|
|
|
Схемы управления кулерами
| |
| | Вс, 01.12.2013, 13:25 | Сообщение # 1
|
ГУБЕРНАТОР
Постов: 2114
Друзья |
В данной ветке хотелось бы собрать массив схем с описанием работы управления кулерами охлаждающих радиаторы выходных каскадов УНЧ.
Как вариант первой конструкции можно рассмотреть схему термостата работающего как на охлаждение, так и на нагрев в зависимости от того какую нагрузку использовать в исполнительном устройстве и саму схему включения этой нагрузки.
параметры:
- Измерение температуры от -55°С до +125°С (шаг 0,1°С)
-Установка температуры от -55°С до +124°С (шаг 0,1°С !!!).
-Гистерезис от 0,1°С до 25°С
Индикатор можно применять как с общим анодом, так и с общим катодом - просто
разные прошивки.
"*" обозначены компоненты необходимые для защиты от статического
электричества, но их можно не устанавливать.
Управление:
Кнопками "+" и "-" устанавливают температуру включения нагрузки (на экране в
первом сегменте отобразится символ подчёркивания "_").
При одновременном нажатии обеих кнопок устройство переходит в режим изменения
гистерезиса (на экране в первом сегменте отобразится символ "d").
Длительное удержание одной из кнопок приводит к ускоренному перебору значений.
При отсутствии нажатий на кнопки в течении 5 секунд прибор переходит в режим
отображения измеренной температуры, при этом происходит запоминание изменённых
параметров в энергонезависимую память.
Индикация:
В первом сегменте отображается точка, если Т < Т уст., т.е. нагрузка
включена. Точка отображается во всех режимах, даже при изменении установленной
температуры или гистерезиса (если сохраняется условие Т < Т уст.). В этом
же сегменте будет отображаться знак минуса "-" при отрицательной температуре.
Пример 1 (нагрев):
Установим температуру = 25,5°С, гистерезис (dT) = 1,2°С.
Текущая температура 20 градусов. (PD2 = 1, PD3 = 0, горит "точка").
Такое состояние будет сохранятся пока температура не достигнет Т уст. +
dТ = 26,7°С.
Когда температура достигнет 26,7°С состояние выводов поменяется (PD2 =
0, PD3 = 1, не горит "точка")
Такое состояние будет сохранятся пока температура не опустится до Т уст.
= 25,5°С.
Когда температура опустится до 25,5°С состояние выводов поменяется (PD2
= 1, PD3 = 0, горит "точка")
И так далее....
Пример 2 (охлаждение):
Установим температуру = -5,2°С, гистерезис (dT) = 1,5°С.
Текущая температура 20 градусов. (PD2 = 0, PD3 = 1, не горит "точка").
Такое состояние будет сохранятся пока температура не упадёт до Т уст. =
-5,2°С.
Когда температура упадёт до -5,2°С состояние выводов поменяется (PD2 =
1, PD3 = 0, горит "точка")
Такое состояние будет сохранятся пока температура не поднимется до Т
уст. + dТ = 6,7°С.
Когда температура поднимется до 6,7°С состояние выводов поменяется (PD2
= 0, PD3 = 1, не горит "точка")
И так далее....
Таким образом термостат можно применять для использования как в
нагревательных целях (тепловентилятор, обогревательный котёл, инкубатор и т.д.),
так и для охлаждения (холодильник, морозильник, и т.д.).
Удобно ещё и то в данной схеме, контроллер можно установить на плату без индикаторов с заранее выставленными температурными порогами и гистерезисом.
Для системы охлаждения ключевой транзистор необходимо подключит к выводу 7 МК, стабилитроны можно убрать, включение термодатчика все же лучше по второму варианту схемы и можно без резисторов 100 Ом.
|
|
| | Вс, 01.12.2013, 13:53 | Сообщение # 2
|
ГУБЕРНАТОР
Постов: 2114
Друзья |
Второй вариант управления:
предназначено для контроля температурного режима и охлаждения выходного каскада усилителя, блока питания и других приборов выделяющих тепло. Также осуществляется контроль за исправностью вентилятора и термозащита. Внимание, применен датчик DS18S20, а не более популярный DS18B20. Эти датчики не взаимозаменяемые и не совместимы. Однако в архиве лежит прошивка как под DS18S20 так и под DS18B20, поэтому вы можете применить любой из этих датчиков. Схемы включения их абсолютно одинаковые.
При включении питания - кратковременно включается вентилятор и проверяется его исправность (по сигналу датчика тахогенератора), если вентилятор исправен и температура в норме - включается реле, подавая питание на контролируемое устройство. По мере прогрева нагрузки (около 50 градусов) - включается вентилятор, а если температура упала ниже 45 градусов - кулер выключается. Т.е. имеется гистерезис в 5 градусов. Когда температура достигнет 75 градусов - срабатывает термозащита, нагрузка отключается, а если зафиксирована неисправность вентилятора - то термозащита срабатывает уже при 60 градусах. Если сработала термозащита - то обратного включения нагрузки не происходит, как бы оно не остыло. Кулер же будет продолжать работать в штатном режиме, т.е. будет охлаждать радиаторы и выключится, когда температура упадет ниже +45 градусов. Для сброса термозащиты требуется отключить и снова включить питание контроллера.
Датчик должен быть установлен именно на охлаждаемой поверности, а не рядом с ней. Т.е. должен быть плотно прижат к радиатору,желательно применение термоконтактной пасты. Вентилятор пригоден только 3-х проводной, который с таходатчиком (большинство компьютерных кулеров). На фото пример использования этого девайса для термозащиты выходного каскада усилителя.
|
|
| | Вс, 01.12.2013, 14:02 | Сообщение # 3
|
ГУБЕРНАТОР
Постов: 2114
Друзья |
Третий вариант управления:
В качестве термодатчика используется терморезистор с отрицательным ТКС (термистор) R1, который совместно с резистором R2 образует делитель напряжения. Напряжение с делителя – пропорциональное температуре – подается на триггер Шмитта на транзисторах VT1,VT2. При повышении входного напряжения триггер включается, при этом полевой транзистор VT3 (закрытый в исходном состоянии) открывается и подает напряжение на двигатель вентилятора М1. Поскольку последовательно с двигателем включен мощный стабилитрон VD1, напряжение на вентиляторе меньше напряжения питания на величину напряжения стабилизации стабилитрона. Вентилятор работает на малых оборотах. При дальнейшем росте температуры, напряжение делителя также растет, и при некотором его значении открывается транзистор VT4. Этот транзистор шунтирует цепочку VT3-VD1, и напряжение на вентиляторе повышается. Поскольку в качестве VT4 используется «вертикальный» транзистор, то диапазон входных напряжений, при котором VT4 переходит из закрытого состояния в открытое, небольшой и увеличение скорости вращения вентилятора до максимума происходит при небольшом изменении температуры.
Конденсатор С1 форсирует запуск двигателя вентилятора при включении его на пониженном напряжении. Это позволяет надежно запускать вентилятор даже при его износе и запылении, когда момент трения на валу повышен, что повышает надежность системы охлаждения. Конденсатор С2 снижает пульсации напряжения на вентиляторе при регулировании напряжения. Если устройство питается от отдельного самостоятельного источника, то С2 можно исключить.
Подстроечными резисторами R3 и R9 устанавливают пороги срабатывания ступеней охлаждения. Светодиод HL1 – индикатор, причем его яркость сигнализирует о напряжении на вентиляторе, а, следовательно, и о температуре. При желании получить больше информации, узел индикации можно усложнить, применив, например, два светодиода с разным цветом свечения.
Если необходимо контролировать температуру нескольких радиаторов, то можно использовать несколько однотипных термисторов, включенных параллельно (пропорционально уменьшив сопротивление R2). При этом, вследствие нелинейности температурной характеристики, система будет в большей степени реагировать на наиболее горячий объект, что повысит надежность устройства в целом.
Схему можно питать и от источника с меньшим напряжением, но при этом снизится максимальная эффективность охлаждения.
Конструкция и детали.
Биполярные транзисторы – любые маломощные с коэффициентом h21Э не менее 150, например, КТ3102 (я использовал импортные ВС546В). Полевые транзисторы – любые средней мощности. Из отечественных подойдут КП740-КП743. Можно использовать и маломощные КП505А-В, однако ток вентилятора в этом случае не должен превышать 150 мА. Из импортных подойдут практически все транзисторы серий IRF5хх, IRF 6хх. Стабилитрон VD1 должен выдерживать ток вентилятора, который при пониженном напряжении питания составляет 40…50% от номинального (а это порядка 50...150 мА). Напряжение стабилизации выбирается таким образом, чтобы напряжение на двигателе составляло 5…6 вольт (т.е. 6...10 вольт). При более низком напряжении не все вентиляторы устойчиво работают, более высокое напряжение увеличит уровень шума. Если не удастся подобрать подходящий стабилитрон, можно воспользоваться его аналогом
Большое разнообразие термисторов не позволяет указать какой-то конкретный тип. Подойдут практически все в интервале сопротивлений 1…68 кОм. Если сопротивление термистора превышает 20 кОм, то при подборе R2 следует учесть его шунтирование резисторами R3 и R9.
Поскольку основным для усилителя все же является пассивное охлаждение, то следует использовать «конвекционные» (обыкновенные) радиаторы с редкими толстыми ребрами. Вентилятор – корпусной вентилятор подходящего размера от компьютера. Процессорные вентиляторы использовать не рекомендуется, несмотря на их больший воздушный поток – они более шумные. Термистор необходимо установить так, чтобы обеспечивался хороший тепловой контакт с радиатором (с использованием термопасты), и на него не попадал воздушный поток от вентилятора.
Поскольку температура внутри корпуса усилителя может достигать 40…50 градусов, возможна установка дополнительного вентилятора, выдувающего воздух из корпуса. Все вентиляторы включаются параллельно.
Налаживание устройства необходимо, вследствие большого разнообразия термисторов. Оно сводится к подбору резистора R2 и установки порогов срабатывания резисторами R3, R9. Для этого задаются значениями температур включения ступеней устройства (на рис.1 это 40 и 50 градусов) и определяют сопротивление термистора на этих двух температурах. Проще всего определить сопротивление, поместив термистор в стакан с водой требуемой температуры. Допустим, получились значения R1_1 и R1_2. Резистор R2 должен иметь такое сопротивление, чтобы напряжение делителя при включении первой ступени было порядка 2,5 вольт:
После установки R2 соответствующего номинала, вместо термистора подключают переменный резистор с установленным сопротивлением, равным R1_1 и при помощи R3 добиваются включения вентилятора (настраивается именно момент включения, для отключения вентилятора, вследствие гистерезиса, необходимо отключать «термистор»). Аналогично, при помощи R9 добиваются увеличения напряжения на вентиляторе при подключении вместо термистора сопротивления величиной равной R1_2.
|
|
| | Вс, 01.12.2013, 14:14 | Сообщение # 4
|
ГУБЕРНАТОР
Постов: 2114
Друзья |
Четвертый вариант управления:
Терморезисторы Th1—4 размещаются в непосредственной близости от транзисторов.Порог включения терморезисторов регулируют потенциометром РЗ при разогреве корпусов транзисторов до 80 °С.
|
|
| | Вс, 01.12.2013, 14:19 | Сообщение # 5
|
ГУБЕРНАТОР
Постов: 2114
Друзья |
Пятый вариант управления:
Такое устройство имеет существенный недостаток - при паузах в музыкальных программах вентилятор ещё несколько секунд продолжает работать, производя значительный акустический шум, что действует раздражающе.
Предлагаемое устройство при более простой схеме лишено этого недостатка. В паузах и при малом уровне громкости вентилятор работает на пониженных оборотах, практически не производя шума. При возрастании громкости вентилятор включается на полную мощность, но его шум теперь маскируется акустическим сигналом.
Схема устройства работает следующим образом. При подаче напряжения питания зарядным током конденсатора С2 запускается двигатель М1. Резистор R4, включённый последовательно с двигателем, снижает напряжение, подаваемое на двигатель, и его обороты. Сопротивление резистора зависит от мощности двигателя и подбирается экспериментально по отсутствию акустического шума при работе. При достаточно высоком напряжении, подаваемом на двигатель, конденсатор С2 может не понадобиться.
Выходное напряжение с УМЗЧ подаётся на вход устройства через делитель R1R2. Подстроечным резистором R2 регулируют порог срабатывания устройства. Выпрямленное диодом VD1 напряжение звуковых сигналов при увеличении их уровня заряжает конденсатор С1. Через резистор R3 он разряжается при уменьшении уровня входного сигнала. Стабилитрон VD2 ограничивает напряжение, подаваемое на затвор, на безопасном для транзистора VT1 уровне.
