Блок за управление на вентилатора за охлаждане UMZCH

Най-готиното устройство за охлаждане на усилвателя!

Има три режима:

Понастоящем изходната мощност на усилвателите и приемниците достига стотици ватове, а броят на каналите е пет до седем. Това води до значително отделяне на топлина от изходните етапи; следователно активното охлаждане на усилвателните устройства става все по-популярно. Духането на радиатори с вентилатори отдавна се е превърнало в норма в професионалното оборудване, но за домакинските уреди има и редица недостатъци:

повишено ниво на шум по време на паузи и при ниска сила на звука;
прашни радиатори и устройството като цяло, което води до влошаване на преноса на топлина;
Праховете на самия вентилатор ускоряват износването му и намаляват експлоатационния му живот, а повредата на вентилатора води до повреда на усилвателя поради прегряване.

Следователно, следното решение изглежда оптимално: пасивното охлаждане трябва да е достатъчно, за да може усилвателят да работи на празен ход и при малък обем, когато нагряването на изходните транзистори (работещи в клас AB или B) е ниско. С допълнително увеличаване на изходната мощност, вентилаторът се включва. Предимствата тук са очевидни: няма излишен шум, запрашеността на усилвателя намалява, ресурсът на вентилатора се увеличава, усилвателят не се поврежда, ако вентилаторът се повреди (при празен ход и при ниска сила на звука).

Най-добрият вариант е да използвате температурен сензор и да управлявате вентилатора директно от температурата на радиатора на изходните транзистори. В този случай охлаждането се извършва точно когато е необходимо, независимо от причините, причинили прегряването. В допълнение, информация за прегряване, взета от температурния сензор, може да се използва за управление на системата за остатъчен ток ("спасяване на човешки живот" на усилвателя) и съответната индикация.

Предложеното устройство за управление на охлаждащия вентилатор на оборудването е с опростен дизайн, не съдържа оскъдни части и не изисква захранване, като същевременно осигурява интелигентно многостепенно охлаждане. Принципът на неговото действие е илюстриран на фигура 1.

При ниско разсейване на мощността напрежението във вентилатора е нула. С увеличаване на мощността температурата на радиатора се повишава и когато достигне 40 градуса, вентилаторът се включва. Напрежението върху него е 6 волта, скоростта на въртене е ниска и вентилаторът не издава шум. Ефективността на охлаждане обаче се увеличава значително. С мощност от около 9 ... 12 W, ефективността на активното охлаждане е толкова висока, че след една или две минути температурата пада под 35 градуса, което кара вентилатора да се изключи. Системата специално предвижда хистерезис от 5 ... 7 градуса, за да се намали честотата на включване и изключване на вентилатора и обхватът на мощността, когато се появи такова управление с "широчина на импулса", особено ако температурният сензор не е разположени правилно. Започвайки с мощност 12 ... 15 W, вентилаторът работи непрекъснато (поради наличието на хистерезис), докато температурата на радиатора е по-ниска, отколкото при мощност 8 ... 9 W.

Фиг. 1

Този "безшумен" режим на работа се поддържа до стойност на мощността от 40 W, когато температурата на радиатора се повиши до 50 градуса. С по-нататъшно увеличаване на разсейването на мощността, напрежението на вентилатора започва да се покачва плавно и ефективността на охлаждане се увеличава още повече. В резултат на това в диапазона на мощността от 40 ... 70 W температурата се променя от 50 до около 53 градуса. Шумът на вентилатора също се увеличава, но тази ситуация съответства на усилвателя, работещ при висока сила на звука, и шумът на вентилатора не се забелязва на фона на силен звук. Освен това повечето от вентилаторите започват да „издават силен шум“ при захранващо напрежение над 9 волта, което съответства на разсейване на мощността от около 60 вата. При температури над 55 градуса напрежението на вентилатора е максимално и охлаждането се извършва най-интензивно, нивото на шума е незначително - говорим за поддържане на работата на усилвателя.

Пунктираните линии на графиката показват как температурата би се променила, ако не беше включен следващият етап на охлаждане. Ако приемем максимално допустимата температура на радиатора да бъде 60 градуса, то при естествено охлаждане максималното разсейване на мощността ще бъде 20 W, а при нискоскоростно активно охлаждане - 65 W. При непрекъсната работа на вентилатора могат да се получат същите максимални 90 ... 95 W, но това би било придружено от значителен шум при ниска сила на звука, докато в предложеното устройство изобщо няма шум до стойност на мощността от около 40 ... 50 W и незначително до 55 ... 60 W.

