För dem som använder en dator varje dag (och speciellt varje natt) ligger idén med Silent PC väldigt varmt om hjärtat. Många publikationer ägnas åt detta ämne, men idag är problemet med brus som produceras av en dator långt ifrån löst. En av huvudkällorna till brus i en dator är processorkylaren. När du använder mjukvarukylningsverktyg som CpuIdle, Waterfall och andra, eller när du arbetar i operativsystemen Windows NT/2000/XP och Windows 98SE, minskar den genomsnittliga processortemperaturen i viloläge avsevärt. Detta vet dock inte kylfläkten och fortsätter att arbeta på full kapacitet med maximal ljudnivå. Naturligtvis finns det speciella verktyg (SpeedFan, till exempel) som kan styra fläkthastigheten. Sådana program fungerar dock inte på alla moderkort. Men även om de fungerar så kan man säga att de inte är särskilt smarta. Således, när datorn startar, även med en relativt kall processor, arbetar fläkten på maximal hastighet. Vägen ut ur situationen är faktiskt enkel: för att styra hastigheten på fläkthjulet kan du bygga en analog regulator med en separat temperatursensor ansluten till kylaren. Generellt sett finns det otaliga kretslösningar för sådana termostater. Men de två enklaste termiska kontrollsystemen förtjänar vår uppmärksamhet, som vi nu kommer att ta itu med.
Beskrivning
Om kylaren inte har en varvräknarutgång (eller denna utgång helt enkelt inte används) kan du bygga det mesta enkelt diagram, som innehåller ett minsta antal delar (fig. 1).
Ris. 1. Schematiskt diagram första versionen av termostaten
Sedan "fyrans dagar" har en regulator monterad enligt detta schema använts. Den är byggd på basis av LM311 komparatormikrokretsen (den inhemska analogen är KR554CA3). Trots att en komparator används ger regulatorn linjär snarare än switchande reglering. En rimlig fråga kan uppstå: "Hur kom det sig att en komparator används för linjär reglering och inte en operationsförstärkare?" Tja, det finns flera anledningar till detta. För det första har denna komparator relativt kraftfull utgång med en öppen kollektor, vilket gör att du kan ansluta en fläkt till den utan ytterligare transistorer. För det andra på grund av att ingångssteget är byggt på pnp transistor ah, som är anslutna enligt en gemensam kollektorkrets, även med unipolär strömförsörjning kan du arbeta med låg ingångsspänningar, praktiskt taget vid jordpotential. Så när du använder en diod som temperatursensor måste du arbeta med ingångspotentialer på endast 0,7 V, vilket de flesta operationsförstärkare inte tillåter. För det tredje kan alla komparatorer täckas av negativ feedback, då kommer det att fungera som de gör operationsförstärkare(förresten, det är just detta som används).
Dioder används ofta som temperatursensorer. På kisel pn diod Kopplingen har en spänningstemperaturkoefficient på cirka -2,3 mV/°C, och ett framåtspänningsfall på cirka 0,7 V. De flesta dioder har ett hölje som är helt olämpligt för att montera dem på en kylfläns. Samtidigt är vissa transistorer speciellt anpassade för detta. Några av dessa är inhemska transistorer KT814 och KT815. Om en sådan transistor skruvas till en radiator, kommer transistorns kollektor att vara elektriskt ansluten till den. För att undvika problem, i kretsen där denna transistor används, måste kollektorn vara jordad. Utifrån detta behöver vår temperatursensor en pnp-transistor, till exempel KT814.
Du kan naturligtvis helt enkelt använda en av transistorövergångarna som en diod. Men här kan vi vara smarta och agera listigare. Faktum är att diodens temperaturkoefficient är relativt låg, och att mäta små spänningsförändringar är ganska svårt. Här stör brus, störningar och instabilitet hos matningsspänningen. Därför, för att öka temperaturkoefficienten för en temperatursensor, används ofta en kedja av dioder kopplade i serie. För en sådan kedja ökar temperaturkoefficienten och framåtspänningsfallet i proportion till antalet anslutna dioder. Men vi har inte en diod, utan en hel transistor! Genom att lägga till bara två motstånd kan du faktiskt bygga ett tvåterminalt nätverk på en transistor, vars beteende kommer att motsvara beteendet hos en kedja av dioder. Detta är vad som görs i den beskrivna termostaten.
Temperaturkoefficienten för en sådan sensor bestäms av förhållandet mellan motstånden R2 och R3 och är lika med Tcvd*(R3/R2+1), där Tcvd är temperaturkoefficienten för en p-n korsning A. Det är omöjligt att öka motståndsförhållandet på obestämd tid, eftersom tillsammans med temperaturkoefficienten också framspänningsfallet ökar, vilket lätt kan nå matningsspänningen, och då kommer kretsen inte längre att fungera. I den beskrivna regulatorn är temperaturkoefficienten vald att vara cirka -20 mV/°C, medan framspänningsfallet är cirka 6 V.
Temperaturgivare VT1R2R3 ingår i mätbro, som bildas av motstånd R1, R4, R5, R6. Bron drivs av parametrisk stabilisator spänning VD1R7. Behovet av att använda en stabilisator beror på det faktum att +12 V matningsspänningen inuti datorn är ganska instabil (endast gruppstabilisering av utgångsnivåerna +5 V och +12 V utförs).
