Типы вентиляторов    Вентиляторы с двумя проводами имеют стандартное подключение к питанию и к «земле». В варианте с тремя проводами к стандартной паре добавляется тахометр, который возвращает сигнал с частотой, пропорциональной скорости вращения. Вентилятор, подключаемый четырьмя проводами, обеспечен еще и PWM. Если говорить кратко, PWM представляет собой систему контроля уровня питания, подаваемого на электромотор вентилятора, посредством изменения относительной ширины импульсов в цепи.    Управлять скоростью вращения вентилятора, подключенного лишь по двум проводам, можно линейно (изменением напряжения питания), или же с помощью низкочастотной ШИМ. Однако, так как обратной связью (тахометром) такой вентилятор не наделен, узнать, с какой скоростью он вращается, и вращается ли вообще, не представляется возможным. Ведь, фактически, цепь управления в таком случае остается незамкнутой.    Вентилятор с тремя проводами может управляться такими же способами, как и более простая версия с двумя – по постоянному току или низкочастотной PWM. Разница между кулерами с 2 и 3 проводами будет состоять в наличии тахометра у последнего, следовательно, цепь контроля окажется замкнутой, а с помощью датчика оборотов можно будет определить как скорость, так и сам факт вращения лопастей.    Однако у таких вентиляторов существует одна особенность. Когда от датчика оборотов кулера, питаемого от постоянного напряжения, приходит соответствующей частоте оборотов сигнал, он имеет практически идеальную форму меандра. В случае, когда вентилятор крутится с одной скоростью, или же изменение числа его оборотов достигается посредством увеличения или уменьшения DC, показания датчика будут всегда верно интерпретированы (вторая часть Рисунка 1). Однако как только в дело вступает регуляция по алгоритму низкочастотной широтно-импульсной модуляции (первая часть Рисунка 1), и питание на весь вентилятор начинает поступать импульсно, показатели датчика оборотов начинают соответствовать действительности лишь при совпадении по времени с подаваемыми положительными импульсами питания. Получается, что когда по ШИМ управлению приходит бинарный сигнал включения, все в порядке и показатели правдивы; как только фаза сменяется – сигнал начинает «плавать», так как счетчик оборотов обычно подключается к открытому коллектору и не исчезает полностью (третья часть Рисунка 1). Получается, что при PWM питании, сигнал как бы обрезается и лишь частично соответствует истине в различные моменты времени. Рисунок 1: сигнал тахометра на вентиляторах с 3 проводами при постоянном токе и PWM управлении    Для того чтобы удостовериться, что показания оборотов будут верны при PWM питании, требуется периодически удлинять импульсы состояния включения двигателя, чтобы цикл считывания скорости вращения успевал завершиться. Такая функциональность доступна в специализированных контроллерах вентиляторов, подобных Analog Devices ADM1031 или ADT7460.    Что касается вентиляторов с четырьмя проводами, то назначение их выводов таково: питание, земля, тахометр и специальное высокочастотное PWM управление скоростью вращения. Поясним, чем отличается такая модель от кулера с тремя проводами. Дело в том, что при PWM управлении вентилятора с тремя проводами питание подается импульсами на все части системы, включая двигатель и датчик оборотов. Когда же провода четыре, импульсное питание подведено отдельно к стационарным катушкам бесколлекторного двигателя, тогда как датчик работает независимо из них. Специально для того, чтобы избавиться от низкочастотного свиста, возникающего при постоянной подаче/снятии напряжения с катушек, частоту сигналов ШИМ увели за границу слышимых 20 кГц; отсюда и название метода высокочастотной PWM. Большим достоинством этих наиболее продвинутых кулеров является возможность максимально точного управления частотой вращения, вплоть до 10% от номинальной скорости. Рисунок 2 показывает разницу между схемами вентиляторов с 3 и 4 проводами. Рисунок 2: схемы вентиляторов с 3 и 4 проводами [N3-Управление вентилятором] Без управления    Наиболее простой метод управления вентилятором