Monitor pracy wentylatora

Zaprezentowany monitor nadzoruje działanie bezszczotkowego wentylatora prądu stałego, poprzez pomiar obecności impulsów komutacji silnika i ostrzega o zmniejszeniu ich częstotliwości. Co ważne – układ nie wymaga dodatkowego sygnału impulsatora w postaci trzeciego przewodu, co ułatwia zastosowanie układu w już istniejących urządzeniach.

Budowa i działanie

Moduł oparty jest o specjalizowany układ TC670E firmy Microchip, którego schemat wewnętrzny został pokazany na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat wewnętrzny układu TC670E

Układ mierzy obecność impulsów komutacji poprzez rezystor szeregowy wpięty w obwód wentylatora od strony masy układu. Częstotliwość impulsów odpowiada prędkości obrotowej wentylatora. Impulsy doprowadzone są do wyprowadzenia SENSE, a stąd do wewnętrznego komparatora o progu zadziałania 124 mV. Komparator zwiększa odporność układu detekcji na zakłócenia z obwodu wentylatora.

Impulsy z komparatora przetwarzane są w konwerterze f/U na odpowiadające prędkości obrotowej napięcie. Napięcie to porównywane jest z ustalonym przez użytkownika napięciem z dzielnika zewnętrznego. Jeżeli napięcie dzielnika jest wyższe od napięcia z przetwornika obrotów, co świadczy o zmniejszeniu prędkości obrotowej wentylatora, generowany jest alarm na wyjściu ALERT. Kasowanie alarmu odbywa się poprzez doprowadzenie stanu wysokiego do wejścia CLEAR. Alarm podtrzymywany jest do czasu ustąpienia zakłócenia prędkości wentylatora. Po odpowiednim doborze dzielnika, monitor odpowiednio wcześniej może zasygnalizować problemy z chłodzeniem zabezpieczając układ przed uszkodzeniem.

Rysunek 2. Schemat ideowy monitora wentylatora

Schemat ideowy modułu monitora został pokazany na rysunku 2. Zasilanie wentylatora doprowadzone jest do złącza PWR, wentylator podłączony jest do złącza FAN z zachowaniem polaryzacji. W obwód masy wentylatora dołączony jest rezystor pomiarowy R3. Wartość R3 zależy od prądu znamionowego wentylatora, rekomendowane wartości zestawiono w tabeli 1. Kondensator C2 separuje składową stałą z obwodu pomiarowego doprowadzoną do wejścia pomiarowego SENSE U1. Dzielnik R2,R1 ustala próg sygnalizacji uszkodzenia wentylatora. Jego wartość ustalana jest doświadczalnie podczas uruchomienia monitora. Zakres dopuszczalnych napięć na wyprowadzeniu TRESH przy zasilaniu 3 V ustalony jest na 0...2,4 V.

Wyjście ALERT typu otwarty dren wyprowadzone jest na złącze CTRL, rezystor R5 zapewnia polaryzację wyjścia i może zostać pominięty jeżeli współpracujący układ ma inne progi napięciowe lub posiada własne podwieszenie. Wejście CLEAR, aktywne stanem wysokim kasuje wygenerowany sygnał ALERT. Stan wyjścia ALERT zostanie podtrzymany, jeżeli nie ustąpiły warunki jego wyzwolenia. Układ zasilany jest napięciem VCC z zakresu 3,0...5,5 V doprowadzonym do złącza CTRL. Napięcie zasilania wentylatora może mieć wartość różną od VCC, ważne by zapewnić, aby na wejściu SENSE nie przekraczać parametrów katalogowych. W uproszeniu sygnał pomiarowy z R3 nie powinien być większy od napięcia zasilania VCC.

Montaż i uruchomienie

Układ zmontowany jest na niewielkiej jednostronnej płytce drukowanej, której schemat został pokazany na rysunku 3.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów

Moduł wymaga uruchomienia i dostrojenia pod posiadany typ wentylatora. W pierwszej kolejności dobieramy zgodnie z tabelą 1, wartość rezystora pomiarowego R3 odpowiadającą znamionowemu prądowi wentylatora.

Dla prądów większych od 200 mA należy zastosować rezystor 1206 o mocy 0,5 W. Wentylator zasilamy z regulowanego zasilacza DC i ustawiamy prędkość, przy której ma nastąpić sygnalizacja awarii wentylatora (obniżenie napięcia zasilania zmniejsza prędkość obrotową wentylatora, co dobrze symuluje zacieranie się łożysk). Zasilamy układ monitora docelowym napięciem zasilania VCC. Do wyjścia ALERT podłączamy woltomierz DC, zmieniając wartość R2 wyzwalamy stan niski wyjścia. Weryfikujemy działanie wejścia CLEAR, zwierając je do VCC, sygnalizacja powinna zostać chwilowo wyłączona. Po wlutowaniu dobranych elementów ponownie sprawdzamy działanie monitora, jeżeli wszystko działa poprawnie, układ można zamontować w docelowej aplikacji.

Adam Tatuś, EP