Графиката на фиг. 1 е получена върху модел на устройството, използвайки радиатор с площ 200 cm2 и вентилатор с размер 60x60 mm. Стойностите на температурите за включване на етапите на охлаждане са избрани съвсем произволно.

Диаграмата на устройството е показана на фигура 2. Като термодатчик се използва термистор с отрицателен TCS (термистор) R1, който заедно с резистор R2 образува делител на напрежението. Напрежението от делителя - пропорционално на температурата - се подава към спусъка на Schmitt на транзистори VT1, VT2. Когато входното напрежение се повиши, спусъкът се включва, докато полевият транзистор VT3 (затворен в начално състояние) се отваря и подава напрежение към двигателя на вентилатора M1. Тъй като мощен Zener диод VD1 е свързан последователно с двигателя, напрежението на вентилатора е по-малко от захранващото напрежение от размера на стабилизационното напрежение на Zener диода. Вентилаторът работи с ниска скорост. С по-нататъшно повишаване на температурата напрежението на разделителя също се увеличава и при определена негова стойност транзисторът VT4 се отваря. Този транзистор шунтира веригата VT3-VD1 и напрежението на вентилатора се повишава. Тъй като като VT4 се използва "вертикален" транзистор, обхватът на входното напрежение, при който VT4 преминава от затворено състояние в отворено състояние, е малък и увеличаването на скоростта на вентилатора до максимум се случва с леко изменение на температурата.

Фиг. 2

Кондензатор C1 принуждава двигателя на вентилатора да се стартира, когато е включен при намалено напрежение. Това дава възможност за надеждно стартиране на вентилатора, дори когато той е износен и прашен, когато въртящият момент на триене на вала е увеличен, което увеличава надеждността на охладителната система. Кондензаторът C2 намалява пулсациите на напрежението във вентилатора по време на регулиране на напрежението. Ако устройството се захранва от отделен независим източник, C2 може да бъде изключен.

Подрязващите резистори R3 и R9 задават праговете за етапите на охлаждане. Светодиодът HL1 е индикатор и неговата яркост сигнализира за напрежението на вентилатора и съответно за температурата. Ако искате да получите повече информация, дисплеят може да бъде сложен, като се използват например два светодиода с различни светещи цветове.

Ако е необходимо да се контролира температурата на няколко радиатора, можете да използвате няколко от същия тип термистори, свързани паралелно (пропорционално намаляване на съпротивлението R2). В същото време, поради нелинейността на температурната характеристика, системата ще реагира по-силно на най-горещия обект, което ще увеличи надеждността на устройството като цяло.

Веригата може да се захранва и от източник с по-ниско напрежение, но това ще намали максималната ефективност на охлаждане.

Конструкция и детайли.

Биполярни транзистори - всякакви транзистори с ниска мощност с коефициент h21E най-малко 150, например KT3102 (използвах импортиран BC546V). Транзистори с полеви ефект - всяка средна мощност. От домашните са подходящи KP740-KP743. KP505A-V с ниска мощност също може да се използва, но токът на вентилатора в този случай не трябва да надвишава 150 mA. Почти всички транзистори от серията IRF5xx, IRF 6xx са подходящи от внесени. Ценеровият диод VD1 трябва да издържа на тока на вентилатора, който при намалено захранващо напрежение е 40 ... 50% от номинала (което е около 50,150 mA). Напрежението за стабилизиране е избрано така, че напрежението в двигателя да е 5 ... 6 волта (т.е. 6,10 волта). При по-ниски напрежения не всички вентилатори ще работят стабилно; по-високите напрежения ще увеличат шума. Ако не можете да намерите подходящ ценеров диод, можете да използвате неговия аналог (фиг. 3).

Фиг. 3

Широкото разнообразие от термистори не позволява да се посочи конкретен тип. Почти всичко в диапазона на съпротивление от 1 ... 68 kOhm е подходящо. Ако съпротивлението на термистора надвишава 20 kOhm, тогава, когато избирате R2, вземете предвид неговото шунтиране с резистори R3 и R9.

Тъй като основното за усилвателя все още е пасивното охлаждане, тогава трябва да се използват "конвекционни" (обикновени) радиатори с редки дебели ребра. Вентилатор - Вентилатор с подходящ размер от компютъра. Не се препоръчва използването на процесорни вентилатори, въпреки по-високия им въздушен поток - те са по-шумни. Термисторът трябва да бъде инсталиран така, че да има добър топлинен контакт с радиатора (с помощта на термо паста) и да не е изложен на въздушен поток от вентилатора.