Mätbryggans obalansspänning appliceras på komparatorns ingångar, som används i linjärt läge på grund av verkan av negativ återkoppling. Trimmermotstånd R5 låter dig ändra justeringskarakteristiken, och genom att ändra värdet på återkopplingsmotståndet R8 kan du ändra dess lutning. Kondensatorerna C1 och C2 säkerställer regulatorns stabilitet.
Regulatorn är monterad på en brödbräda, som är en bit ensidig folieglasfiber (Fig. 2).
klassisk" design, men att fästa den på cylindriska radiatorer (till exempel som Orbs) kan orsaka problem. Endast temperatursensortransistorn ska ha god termisk kontakt med radiatorn. Därför, om hela kortet inte får plats på radiatorn, kan du begränsa dig till att installera den på Den innehåller en transistor, som i det här fallet är ansluten till kortet med hjälp av ledningar Själva kortet kan placeras på vilken bekväm plats som helst sätt in den mellan ribborna, säkerställ termisk kontakt med hjälp av värmeledande pasta är användningen av lim med god värmeledningsförmåga.
När du installerar en temperatursensortransistor på en radiator, är den senare ansluten till jord. Men i praktiken orsakar detta inte några särskilda svårigheter, åtminstone i system med Celeron- och PentiumIII-processorer (den del av deras kristall som är i kontakt med kylflänsen har ingen elektrisk ledningsförmåga).
Elektriskt kopplas kortet till fläktkablarna. Om så önskas kan du till och med installera kontakter för att inte skära av ledningarna. En korrekt monterad krets kräver praktiskt taget ingen justering: du behöver bara använda trimmotstånd R5 för att ställa in den erforderliga fläkthjulets rotationshastighet motsvarande den aktuella temperaturen. I praktiken har varje specifik fläkt en lägsta matningsspänning vid vilken pumphjulet börjar rotera. Genom att justera regulatorn kan du uppnå fläktrotation vid lägsta möjliga hastighet vid en radiatortemperatur, till exempel nära omgivningen. Men med tanke på att det termiska motståndet för olika kylflänsar varierar mycket kan justeringar av kontrolllutningen vara nödvändiga. Karakteristikens lutning sätts av värdet på motståndet R8. Motståndsvärdet kan variera från 100 K till 1 M. Ju högre detta värde är, desto lägre radiatortemperatur når fläkten maximal hastighet. I praktiken är processorbelastningen väldigt ofta bara några få procent. Detta observeras till exempel när man arbetar i textredigerare. När man använder en mjukvarukylare vid sådana tillfällen kan fläkten arbeta med avsevärt reducerad hastighet. Det är precis vad regulatorn ska tillhandahålla. Men när processorbelastningen ökar, stiger dess temperatur, och regulatorn måste gradvis öka fläktens matningsspänning till maximalt, vilket förhindrar att processorn överhettas. Radiatortemperaturen när full fläkthastighet uppnås bör inte vara särskilt hög. Det är svårt att ge specifika rekommendationer, men åtminstone denna temperatur bör "släpa" med 5 - 10 grader från den kritiska temperaturen, när systemets stabilitet redan är äventyrad.
Ja, en sak till. Det är lämpligt att först slå på kretsen från någon extern strömkälla. Annars, om det finns en kortslutning i kretsen, kan koppling av kretsen till moderkortskontakten skada den.
Nu den andra versionen av schemat. Om fläkten är utrustad med en varvräknare är det inte längre möjligt att ansluta styrtransistorn till fläktens jordledning. Därför är den interna komparatortransistorn inte lämplig här. I detta fall krävs en extra transistor, som kommer att reglera +12 V fläktkretsen. I princip var det möjligt att helt enkelt modifiera kretsen på komparatorn, men för variation gjordes en krets monterad med transistorer, som visade sig vara ännu mindre i volym (fig. 3).
Ris. 3. Schematisk bild av den andra versionen av termostaten
Eftersom hela brädan placerad på radiatorn värms upp är det möjligt att förutsäga beteendet transistorkrets ganska svårt. Därför krävdes preliminär modellering av kretsen med PSpice-paketet. Simuleringsresultatet visas i fig. 4.
http://pandia.ru/text/80/325/images/image005_23.gif" width="584" height="193 src=">
Ris. 5. Kopplingsschema andra termostatalternativ
Designen liknar det första alternativet, förutom att brädan är något mindre. Kretsen kan använda vanliga (icke-SMD) element och alla lågeffekttransistorer, eftersom strömmen som förbrukas av fläktar vanligtvis inte överstiger 100 mA. Jag noterar att denna krets också kan användas för att styra fläktar med stor strömförbrukning, men i det här fallet måste VT4-transistorn bytas ut mot en mer kraftfull. När det gäller varvräknarutgången passerar TG-varvräknarsignalen direkt genom regulatorkortet och går till moderkortskontakten. Metoden för att ställa in den andra versionen av regulatorn skiljer sig inte från metoden som ges för det första alternativet. Endast i detta alternativ görs justeringen med hjälp av trimmotstånd R7, och karakteristikens lutning ställs in av värdet på motståndet R12.
Praktisk användning av termostaten (tillsammans med mjukvaruverktyg för kylning) har visat sin höga effektivitet när det gäller att minska bullret från kylaren. Själva kylaren måste dock vara ganska effektiv. Till exempel, i ett system med en Celeron566-processor som arbetar på 850 MHz, gav boxkylaren inte längre tillräcklig kyleffektivitet, så även med en genomsnittlig processorbelastning höjde regulatorn kylarens matningsspänning till det maximala värdet. Situationen korrigerades efter att fläkten ersatts med en mer effektiv, med en ökad bladdiameter. Nu når fläkten full hastighet först när processorn är igång en längre tid med nästan 100% belastning.
Vi styr fläkten i datorn - kylaren (termisk styrning - i praktiken)
För dem som använder en dator varje dag (och speciellt varje natt) ligger idén med Silent PC väldigt varmt om hjärtat. Många publikationer ägnas åt detta ämne, men idag är problemet med brus som produceras av en dator långt ifrån löst. En av huvudkällorna till brus i en dator är processorkylaren.
När du använder mjukvarukylningsverktyg som CpuIdle, Waterfall och andra, eller när du arbetar i operativsystemen Windows NT/2000/XP och Windows 98SE, minskar den genomsnittliga processortemperaturen i viloläge avsevärt. Detta vet dock inte kylfläkten och fortsätter att arbeta på full kapacitet med maximal ljudnivå. Naturligtvis finns det speciella verktyg (SpeedFan, till exempel) som kan styra fläkthastigheten. Sådana program fungerar dock inte på alla moderkort. Men även om de fungerar så kan man säga att de inte är särskilt smarta. Således, när datorn startar, även med en relativt kall processor, arbetar fläkten på maximal hastighet.
Vägen ut ur situationen är faktiskt enkel: för att styra hastigheten på fläkthjulet kan du bygga en analog regulator med en separat temperatursensor ansluten till kylaren. Generellt sett finns det otaliga kretslösningar för sådana termostater. Men de två enklaste termiska kontrollsystemen förtjänar vår uppmärksamhet, som vi nu kommer att ta itu med.
Beskrivning
Om kylaren inte har en varvräknarutgång (eller denna utgång helt enkelt inte används) kan du bygga den enklaste kretsen som innehåller ett minsta antal delar (fig. 1).
Ris. 1. Schematisk bild av den första versionen av termostaten
Sedan "fyrans dagar" har en regulator monterad enligt detta schema använts. Den är byggd på basis av LM311 komparatormikrokretsen (den inhemska analogen är KR554CA3). Trots att en komparator används ger regulatorn linjär snarare än switchande reglering. En rimlig fråga kan uppstå: "Hur kom det sig att en komparator används för linjär reglering och inte en operationsförstärkare?" Tja, det finns flera anledningar till detta. För det första har denna komparator en relativt kraftfull öppen kollektorutgång, vilket gör att du kan ansluta en fläkt till den utan ytterligare transistorer. För det andra, på grund av det faktum att ingångssteget är byggt på pnp-transistorer, som är anslutna i en krets med en gemensam kollektor, även med en unipolär matning är det möjligt att arbeta med låga inspänningar, belägna nästan vid jordpotential. Så när du använder en diod som temperatursensor måste du arbeta med ingångspotentialer på endast 0,7 V, vilket de flesta operationsförstärkare inte tillåter. För det tredje kan vilken komparator som helst täckas av negativ feedback, då kommer den att fungera som operationsförstärkare fungerar (förresten, det är just den anslutningen som användes).
Dioder används ofta som temperatursensorer. För en kiseldiod har p-n-övergången en spänningstemperaturkoefficient på cirka -2,3 mV/°C, och ett framåtspänningsfall på cirka 0,7 V. De flesta dioder har ett hölje som är helt olämpligt för att montera dem på en radiator. Samtidigt är vissa transistorer speciellt anpassade för detta. En av dessa är inhemska transistorer KT814 och KT815. Om en sådan transistor skruvas till en radiator, kommer transistorns kollektor att vara elektriskt ansluten till den. För att undvika problem, i kretsen där denna transistor används, måste kollektorn vara jordad. Utifrån detta behöver vår temperatursensor en pnp-transistor, till exempel KT814.
Du kan naturligtvis helt enkelt använda en av transistorövergångarna som en diod. Men här kan vi vara smarta och göra något listigare :) Faktum är att diodens temperaturkoefficient är relativt låg, och att mäta små spänningsförändringar är ganska svårt. Här stör brus, störningar och instabilitet hos matningsspänningen. Därför, för att öka temperaturkoefficienten för en temperatursensor, används ofta en kedja av dioder kopplade i serie. För en sådan kedja ökar temperaturkoefficienten och framåtspänningsfallet i proportion till antalet anslutna dioder. Men vi har inte en diod, utan en hel transistor! Genom att lägga till bara två motstånd kan du faktiskt bygga ett tvåterminalt nätverk på en transistor, vars beteende kommer att motsvara beteendet hos en kedja av dioder. Detta är vad som görs i den beskrivna termostaten.
Temperaturkoefficienten för en sådan sensor bestäms av förhållandet mellan motstånden R2 och R3 och är lika med Tcvd*(R3/R2+1), där Tcvd är temperaturkoefficienten för en p-n-övergång. Det är omöjligt att öka motståndsförhållandet på obestämd tid, eftersom tillsammans med temperaturkoefficienten också framspänningsfallet ökar, vilket lätt kan nå matningsspänningen, och då kommer kretsen inte längre att fungera. I den beskrivna regulatorn är temperaturkoefficienten vald att vara cirka -20 mV/°C, medan framspänningsfallet är cirka 6 V.
Temperaturgivaren VT1R2R3 ingår i mätbryggan, som är bildad av motstånden R1, R4, R5, R6. Bryggan drivs av en parametrisk spänningsstabilisator VD1R7. Behovet av att använda en stabilisator beror på att +12 V matningsspänningen inuti datorn är ganska instabil (kl. pulskälla strömförsörjning, endast gruppstabilisering av utgångsnivåerna +5 V och +12 V utförs).
Mätbryggans obalansspänning appliceras på komparatorns ingångar, som används i linjärt läge på grund av verkan av negativ återkoppling. Trimmermotstånd R5 låter dig ändra justeringskarakteristiken, och genom att ändra värdet på återkopplingsmotståndet R8 kan du ändra dess lutning. Kondensatorerna C1 och C2 säkerställer regulatorns stabilitet.
Regulatorn är monterad på en brödbräda, som är en bit ensidig folieglasfiber (Fig. 2).
Ris. 2. Installationsschema för den första versionen av termostaten
För att minska storleken på brädan är det lämpligt att använda SMD-element. Även om man i princip klarar sig med vanliga element. Kortet är fäst vid kylaren med en skruv som håller fast transistorn VT1. För att göra detta bör du göra ett hål i kylaren, där det är lämpligt att skära en M3-gänga. Som en sista utväg kan du använda en skruv och mutter. När du väljer en plats på kylaren för att säkra brädan måste du ta hand om trimmotståndets tillgänglighet när kylaren är inuti datorn. På så sätt kan du bara fästa brädan på radiatorer av en "klassisk" design, men att fästa den på cylindriska radiatorer (till exempel som Orbs) kan orsaka problem. Endast temperatursensortransistorn ska ha god termisk kontakt med radiatorn. Därför, om hela kortet inte passar på radiatorn, kan du begränsa dig till att installera en transistor på den, som i det här fallet är ansluten till kortet med hjälp av ledningar. Själva brädan kan placeras på vilken lämplig plats som helst. Det är inte svårt att fästa transistorn på kylaren, du kan till och med helt enkelt sätta in den mellan fenorna, vilket säkerställer termisk kontakt med värmeledande pasta. Ett annat sätt att fästa är att använda lim med god värmeledningsförmåga.
När du installerar en temperatursensortransistor på en radiator, är den senare ansluten till jord. Men i praktiken orsakar detta inte några särskilda svårigheter, åtminstone i system med Celeron- och PentiumIII-processorer (den del av deras kristall som är i kontakt med kylflänsen har ingen elektrisk ledningsförmåga).
Elektriskt kopplas kortet till fläktkablarna. Om så önskas kan du till och med installera kontakter för att inte skära av ledningarna. En korrekt monterad krets kräver praktiskt taget ingen justering: du behöver bara använda trimmotstånd R5 för att ställa in den erforderliga fläkthjulets rotationshastighet motsvarande den aktuella temperaturen. I praktiken har varje specifik fläkt en lägsta matningsspänning vid vilken pumphjulet börjar rotera. Genom att justera regulatorn kan du uppnå fläktrotation vid lägsta möjliga hastighet vid en radiatortemperatur, till exempel nära omgivningen. Men med tanke på att det termiska motståndet för olika kylflänsar varierar mycket kan justeringar av kontrolllutningen vara nödvändiga. Karakteristikens lutning sätts av värdet på motståndet R8. Motståndsvärdet kan variera från 100 K till 1 M. Ju högre detta värde är, desto lägre radiatortemperatur når fläkten maximal hastighet. I praktiken är processorbelastningen väldigt ofta bara några få procent. Detta observeras till exempel när man arbetar i textredigerare. När man använder en mjukvarukylare vid sådana tillfällen kan fläkten arbeta med avsevärt reducerad hastighet. Det är precis vad regulatorn ska tillhandahålla. Men när processorbelastningen ökar, stiger dess temperatur, och regulatorn måste gradvis öka fläktens matningsspänning till maximalt, vilket förhindrar att processorn överhettas. Radiatortemperaturen när full fläkthastighet uppnås bör inte vara särskilt hög. Det är svårt att ge specifika rekommendationer, men åtminstone denna temperatur bör "släpa" med 5 - 10 grader från den kritiska temperaturen, när systemets stabilitet redan är äventyrad.
Ja, en sak till. Det är lämpligt att först slå på kretsen från någon extern strömkälla. Annars, om det finns en kortslutning i kretsen, kan koppling av kretsen till moderkortskontakten skada den.
Nu den andra versionen av schemat. Om fläkten är utrustad med en varvräknare är det inte längre möjligt att ansluta styrtransistorn till fläktens jordledning. Därför är den interna komparatortransistorn inte lämplig här. I detta fall krävs en extra transistor, som kommer att reglera +12 V fläktkretsen. I princip var det möjligt att helt enkelt modifiera kretsen på komparatorn, men för variation gjordes en krets monterad med transistorer, som visade sig vara ännu mindre i volym (fig. 3).
Ris. 3. Schematisk bild av den andra versionen av termostaten
De schematiska diagrammen över dessa två termostatalternativ har mycket gemensamt. Speciellt temperatursensorn och mätbryggan är helt identiska. Den enda skillnaden är broobalansspänningsförstärkaren. I det andra alternativet tillförs denna spänning till kaskaden på transistorn VT2. Transistorns bas är den inverterande ingången på förstärkaren, och emittern är den icke-inverterande ingången. Därefter går signalen till det andra förstärkarsteget på transistor VT3, sedan till utgångssteget på transistor VT4. Syftet med behållarna är detsamma som i det första alternativet. Tja, kopplingsschemat för regulatorn visas i fig. 5.