заключается в отсутствии какого-либо управления вообще. Кулер просто вращается с постоянной 100% скоростью. Единственное преимущество такого подхода – гарантированное отсутствие потенциальных отказов, связанных с выходом из строя управляющей схемы, и простейшая реализация. Естественны и недостатки: так как кулер постоянно находится в движении, его ресурс сокращается, энергопотребление и шум постоянны и не снижаются в моменты отсутствия необходимости охлаждения. Включен/выключен    Следующий способ контроля вентилятора состоит в применении термостата, по сигналу от которого двигатель может автоматически запускаться и останавливаться. Этот метод также несложен в реализации. При такой схеме кулер будет всегда вращаться с одной скоростью, но лишь при достижении заранее установленной температуры. Так, скажем, вплоть до 60 градусов некоему чипу будет достаточно пассивного охлаждения, однако как только термодатчик покажет 61 градус, включится активное охлаждение для предотвращения перегрева.    Отличный пример реализации такого сенсора – Analog Devices ADM1032. В данной микросхеме с заранее устанавливаемым порогом срабатывания присутствует специальный вывод с сигналом THERM, который в обычных условиях работы при низкой температуре обладает большой амплитудой. При достижении же установленного значения амплитуда падает, что и служит сигналом к действию, то есть к включению двигателя вентилятора. Преимущество данной конкретной реализации термостата в том, что во внимание принимается прилегающая зона температур, чтобы вентилятор не включался/выключался без остановки по достижению наших условных 60 градусов. На рисунке 3 приведена типичная схема на ADM1032. Рисунок 3: пример управляющей включением/выключением по термостату схемы вентилятора    Недостатком такой схемы, очевидно, является ее ограниченность. Как только на кулер подается напряжение, он сразу же раскручивается до максимальных оборотов с довольно агрессивным шумовым сопровождением. Кроме того, так как человек привыкает к монотонному звуку крутящегося вентилятора, его полное отключение также не остается незамеченным. Это похоже на ощущения от холодильника на вашей кухне – на его шуме не концентрировалось внимание до момента отключения компрессора. Так что, с точки зрения акустического комфорта, подобная конструкция далека от оптимальной. Линейное управление    Следующий по уровню сложности алгоритм управления скоростью вращения вентилятора основан на изменении величины подаваемого на двигатель напряжения. Для уменьшения числа оборотов в минуту требуется снизить напряжение, и наоборот. Такому способу присущи свои ограничения. Допустим, мы имеем стандартный вентилятор, двигатель которого рассчитан на 12 В (максимально). Такой кулер потребует минимум 7 В для запуска, а после запуска будет вращаться с примерно 50% скоростью от номинала. Менее чем от 7 В двигатель не запустится, потому что для старта потребуется преодолеть определенный момент инерции. В тоже время, для простого поддержания вращения кулеру могло бы быть достаточно и 4 В. Указанные цифровые значения могут различаться в зависимости от производителя и модели, но суть остается неизменной – диапазоны регулировок по напряжению узки.    Программируемый контроллер Analog Devices ADM1028 является хорошим примером чипа для управления скоростью вращения вентилятора посредством изменения подаваемого напряжения. Он обладает буквально всеми необходимыми функциями, включая взаимодействие со встроенным в центральный процессор (или иную микросхему) термодатчиком. Например, с помощью такой связи можно реализовать экстренное включение вентилятора при достижении критической температуры в обход всех прочих регулирующих цепей. Чтобы снизить энергопотребление ADM1028, в Analog Devices спроектировали его для работы с напряжениями от 3.0 до 5.5 В.    Работающие от 5 В вентиляторы имеют малый спектр возможностей регулировки по напряжению, потому как необходимое им для старта значение и без того близко к полной скорости работы. Но

Источник: www.analog.com

подписаться   |   обсудить в ВК   |   

<< предыдущая     1   2   3   4 следующая >>