически связаны с данной схемой. А так защитный диод просто гасит возникающий всплеск напряжения, пропуская его через себя.

Читайте также: