Sterownik wentylatorów chłodzących i zabezpieczenie głośników

Wiele urządzeń wymaga podczas intensywnej pracy wymuszonego chłodzenia powietrzem. Gdy jednak są bezczynne lub pracują pod niewielkim obciążeniem praca wentylatorów nie jest wymagana. Do tej grupy można zaliczyć duże zasilacze, wzmacniacze audio, regulatory prędkości silnika, a więc niemal wszystkie urządzenia, które nagrzewają się pod obciążeniem.

Ponadto automatycznie włączające się wentylatory mogą wydłużyć żywotność urządzeń dla których pasywne chłodzenie jest wystarczające. Możliwe jest, że wentylatory te będą załączały się tylko latem, gdy temperatury otoczenia są wysokie. Idealnie byłoby, gdyby wentylatory zatrzymywały się lub zmniejszały obroty, kiedy aktywne chłodzenie przestaje być potrzebne. Zapobiegałoby to irytującemu ciągłemu hałasowi wentylatora, a także gromadzeniu się kurzu.

Jedną z prostych metod automatycznego załączania wentylatorów chłodzących jest termostat podłączony do radiatora. Włącza on wentylator (wentylatory), gdy temperatura przekroczy określony próg. Jednak po włączeniu, wentylatory pracują z pełną prędkością i wytwarzają znaczny hałas. Jest to szczególnie niekorzystne dla wzmacniacza audio, ponieważ może mieć negatywny wpływ na doznawane wrażenia słuchowe.

Mniej uciążliwą metodą jest dostosowanie prędkości wentylatora (lub wentylatorów) w taki sposób, aby następował stopniowy wzrost prędkości wraz ze wzrostem temperatury. Gdy radiator przekroczy określoną temperaturę, wentylatory pracują powoli, co zwykle zapewnia wystarczający ruch powietrza, aby obniżyć temperaturę panującą wewnątrz wzmacniacza. Jeśli temperatura będzie nadal rosnąć, wentylator zwiększy obroty nawet do wartości maksymalnej.

Odpowiednio dobierając wentylatory, można osiągnąć skuteczne chłodzenie aktywne, jednocześnie utrzymując cichą pracę dzięki obniżeniu prędkości obrotów. W projekcie wykorzystano wentylatory komputerowe z silnikami bezszczotkowymi sterowane przebiegiem PWM. Są one łatwo dostępne w różnych przedziałach cenowych, począwszy od kilku dolarów za sztukę. Zazwyczaj są one wystarczająco ciche przy niskich obrotach, a przy pełnej prędkości potrafią przemieszczać dużą ilość powietrza.

Płytka nadaje się idealnie do użycia we wzmacniaczach mocy, z tego względu zostało do niej dodanych kilka przydatnych w tym zastosowaniu funkcji. Wzmacniacze mocy powinny być wyposażone w zabezpieczenie głośników, które odłącza głośniki w przypadku awarii wzmacniacza. Awaria wzmacniacza dużej mocy może zniszczyć głośniki, a nawet wywołać pożar. Wynika to z faktu, że jeden z najczęstszych przypadków awarii obejmuje zwarcie jednego lub więcej tranzystorów wyjściowych, co może skutkować podaniem na głośnik całego napięcia stałego linii zasilającej (do około 80 V). Biorąc pod uwagę ich niską rezystancję dla prądu stałego, każdy podłączony do takiego napięcia głośnik zostanie szybko zniszczony.

W najlepszym przypadku cewka głośnika spali się bez dalszych uszkodzeń. Gorszym scenariuszem jest jednak to, że membrana głośnika może zapłonąć, zapalając przy okazji obudowę głośnika i wszystko co znajduje się w pobliżu. Wbudowany układ zabezpieczenia głośników zapobiega uszkodzeniu głośnika poprzez odłączenie go od wzmacniacza w przypadku wystąpienia tego typu usterki.

Ponieważ istnieje możliwość odłączenia głośnika od wzmacniacza, można zapewnić funkcję tłumienia trzasków. Po włączeniu zasilania wzmacniacz może generować krótki, niekontrolowany skok napięcia do momentu ustabilizowania się zasilania. Powoduje to słyszany w głośnikach trzask. Efekt ten został wyeliminowany przez dodanie obwodów opóźniających podłączenie głośnika.

Podobny dźwięk może wystąpić przy wyłączaniu. Dlatego odłączamy głośnik natychmiast po utracie zasilania prądem przemiennym, zanim jakiekolwiek skoki napięcia ze wzmacniacza będą w stanie spowodować trzask.

Sterowanie wentylatorem za pomocą przebiegu PWM

Sterownik współpracuje z 4-pinowymi wentylatorami PWM. Mają one wewnętrzny układ regulacji prędkości przez zastosowanie przebiegu modulowanego szerokością impulsu (PWM). 

Przy małych wypełnieniach przebiegu sterującego wentylator kręci się powoli i zwiększa prędkość wraz ze wzrostem wypełnienia. Sterownik może obsługiwać do trzech wentylatorów. Wentylatory PWM mają cztery złącza: dwa do zasilania (+12 V i 0 V), jedno do regulacji prędkości i jedno do sprzężenia zwrotnego prędkości (wykrywanie RPM). Są one oznaczone jako Control i Sense.

Zacisk czujnika wytwarza dwa impulsy na obrót wentylatora, gdy ma on rezystor podciągający dołączony do zasilania 5 V. Impulsy te dostarczają informacji o prędkości wentylatora, a w szczególności o tym, czy wentylator pracuje. Jeśli rezystor podciągający nie jest dołączony, wentylator zawsze pracuje z pełną prędkością po dołączeniu zasilania.

Czwarty pin jest zaciskiem Control i służy do ustawiania prędkości wentylatora za pomocą przebiegu PWM. Zastosowany przebieg PWM musi dostarczać tylko niewielki prąd, ponieważ nie napędza on bezpośrednio silnika wentylatora. Wewnętrznie, każdy wentylator zawiera obwód sterowania silnika, który działa w oparciu o zastosowany przebieg PWM.

Na oscylogramie 1 widzimy przebieg PWM 25 kHz, który steruje wentylatorem. Górny żółty przebieg ma mały współczynnik wypełnienia (16,7%). Po jego zastosowaniu wentylator kręci się powoli. Dolny biały przebieg ma zwiększone wypełnienie do około 70%. Sterowany nim wentylator działa szybciej, ale wciąż poniżej pełnej prędkości, która wymaga zastosowania ciągłego napięcia.

Więcej szczegółów na temat tego sposobu sterowania wentylatorem z użyciem przebiegu PWM można znaleźć w dokumencie PDF na stronie siliconchip.com.au/link/abc3.

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie

Kup teraz