При достижении порогового уровня напряжения на конденсаторе С1 транзистор открывается, увеличивая ток через двигатель до номинального. При снижении уровня выходного сигнала УМЗЧ конденсатор С1 быстро разряжается через резистор R3, транзистор закрывается и двигатель М1 переходит на работу при пониженных оборотах. Диод VD3 защищает транзистор от реакции нагрузки (обмотки двигателя). Если двигатель бесколлекторный, этот диод можно исключить.
К деталям особых требований не предъявляется, резисторы и конденсаторы могут быть любых типов. Диоды VD1 и VD3 - любые маломощные кремниевые, например, КД509А, КД510А, Д220. Стабилитрон VD2 - на напряжение стабилизации 7...10 В, например, Д814А, КС175А. При токе, потребляемом двигателем свыше 0,5 А, необходимо применить более мощный транзистор, например, IRFZ44N или отечественный КП812А1.
Налаживание устройства заключается в подборе резистора R4 для обеспечения работы вентилятора с допустимым уровнем шума и конденсатора С2 для надёжного запуска электродвигателя. При увеличении ёмкости конденсатора следует иметь в виду, что разряжается он через малое сопротивление сток-исток транзистора VT1, и для исключения повреждения транзистора последовательно с конденсатором большей ёмкости целесообразно включить резистор сопротивлением несколько ом.
|
|
| | Вс, 01.12.2013, 14:24 | Сообщение # 6
|
ГУБЕРНАТОР
Постов: 2114
Друзья |
Шестой вариант управления аналогичен по сути пятому:
Микросхема DA1 содержит два независимых компаратора. На первом из них собран узел, определяющий, что выходная мощность усилителя превышает некоторый пороговый уровень, а на втором - узел задержки выключения вентилятора.
Сигнал с выхода усилителя мощности подается на инвертирующий вход компаратора DA1.1 через резистор R1. Стабилитрон VD2 защищает вход компаратора от отрицательного напряжения, поступающего от усилителя мощности при усилении отрицательных полупериодов сигнала. На элементах R2 и VD1 собран параметрический стабилизатор, который задает порог срабатывания компаратора. Резистор R3 служит нагрузкой выходного каскада DA1.1, выполненного по схеме с открытым коллектором. Конденсатор С1 и резистор R4 задают время задержки выключения вентилятора. Диод VD3 необходим для предотвращения разрядки конденсатора С1 через резистор R3. Задержка позволяет сохранить напряжение на вентиляторе еще некоторое время для удаления выделившейся на теплоотводе энергии. Подстроечным резистором R5 можно регулировать время задержки выключения. Сигнал с выхода компаратора DA1.2 управляет транзистором VT1, включающим вентилятор охлаждения.
|
|
| | Вс, 01.12.2013, 16:14 | Сообщение # 7
|
vdij
Постов: 173
Друзья |
Спасибо, ГУБЕРНАТОР, актуальная тема. Шестой вариант сваял когдато, показал неплохие результаты. Добавлю, что изза лени часто использую уже готовые регуляторы с комповых БП.
|
| |
| | Чт, 05.12.2013, 09:26 | Сообщение # 9
|
ГУБЕРНАТОР
Постов: 2114
Друзья |
ещё одна схема управления на TL431:
|
|
| | Чт, 05.12.2013, 10:41 | Сообщение # 10
|
Gosha1968
Постов: 201
Друзья |
Интересная тема. Когда то занимался инкубаторами и перепробовал много схем терморегуляторов. Так вот там задача одна, точное и стабильное поддержание температуры. А в каком режиме работает нагреватель неважно. Обычно это лампы накаливания (малая инертность) И вот по лампам видно, то они горят с разной степенью яркости, то часто вспыхивают на всю и тухнут. Ведут себя очень по разному, в зависимости от схемы. Вопрос, как подается напряжение на куллер, плавно или ступенями? И небудет ли куллер постоянно включатся и выключатся? Или если на него идет скажем вольта 2, а то и меньше?
|
|
Внимание! Форум переехал на Tehnodium.ru
|
|
