Настройка авторегулирования оборотов вентиляторов

Настройка авторегулирования оборотов вентиляторов

В любом современном компьютере есть датчики температуры. Датчики встраиваются в процессоры, материнские платы, диски, видеокарты. Кроме этого, на многих материнских платах есть возможность наблюдать за скоростью и управлять скоростью вращения вентиляторов. Используя специальный софт можно связать одно с другим. Чтобы, только при повышении температуры вентиляторы начинали крутиться быстрее.

Я не нашёл для этой задачи софта с нормальным графическим интерфейсом. Есть только консольные программы. Благо, они дружелюбны. Настройка производится в режиме мастера. Вам задаются вопросы, вы выбираете варианты ответов. У меня настройка заняла 5 минут.

Руководство неоднократно мною использовано, в том числе в Elementary OS 5 и Ubuntu 20.04.

Установка необходимого софта:

Запуск автоматического определения имеющихся в компьютере датчиков:

При этом сначала будут задаваться вопросы, хотим ли мы тестировать те или иные типы существующих в природе чипов. В принципе, можно не вникать, что за железо нам предлагают для тестирования. Можно нажимать всегда y и тестировать всё подряд.

В конце будет предложено сохранить найденное в файл конфигурации. Сделайте это, если результат тестирования вас удовлетворит, если будут найдены хоть какие-нибудь датчики.

Результат для моего компьютера:

Теперь можно перегрузить фоновый сервис, чтобы изменения вступили в силу:

После посмотреть показания всех найденных датчиков:

Результат для моего компьютера:

Важно, чтобы у вас в результатах показывались обороты вентилятора(ов)!

Если таковых нет, то продолжать настройку дальше смысла нет. Управлять нечем. Возможно вы сделали не полный поиск по всевозможным вариантам оборудования. Тогда попробуйте его повторить. Если не поможет, то вам не повезло. Либо в софте нет поддержки вашего типа оборудования. Либо у вас железо, которое не имеет соответствующих датчиков и управления.

У меня к материнской плате подключен только один вентилятор, из трёх возможных. Этот единственный вентилятор на процессоре. Им я и хотел управлять. По умолчанию он был включен на полные обороты. Скорость вращения видна в выдаче.

Теперь обращаемся к программе, которая попытается управлять скоростью вращения вентиляторов. Она же и произведёт, в случае необходимости, настройку автоматического управления скоростью.

Не торопитесь, читайте, что пишет и спрашивает программа. Делает она это, к сожалению, на английском. Но текст можно копировать, например, в Google-переводчик. Важно понимать, что вы делаете.

Результат для моего компьютера:

Теперь комментарии к моему примеру.

Смысл первого этапа в том, что программа видит, какие есть датчики оборотов. Каждый датчик/вентилятор она пытается затормозить на 5 секунд. Нужно подтвердить – было снижение оборотов или нет. Если снижение вы подтверждаете, то программа для этого датчика дополнительно предлагает попробовать плавную регулировку оборотов.

В моём случае один вентилятор и 3 датчика. Первым программа попыталась управлять, но результата никакого не было. Управление вторым датчиком имело результат — обороты снизились. Дополнительно произведён тест плавного регулирования оборотов. От тестирования третьего датчика я отказался.

Второй этап — это настройка автоматического регулирования оборотов. Я выбрал из списка единственный свой датчик, который хотел настроить. Другие в списке не показались, ведь для них я не подтвердил, что ими удалось управлять.

Программа перечисляет все имеющиеся датчики температуры и спрашивает, к какому из них привязать настраиваемый в данный момент регулятор оборотов.

Вот тут было довольно неудобно. Показываются коды датчиков температуры и сами температуры. Можно лишь приблизительно ориентироваться, какие из них какие. А ещё надо сообразить, к чему лучше привязываться.

У меня управление оборотами вентилятора, который на процессоре. Не составило труда определить датчики температуры для каждого из четырех его ядер. Ещё, по температуре я сразу узнал датчик видеокарты. Но это всё не то. Лучше всего для мой задачи подошёл бы какой-нибудь общий датчик температуры процессора. Позднее я его все же идентифицировал.

Очевидно, что лучше выбирать тот датчик температуры, который те только подходит по смыслу, но и быстро реагирует на изменения температуры процессора, чтобы быстрее подстраивать под неё обороты вентилятора. Так, например, показания датчика, который расположен где-то на поверхности материнской платы, да ещё и в далеке от процессора — это неприемлемый выбор.