Ris. 5. Installationsschema för den andra versionen av termostaten
Designen liknar det första alternativet, förutom att brädan är något mindre. Kretsen kan använda vanliga (icke-SMD) element och alla lågeffekttransistorer, eftersom strömmen som förbrukas av fläktar vanligtvis inte överstiger 100 mA. Jag noterar att denna krets också kan användas för att styra fläktar med stor strömförbrukning, men i det här fallet måste VT4-transistorn bytas ut mot en mer kraftfull. När det gäller varvräknarutgången passerar TG-varvräknarsignalen direkt genom regulatorkortet och går till moderkortskontakten. Metoden för att ställa in den andra versionen av regulatorn skiljer sig inte från metoden som ges för det första alternativet. Endast i detta alternativ görs justeringen med hjälp av trimmotstånd R7, och karakteristikens lutning ställs in av värdet på motståndet R12.
Slutsatser
Praktisk användning av termostaten (tillsammans med mjukvaruverktyg för kylning) har visat sin höga effektivitet när det gäller att minska bullret från kylaren. Själva kylaren måste dock vara ganska effektiv. Till exempel, i ett system med en Celeron566-processor som arbetar på 850 MHz, gav boxkylaren inte längre tillräcklig kyleffektivitet, så även med en genomsnittlig processorbelastning höjde regulatorn kylarens matningsspänning till det maximala värdet. Situationen korrigerades efter att fläkten ersatts med en mer effektiv, med en ökad bladdiameter. Nu når fläkten full hastighet först när processorn är igång en längre tid med nästan 100% belastning.
Som bekant används nu aktiva kylsystem med fläktar istället för stora och tunga radiatorer. I en tid präglad av mikroprocessorer och mikrokontroller styrs fläktarna huvudsakligen med PWM (Pulse-Width Modulation), det vill säga bredden på pulsen som tillförs fläkten regleras. I vissa fall är det inte en bra idé att köra en fläkt i pulsläge på grund av den ökade risken för störningar som kan uppstå i andra delar av kretsen. Då kommer vi att behöva en sådan analog hastighetsregulator.
Denna krets är designad för aktiv kylning och låter dig styra rotationen av 4 fläktar samtidigt. Temperatursensorn här är en BD139-transistor, eftersom noggrannheten inte är viktig, och användningen av en transistor av denna typ gör det möjligt för oss att minska kostnaden för hela det termiska styrsystemet.
Dessutom skruvas den här transistorns hölje enkelt fast i kylflänsen, vilket ger bra termisk kontakt. Hastighetskontrollen består av en jämn förändring av utspänningen, därför skapar den inga elektriska störningar, vilket gör den idealisk även för lågbruseffektförstärkare. När du lyssnar tyst på UMZCH, där strömförlusten är låg och kylaren är kall, kan du inte höra fläktarna alls.
Schematiskt diagram av regulatorn
Schematiskt diagram över en analog motorhastighetsregulator Basen är en dubbel operationsförstärkare U1 (LM358). Valet av denna operationsförstärkare dikteras inte bara av dess låga pris och tillgänglighet, utan framför allt av förmågan att arbeta vid utgångsspänningar nära den nedre kraftskenan, det vill säga nära jordpotential.
Den första halvan av op-förstärkaren (U1A) fungerar i en differentialförstärkarkonfiguration med en förstärkning på 1. Förstärkningen ställs in med motstånden R4-R7 (100k) och kan ändras vid behov genom att ändra förhållandet mellan R7/R4 medan bibehålla samma förhållande av R6/R5.
Temperatursensorn är transistor T1 (BD139), eller snarare dess bas-kollektorövergång, ansluten i riktning mot önskad konduktivitet. Motstånd R1 (22k) begränsar strömmen som flyter genom T1. Spänningen vid basen av transistorn T1 vid rumstemperatur kommer att ligga inom 600 mV och, som i en typisk PN-kontakt, kommer den att ändras med ökande temperatur med cirka 2,3 mV/K.
Kondensator Cl (100nF) filtrerar spänningen, som sedan appliceras på motståndet R4, det vill säga ingången till differentialförstärkaren U1A. Avdelaren är byggd på R2 (22k), P1 (5k) och R3 (120R) och den låter dig reglera spänningen som tillförs motståndet R5 - den icke-inverterade ingången på förstärkaren U1A. Kondensator C2 (100nF) filtrerar spänningen. I det enklaste fallet, med potentiometer P1, är det nödvändigt att ställa in spänningen på C2 lika med spänningen på C1 vid rumstemperatur. Detta gör att utspänningen från förstärkaren U1A (stift 1) blir 0 (vid rumstemperatur) och kommer att öka med cirka 2,3 mV/K med ökande temperatur.
Den andra halvan av mikrokretsen (U1B) är en förstärkare med Ku 61, vars värde bestäms av elementen R9 (120k) och R8 (2k). Förstärkningen ställs in av förhållandet mellan dessa motstånd ökat med 1.
Ställdonet är en Darlington-transistor T2 (TIP122), som fungerar som en spänningsbuffert med hög maximal utström. Motstånd R10 (330R) begränsar transistorns basström.
