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 с ADM1028 можно использовать и 12 В вентиляторы, реализовав простой повышающий усилитель мощности по схеме, предложенной на рисунке 4. Рисунок 4: схема повышающего усилителя мощности для питания 12 В вентиляторов от ADM1028    Принципиальное преимущество такого управления кулером – в тишине работы. Обратная сторона медали, как мы уже отмечали, состоит в малых диапазонах регулировки. Например, 12 В вентилятор имеет рабочий диапазон от 7 В до 12 В и может в лучшем случае работать на половине своей полной скорости. Ситуация еще хуже с 5 В системами охлаждения. Обычно им требуется от 3.5 В до 4 В для запуска, но с таким напряжением их обороты будут практически не отличаться от полных, что лишает смысла управление RPM. Недостаток дизайнов, подобных представленному на четвертом рисунке, заключается в низкой энергетической эффективности. Наконец, дополнительные транзисторы, и без того неоптимальные, стоят денег. PWM управление    Наиболее часто встречающийся в современных схемах метод контроля скорости вращения вентиляторов ПК основан на низкочастотной ШИМ. При таком подходе на двигатель питание поступает импульсно (оно либо не подается вообще, либо подается номинальная величина), так что подобных проблем, как с понижением постоянного напряжения, не возникает. На рисунке 5 представлена типичная схема PWM с терморегулирующим ADT7460. Рисунок 5: низкочастотное PWM-управление    Главное достоинство этого метода – в простоте, дешевизне и чрезвычайно высокой эффективности. Ведь у вентилятора может быть всего два состояния: включен и выключен, а скорость вращения определяется длительностью этих фаз.    Недостаток этого метода в виде проблемы некорректных показателей тахометра (которая нетрудно решается) мы уже подробно описали ранее, а прочих крупных изъянов у низкочастотного контроля по ШИМ нет. Рисунок 6: намеренное растягивание импульсов для корректного считывания частоты вращения    В случае с низкочастотным PWM пожаловаться можно лишь на сторонний призвук переключения катушек при подаче напряжения на них. Чтобы справиться и с этой особенностью, схемы последнего поколения используют высокочастотную широтно-импульсную модуляцию в диапазоне около 22.5 кГц, неслышимом человеческим ухом. Внешняя схема высокочастотного PWM управления проста, но для нее требуется подключение по четырем проводам. В последнее время именно такие, наиболее совершенные кулеры становятся самыми распространенными на рынке. На рисунке 7 показана цепь для контроля оборотов посредством высокочастотной ШИМ. Рисунок 7: высокочастотное PWM-управление    Обратите внимание на то, что в BIOS могут встречаться такие сочетания, как Fan Cycle/Duty Cycle. В случае с PWM управлением этот показатель (в процентах) задает тот период времени, в который на двигатель будет подаваться напряжение. То есть при цикле 80% в течение 80% времени вентилятор будет работать под напряжением, а 20% – нет. При 50% цикле – фазы питания будут присутствовать так же часто, как и фазы с отсутствием напряжения. [N4-Заключение]    С точки зрения совокупности всех параметров, будь то шумность, надежность или энергетическая эффективность, лучшим методом контроля оборотов вентилятора можно признать высокочастотное PWM (ШИМ, > 20 кГц) управление.    Помимо отсутствия слышимого шума от переключения питания катушек и необходимости в искусственном растягивании импульсов для корректной работы датчиков оборотов, высокочастотное управление PWM может предложить широкий спектр регулировки RPM, превосходящий, например, линейный подход (изменения подаваемого напряжения). С высокочастотной ШИМ кулеры могут работать безо всяких проблем и на 10% от своей полной скорости, тогда как тот же линейный способ не способен обеспечить числа оборотов менее 50% от номинальных. На высоте и энергетическая эффективность метода. Словом, по возможности следует выбирать системы охлаждения именно с таким управлением. Однако, для полноты картины, приведем и сводную таблицу плюсов и минусов прочих распространенных решений. Метод управления Достоинства Недостатки Включен/выключен Дешевизна Худшие показатели акустического комфорта – вентилятор постоянно работает на максимальных оборотах Линейный (по величине напряжения) Наиболее тихий Дорогая схема, малые диапазоны регулировки, невысокая эффективность Низкочастотное PWM-управление Высокая эффективность, большие диапазоны регулировок при работе с датчиком оборотов Низкочастотный шум переключения катушек, необходимость в дополнительной логике для растягивания импульсов (контроль RPM) Высокочастотное PWM-управление Высокая эффективность, практически столь же тихий, как и линейное управление, недорогая внешняя цепь управления, большие диапазоны регулировок Необходимость в использовании 4 проводов "

Источник: www.analog.com

подписаться   |   обсудить в ВК   |   

<< предыдущая     1   2   3   4 следующая >>