Тъй като температурата в корпуса на усилвателя може да достигне 40 ... 50 градуса, е възможно да се инсталира допълнителен вентилатор, който издухва въздуха от корпуса. Всички фенове работят паралелно.

Устройството е сглобено на 55x30 mm печатна платка. За да се постигне още по-голяма миниатюризация с помощта на SMD компоненти, считам за неподходящо - тъй като се използват относително големи елементи - радиатори, тогава в усилвателя ще има свободно място за устройство за управление на вентилатора. Печатната платка е показана на фиг. 4 (изглед отстрани на инсталацията на части). Мощен Zener диод VD1 е показан в червено, а неговият аналог на Zener диод с ниска мощност и транзистор е в светло зелено. Поставя се или едното, или другото.

Фиг. 4

Изолираните проводници са маркирани в синьо, запоени отстрани на релсите:

Фиг. 5

Създаване устройството е необходимо поради голямото разнообразие от термистори. Той се свежда до избора на резистор R2 и задаване на праговете за резисторите R3, R9. За това се задават стойностите на температурите на превключване на стъпките на устройството (на фиг. 1 те са 40 и 50 градуса) и се определя съпротивлението на термистора при тези две температури. Най-лесният начин за определяне на съпротивлението е поставянето на термистора в чаша вода с желаната температура. Да приемем, че получените стойности са R1_1 и R1_2. Резисторът R2 трябва да има такова съпротивление, че напрежението на делителя при включване на първия етап да е около 2,5 волта:

След като настроите R2 от подходящия рейтинг, вместо термистор, свържете променлив резистор със зададено съпротивление, равно на R1_1 и използвайте R3, за да включите вентилатора (конфигуриран е точно моментът на включване, за да изключите вентилатора), поради хистерезис, е необходимо да се изключи „термисторът“). По същия начин с помощта на R9 те постигат увеличаване на напрежението на вентилатора, когато са свързани вместо термистор със съпротивление, равно на R1_2.

Внимание!

Понякога възниква проблем като този:

"Първият етап на охлаждане е настроен нормално. Вторият не може да се регулира. В крайната точка на тримера R9 напрежението на вентилатора достига само 3,3 V (когато първият етап е изключен от тримера R3)."

Най-вероятно причината е силна разлика в параметрите на термисторите от различен тип: за някои, с повишаване на температурата, съпротивлението пада много силно, а за някои не е много. С повишаване на температурата съпротивлението на термистора намалява и напрежението в точката на свързване R1, R2, R3 се увеличава. Когато напрежението в тази точка достигне прага на една от стъпките, стъпката се задейства и включва. За да се задейства спусъка на Schmitt, са необходими около 2,5 волта, а за отваряне на полевия транзистор VT4 - около 4 ... 5 волта (вижте типичната характеристика на трансфер на транзистора IRF630 на фиг. 6). Ако съпротивлението на термистора не спадне много, тогава напрежението на портата на полевия транзистор не достига необходимата стойност и не се отваря.

В този случай настройката трябва да се извърши „обратно“: изберете резистора R2, така че вторият етап на управление да работи надеждно. За да направите това, R3 е сведен до минимум (двигателят е в долното положение според схемата), а R9 е доведен до максимум (двигателят е в горното положение според схемата). Вместо термистор, свържете резистор със съпротивление, равно на съпротивлението на термистора при максимална температура и изберете R2, така че напрежението на вентилатора да е максимално - приблизително равно на захранващото напрежение (можете да контролирате напрежението на кръстовището точка R1, R2, R3, трябва да е около 4 ... 5 волта). Стойността R2 се закръглява до най-близката по-висока. След това с потенциометъра R3 се задава необходимия праг на операцията от първия етап. Имайте предвид, че C1 има леко забавяне във времето, така че оставете напрежението да се уталожи за около 1,2 секунди.

Би било хубаво да видите референтните данни на полевия транзистор преди да сглобите веригата - тя трябва да се отвори (източващ ток около 100 mA) с напрежение на затвора най-малко 3 и не повече от 6 волта:

Фигура: 6

Ето снимка на прототипа (с транзистор вместо мощен ценеров диод). Всъщност таксата може да бъде намалена. Предполагам, че някой ден ще го направя.

Фиг. 7

Всъщност системата може да бъде опростена чрез използване на специализиран температурен сензор и микроконтролер (или специализирана микросхема), но IMHO няма да бъде толкова достъпна за широк кръг радиолюбители.