Spänningen från utgången på U1A ökar med mer än 60 gånger och går sedan till transistor T2. Strömmen som flyter genom transistorn tillförs genom dioderna D1-D4 (1N4007) till kontakterna GP2-GP5, till vilka fläktarna är anslutna. Kondensatorer C5-C8 (100uF) filtrerar fläktens strömförsörjning och eliminerar dessutom det brus som fläktarna genererar under drift.
Om den termiska styrenhetens strömförsörjning. Systemet drivs av en spänning på 15 V med en ström som motsvarar motorernas märkvärden. Matningsspänningen tillförs kontakten GP1, och kondensatorerna C3 (100nF) och C4 (100uF) är dess filter.
Kretsmontering
Installation av motorstyrsystemet är inte svårt; lödning bör börja med att installera en bygel. Ordningen för att ansluta de återstående elementen till kortet är godtycklig, men det är bekvämt att börja med resistorer och lysdioder, och i slutändan elektrolytiska kondensatorer och kontakter. Installationsmetoden för transistor T2 och temperatursensor T1 är mycket viktig.
Man bör komma ihåg att transistorn T2 fungerar linjärt, så en stor förlusteffekt genereras, som direkt omvandlas till värme. Skivan är utformad så att den kan skruvas fast i en kylfläns. Transistorerna T1 och T2 måste monteras på långa ledningar och böjas så att de kan installeras på kylaren. Glöm inte packningarna för att isolera dem elektriskt från kylaren.
Starta och konfigurera
En krets som är sammansatt av komponenter som kan repareras bör fungera omedelbart. Du behöver bara komma ihåg att justera tröskeln med potentiometer P1 så att fläktarna snurrar långsamt i rumstemperatur. Spänningen på fläkten i detta läge är cirka 4 V och når 12 V för en temperatur på 80 grader, det vill säga med en ökning på cirka 60 grader.
Genom att känna till det erforderliga intervallet för utgångsspänningsändringar och motsvarande intervall av temperaturändringar, kan du beräkna förstärkningen av op-amp U1B. Detta kommer att leda till en förändring av utspänningsområdet, uttryckt i millivolt, och därför till en temperaturförändring från ett konstant värde på 2,3 mV/K. Då behöver du bara använda potentiometer P1 för att ställa in arbetspunkten så att den är i rumstemperatur utspänning var lika med vad som krävs vid beräkning av den nedre gränsen.
Kretsen som föreslås nedan ger enkel justering av fläkthastigheten utan hastighetskontroll. Enheten använder inhemska transistorer KT361 och KT814.
Fig.1 Schematisk bild av regulatorn.
Strukturellt placeras kortet direkt i strömförsörjningen, på en av radiatorerna och har ytterligare säten för anslutning av en andra sensor (extern) och möjligheten att lägga till en zenerdiod, vilket begränsar den lägsta spänningen som tillförs fläkten.
Fig.2 Utseende och PCB-topologi.
Kylare rotationsindikator
Kretsen reagerar både på ett fullständigt stopp av kylaren och på en förlust av varv. Indikation ges av "Power" LED, som vanligtvis är ansluten till den välkända "Power led" kontakten på moderkortet. Driftslogiken är enkel: om lysdioden är på är allt bra, om inte är det dags att ta bort kylaren för "förebyggande". Kretsen är mycket enkel och kan, om så önskas, utrustas med ett extra ljudlarm eller en extra nyckel som genererar en "Reset" eller "Power Off"-signal.
Fortsättning följer...
Källa: evm.wallst.ru
| Detta diagram visas också ofta: |
Hantera kylaren (termisk kontroll av fläktar i praktiken)
För dem som använder en dator varje dag (och speciellt varje natt) ligger idén med Silent PC väldigt varmt om hjärtat. Många publikationer ägnas åt detta ämne, men idag är problemet med brus som produceras av en dator långt ifrån löst. En av huvudkällorna till brus i en dator är processorkylaren.
När du använder mjukvarukylningsverktyg som CpuIdle, Waterfall och andra, eller när du arbetar i operativsystemen Windows NT/2000/XP och Windows 98SE, minskar den genomsnittliga processortemperaturen i viloläge avsevärt. Detta vet dock inte kylfläkten och fortsätter att arbeta på full kapacitet med maximal ljudnivå. Naturligtvis finns det speciella verktyg (SpeedFan, till exempel) som kan styra fläkthastigheten. Sådana program fungerar dock inte på alla moderkort. Men även om de fungerar så kan man säga att de inte är särskilt smarta. Således, när datorn startar, även med en relativt kall processor, arbetar fläkten på maximal hastighet.
Vägen ut ur situationen är faktiskt enkel: för att styra hastigheten på fläkthjulet kan du bygga en analog regulator med en separat temperatursensor ansluten till kylaren. Generellt sett finns det otaliga kretslösningar för sådana termostater. Men de två enklaste termiska kontrollsystemen förtjänar vår uppmärksamhet, som vi nu kommer att ta itu med.
Beskrivning
Om kylaren inte har en varvräknarutgång (eller denna utgång helt enkelt inte används) kan du bygga den enklaste kretsen som innehåller ett minsta antal delar (fig. 1).
