Sterownik wentylatora z płynną zmianą obrotów

Układ zaprojektowano do zasilania wentylatora z silnikiem prądu stałego, przystosowanym do zasilania napięciem 12 V. Schemat ideowy sterownika wentylatora pokazano na rysunku 1. Gałąź zawierająca potencjometry P1 i P2, rezystor R1 oraz termistor NTC tworzy dzielnik napięcia zasilającego. Rezystor chroni termistor przed przepływem prądu o zbyt wysokim natężeniu, w razie gdyby potencjometry zostały skręcone na minimum rezystancji. Funkcja tych potencjometrów zostanie omówiona później.

Rysunek 1. Schemat ideowy sterownika wentylatora z płynną zmianą obrotów

Diody D1 i D2 chronią tranzystory polowe przed uszkodzeniem w razie przedostania się na zaciski termistora napięcia niebezpiecznie dla nich wysokiego, np. z wyładowania elektrostatycznego. Podczas normalnej pracy układu tranzystor T1 powinien być otwarty. Stanie się tak, jeżeli jego napięcie bramka-źródło jest dostatecznie wysokie, a to z kolei oznacza, że termistor przewodzi prąd. W razie przerwy w obwodzie termistora potencjał jego bramki maleje do zera (rozładowuje się przez potencjometr P2), a on sam się zatyka. Przez rezystor R2 przestaje płynąć prąd i potencjał drenu T1 wzrasta do potencjału linii zasilania. Diody D3 i D4 oraz rezystor R3 tworzą sumator. Kiedy układ działa poprawnie, dioda D4 jest zatkana (jej anoda jest na potencjale bliskim zera), a napięcie na R3 jest niemal takie, jakie ustaliło się na potencjometrze P2. Prąd płynący przez tę diodę jest na tyle mały (rzędu pojedynczych mikroamperów), że spadek napięcia na niej można zaniedbać.

Zatkanie tranzystora T1 powoduje natychmiastowe otwarcie diody D4, co ustala potencjał bramki T2 na ok. 95% napięcia zasilającego. W przypadku zasilania napięciem 12 V powoduje to pełne otwarcie się tranzystora T2. Wentylator zaczyna pracować z pełną mocą, co chroni chłodzone urządzenie przed przegrzaniem oraz jest sygnałem dla użytkownika, że nastąpiła awaria. Tranzystor T2 powinien mieć możliwie wysokie napięcie progowe oraz możliwie jak najmniej stromą charakterystyką przejściową. Wysokie napięcie progowe jest wymagane, aby w trakcie poprawnej pracy cały czas otwarty był tranzystor T1. Z kolei szeroki zakres regulacji prądu drenu na charakterystyce przejściowej, ułatwi uzyskanie zmiany prądu wentylatora w szerokim zakresie temperatur. Przy stromej charakterystyce przejściowej sterowanie wentylatorem ograniczy się w zasadzie do pracy „włącz-wyłącz”. Tranzystor IRF520 spełnia te warunki w wystarczającym stopniu, a ponadto jest tani i łatwo dostępny, co nie przeszkadza, by przeprowadzić własne próby z innym typem tranzystora.

Z punktu widzenia wentylatora dren tranzystora T2 zachowuje się jak źródło prądowe. Niektóre wentylatory z silnikiem bezszczotkowym źle pracują zasilane w ten sposób. Dołożenie kondensatora C3 radykalnie zmniejsza impedancję tak powstałego źródła zasilania. Rolą diody D5 jest zwieranie szybkich impulsów o polaryzacji ujemnej, które może generować pracujący silnik. Dla wentylatora przewidziano dwa złącza: J3 (typu ARK) oraz J4 (goldpin). W tym drugim układ wprowadzeń jest zgodny z trójprzewodowym standardem służącym kontroli prędkości obrotowej.

Cały układ został zmontowany na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 40 mm×47 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. W odległości 3 mm od krawędzi płytki znajdują się otwory montażowe. Montaż nie powinien nastręczać żadnych trudności nawet początkującym elektronikom, ponieważ wszystkie elementy są przystosowane do montażu przewlekanego (THT). Jeżeli moc wentylatora przekracza 2 W, do tranzystora należy przykręcić radiator, gdyż metalowa wkładka staje się niewystarczająca do rozpraszania wydzielanego ciepła.

Rysunek 2. Schemat montażowy sterownika wentylatora z płynną zmianą obrotów

Pobór prądu przez układ jest pomijalnie mały, poniżej jednego miliampera. Przystosowano go do pracy z napięciem stałym o wartości 12 V.

Potencjometry P1 i P2 polecam ustawić w połowie. Po podłączeniu wentylatora, termistora oraz zasilania można przystąpić do skorygowania położenia tych potencjometrów. W ogólnym podejściu potencjometr P1 reguluje tempo wzrostu prądu wentylatora przy wzroście temperatury, a P2 ustala punkt minimalnej temperatury, powyżej której wentylator zaczyna w ogóle pracować. Prostota układu powoduje, że wpływ tych dwóch potencjometrów wzajemnie na siebie nie jest pomijalny, więc ustawiając jeden, należy potem skorygować drugi. Prawidłowe zachowanie układu jest możliwe do uzyskania po kilku minutach regulacji.

Przed ostatecznym zamknięciem obudowy można sprawdzić, czy obwód reagujący na odłączenie termistora działa prawidłowo. Wystarczy w tym celu wykręcić jedno wyprowadzenie termistora ze złącza J2 – wentylator powinien od razu ruszyć z pełną prędkością.

Michał Kurzela, EP