Ris. 1. Schematisk bild av den första versionen av termostaten
Sedan "fyrans dagar" har en regulator monterad enligt detta schema använts. Den är byggd på basis av LM311 komparatormikrokretsen (den inhemska analogen är KR554CA3). Trots att en komparator används ger regulatorn linjär snarare än switchande reglering. En rimlig fråga kan uppstå: "Hur kom det sig att en komparator används för linjär reglering och inte en operationsförstärkare?" Tja, det finns flera anledningar till detta. För det första har denna komparator en relativt kraftfull öppen kollektorutgång, vilket gör att du kan ansluta en fläkt till den utan ytterligare transistorer. För det andra, på grund av det faktum att ingångssteget är byggt på pnp-transistorer, som är anslutna i en krets med en gemensam kollektor, även med en unipolär matning är det möjligt att arbeta med låga inspänningar, belägna nästan vid jordpotential. Så när du använder en diod som temperatursensor måste du arbeta med ingångspotentialer på endast 0,7 V, vilket de flesta operationsförstärkare inte tillåter. För det tredje kan vilken komparator som helst täckas av negativ feedback, då kommer den att fungera som operationsförstärkare fungerar (förresten, det är just den anslutningen som användes).
Dioder används ofta som temperatursensorer. För en kiseldiod har p-n-övergången en spänningstemperaturkoefficient på cirka -2,3 mV/°C, och ett framåtspänningsfall på cirka 0,7 V. De flesta dioder har ett hölje som är helt olämpligt för att montera dem på en radiator. Samtidigt är vissa transistorer speciellt anpassade för detta. En av dessa är inhemska transistorer KT814 och KT815. Om en sådan transistor skruvas till en radiator, kommer transistorns kollektor att vara elektriskt ansluten till den. För att undvika problem, i kretsen där denna transistor används, måste kollektorn vara jordad. Utifrån detta behöver vår temperatursensor en pnp-transistor, till exempel KT814.
Du kan naturligtvis helt enkelt använda en av transistorövergångarna som en diod. Men här kan vi vara smarta och göra något listigare :) Faktum är att diodens temperaturkoefficient är relativt låg, och att mäta små spänningsförändringar är ganska svårt. Här stör brus, störningar och instabilitet hos matningsspänningen. Därför, för att öka temperaturkoefficienten för en temperatursensor, används ofta en kedja av dioder kopplade i serie. För en sådan kedja ökar temperaturkoefficienten och framåtspänningsfallet i proportion till antalet anslutna dioder. Men vi har inte en diod, utan en hel transistor! Genom att lägga till bara två motstånd kan du faktiskt bygga ett tvåterminalt nätverk på en transistor, vars beteende kommer att motsvara beteendet hos en kedja av dioder. Detta är vad som görs i den beskrivna termostaten.
Temperaturkoefficienten för en sådan sensor bestäms av förhållandet mellan motstånden R2 och R3 och är lika med T cvd *(R3/R2+1), där T cvd är temperaturkoefficienten för en p-n-övergång. Det är omöjligt att öka motståndsförhållandet på obestämd tid, eftersom tillsammans med temperaturkoefficienten också framspänningsfallet ökar, vilket lätt kan nå matningsspänningen, och då kommer kretsen inte längre att fungera. I den beskrivna regulatorn är temperaturkoefficienten vald att vara cirka -20 mV/°C, medan framspänningsfallet är cirka 6 V.
Temperaturgivaren VT1R2R3 ingår i mätbryggan, som är bildad av motstånden R1, R4, R5, R6. Bryggan drivs av en parametrisk spänningsstabilisator VD1R7. Behovet av att använda en stabilisator beror på det faktum att +12 V matningsspänningen inuti datorn är ganska instabil (i en switchande strömförsörjning utförs endast gruppstabilisering av utgångsnivåerna +5 V och +12 V).
Mätbryggans obalansspänning appliceras på komparatorns ingångar, som används i linjärt läge på grund av verkan av negativ återkoppling. Trimmermotstånd R5 låter dig ändra justeringskarakteristiken, och genom att ändra värdet på återkopplingsmotståndet R8 kan du ändra dess lutning. Kondensatorerna C1 och C2 säkerställer regulatorns stabilitet.
Regulatorn är monterad på en brödbräda, som är en bit ensidig folieglasfiber (Fig. 2).
Ris. 2. Installationsschema för den första versionen av termostaten
För att minska storleken på brädan är det lämpligt att använda SMD-element. Även om man i princip klarar sig med vanliga element. Kortet är fäst vid kylaren med en skruv som håller fast transistorn VT1. För att göra detta bör du göra ett hål i kylaren, där det är lämpligt att skära en M3-gänga. Som en sista utväg kan du använda en skruv och mutter. När du väljer en plats på kylaren för att säkra brädan måste du ta hand om trimmotståndets tillgänglighet när kylaren är inuti datorn. På så sätt kan du bara fästa brädan på radiatorer av en "klassisk" design, men att fästa den på cylindriska radiatorer (till exempel som Orbs) kan orsaka problem. Endast temperatursensortransistorn ska ha god termisk kontakt med radiatorn. Därför, om hela kortet inte passar på radiatorn, kan du begränsa dig till att installera en transistor på den, som i det här fallet är ansluten till kortet med hjälp av ledningar. Själva brädan kan placeras på vilken lämplig plats som helst. Det är inte svårt att fästa transistorn på kylaren, du kan till och med helt enkelt sätta in den mellan fenorna, vilket säkerställer termisk kontakt med värmeledande pasta. Ett annat sätt att fästa är att använda lim med god värmeledningsförmåga.
När du installerar en temperatursensortransistor på en radiator, är den senare ansluten till jord. Men i praktiken orsakar detta inte några särskilda svårigheter, åtminstone i system med Celeron- och PentiumIII-processorer (den del av deras kristall som är i kontakt med kylflänsen har ingen elektrisk ledningsförmåga).
Elektriskt kopplas kortet till fläktkablarna. Om så önskas kan du till och med installera kontakter för att inte skära av ledningarna. En korrekt monterad krets kräver praktiskt taget ingen justering: du behöver bara använda trimmotstånd R5 för att ställa in den erforderliga fläkthjulets rotationshastighet motsvarande den aktuella temperaturen. I praktiken har varje specifik fläkt en lägsta matningsspänning vid vilken pumphjulet börjar rotera. Genom att justera regulatorn kan du uppnå fläktrotation vid lägsta möjliga hastighet vid en radiatortemperatur, till exempel nära omgivningen. Men med tanke på att det termiska motståndet för olika kylflänsar varierar mycket kan justeringar av kontrolllutningen vara nödvändiga. Karakteristikens lutning sätts av värdet på motståndet R8. Motståndsvärdet kan variera från 100 K till 1 M. Ju högre detta värde är, desto lägre radiatortemperatur når fläkten maximal hastighet. I praktiken är processorbelastningen väldigt ofta bara några få procent. Detta observeras till exempel när man arbetar i textredigerare. När man använder en mjukvarukylare vid sådana tillfällen kan fläkten arbeta med avsevärt reducerad hastighet. Det är precis vad regulatorn ska tillhandahålla. Men när processorbelastningen ökar, stiger dess temperatur, och regulatorn måste gradvis öka fläktens matningsspänning till maximalt, vilket förhindrar att processorn överhettas. Radiatortemperaturen när full fläkthastighet uppnås bör inte vara särskilt hög. Det är svårt att ge specifika rekommendationer, men åtminstone denna temperatur bör "släpa" med 5 - 10 grader från den kritiska temperaturen, när systemets stabilitet redan är äventyrad.
Ja, en sak till. Det är lämpligt att först slå på kretsen från någon extern strömkälla. Annars, om det finns en kortslutning i kretsen, kan koppling av kretsen till moderkortskontakten skada den.
Nu den andra versionen av schemat. Om fläkten är utrustad med en varvräknare är det inte längre möjligt att ansluta styrtransistorn till fläktens jordledning. Därför är den interna komparatortransistorn inte lämplig här. I detta fall krävs en extra transistor, som kommer att reglera +12 V fläktkretsen. I princip var det möjligt att helt enkelt modifiera kretsen på komparatorn, men för variation gjordes en krets monterad med transistorer, som visade sig vara ännu mindre i volym (fig. 3).
Ris. 3. Schematisk bild av den andra versionen av termostaten
Eftersom hela kortet placerat på radiatorn värms upp är det ganska svårt att förutsäga transistorkretsens beteende. Därför krävdes preliminär modellering av kretsen med PSpice-paketet. Simuleringsresultatet visas i fig. 4.
Ris. 4. Resultat av kretssimulering i PSpice-paketet
Som framgår av figuren ökar fläktens matningsspänning linjärt från 4 V vid 25°C till 12 V vid 58°C. Detta beteende hos regulatorn uppfyller i allmänhet våra krav, och vid denna tidpunkt avslutades modelleringsstadiet.
De schematiska diagrammen över dessa två termostatalternativ har mycket gemensamt. Speciellt temperatursensorn och mätbryggan är helt identiska. Den enda skillnaden är broobalansspänningsförstärkaren. I det andra alternativet tillförs denna spänning till kaskaden på transistorn VT2. Transistorns bas är den inverterande ingången på förstärkaren, och emittern är den icke-inverterande ingången. Därefter går signalen till det andra förstärkarsteget på transistor VT3, sedan till utgångssteget på transistor VT4. Syftet med behållarna är detsamma som i det första alternativet. Tja, kopplingsschemat för regulatorn visas i fig. 5.
Ris. 5. Installationsschema för den andra versionen av termostaten
Designen liknar det första alternativet, förutom att brädan är något mindre. Kretsen kan använda vanliga (icke-SMD) element och alla lågeffekttransistorer, eftersom strömmen som förbrukas av fläktar vanligtvis inte överstiger 100 mA. Jag noterar att denna krets också kan användas för att styra fläktar med stor strömförbrukning, men i det här fallet måste VT4-transistorn bytas ut mot en mer kraftfull. När det gäller varvräknarutgången passerar TG-varvräknarsignalen direkt genom regulatorkortet och går till moderkortskontakten. Metoden för att ställa in den andra versionen av regulatorn skiljer sig inte från metoden som ges för det första alternativet. Endast i detta alternativ görs justeringen med hjälp av trimmotstånd R7, och karakteristikens lutning ställs in av värdet på motståndet R12.
Slutsatser
Praktisk användning av termostaten (tillsammans med mjukvaruverktyg för kylning) har visat sin höga effektivitet när det gäller att minska bullret från kylaren. Själva kylaren måste dock vara ganska effektiv. Till exempel, i ett system med en Celeron566-processor som arbetar på 850 MHz, gav boxkylaren inte längre tillräcklig kyleffektivitet, så även med en genomsnittlig processorbelastning höjde regulatorn kylarens matningsspänning till det maximala värdet. Situationen korrigerades efter att fläkten ersatts med en mer effektiv, med en ökad bladdiameter. Nu når fläkten full hastighet först när processorn är igång en längre tid med nästan 100% belastning.