В общем, тут выбор у каждого свой. Я вначале выбрал почти наугад, но позднее потестировал, как всё это работает при нагрузке. Оказалось, что выбор сделан правильный. Нагружая процессор, температура выбранного датчика меняется довольно быстро и обороты вентилятора при этом начинали постепенно расти.

В случае необходимости можно изменить выбор. Это можно сделать вручную, просто отредактировав файл конфигурации /etc/fancontrol . Ну или запустить снова мастер настройки. Я рекомендую второй вариант. Он значительно проще и последующие разы отвечать на вопросы можно практически не задумываясь. Времени уходит минимум.

В мастере настройки я указал, что до температуры 40°C обороты вентилятора должны быть минимальны. Максимальные обороты при температуре 60°C. Далее выбрал сохранение результатов и выход.

Чтобы настройки начали работать нужно запустить фоновый сервис:

У меня при этом сразу наступила тишина.

Ещё команды, которые стоит знать:

Соответственно, остановка и перезапуск фонового сервиса fancontrol.

Проблема

У меня иногда случалось так, что компьютер запускался, а вентиляторы продолжали крутиться на полных оборотах. Перезапуск компьютера обычно решал проблему. Ещё можно было просто перезапустить службу fancontrol .

В итоге я просто добавил задержку 5 секунд перед запуском службы. Видимо, какие-то компоненты системы не успевали активироваться/прогрузиться перед запуском службы.

3 лучшие схемы регуляторов скорости вентиляторов

Схема регуляторов скорости вращения вентиляторов — необходимые радиоэлементы для сборки, инструкции по монтажу своими руками, видео.

1. Простая схема

Регулятор скорости вентилятора — простая схема

Предлагаемая ниже схема обеспечивает простую регулировку оборотов вентилятора без контроля оборотов. В устройстве использованы отечественные транзисторы КТ361 и КТ814. Конструктивно плата размещается непосредственно в блоке питания, на одном из радиаторов. Она имеет дополнительные посадочные места для подключения второго датчика (внешнего) и возможность добавить стабилитрон, ограничивающий минимальное напряжение, подаваемое на вентилятор.

• Схема симисторного регулятора

Список необходимых радиоэлементов:

• 2 биполярных транзистора — КТ361А и КТ814А.
• Стабилитрон — 1N4736A (6.8В).
• Диод.
• Электролитический конденсатор — 10 мкФ.
• 8 резисторов — 1х300 Ом, 1х1 кОм, 1х560 Ом, 2х68 кОм, 1х2 кОм, 1х1 кОм, 1х1 МОм.
• Терморезистор — 10 кОм
• Вентилятор.

Фото готового регулятора скорости вентилятора:

Регулятор вентилятора с датчиком температуры

Как известно, вентилятор в блоках питания компьютеров формата AT вращается с неизменной частотой независимо от температуры корпусов высоковольтных транзисторов. Однако блок питания не всегда отдает в нагрузку максимальную мощность. Пик потребляемой мощности приходится на момент включения компьютера, а следующие максимумы — на время интенсивного дискового обмена.

• Как сделать управляемую плату регулятора на 1,2–35 В

Уменьшить износ вентилятора и снизить общий уровень шума, создаваемого компьютером можно, применив автоматический регулятор частоты вращения вентилятора, схема которого показана на рисунке. Датчиком температуры служат германиевые диоды VD1–VD4, включенные в обратном направлении в цепь базы составного транзистора VT1VT2. Выбор в качестве датчика диодов обусловлен тем, что зависимость обратного тока от температуры имеет более выраженный характер, чем аналогичная зависимость сопротивления терморезисторов. Кроме того, стеклянный корпус указанных диодов позволяет обойтись без каких-либо диэлектрических прокладок при установке на теплоотводе транзисторов блока питания.

Необходимые радиодетали:

• 2 биполярных транзистора (VT1, VT2) — КТ315Б и КТ815А соответственно.
• 4 диода (VD1-VD4) — Д9Б.
• 2 резистора (R1, R2) — 2 кОм и 75 кОм (подбор) соответственно.
• Вентилятор (M1).

Следует отметить, что число диодов датчика температуры зависит от статического коэффициента передачи тока составного транзистора VT1, VT2. Если при указанном на схеме сопротивлении резистора R2, комнатной температуре и включенном питании крыльчатка вентилятора неподвижна, число диодов следует увеличить.

Необходимо добиться того, чтобы после подачи напряжения питания она уверенно начинала вращаться с небольшой частотой. Естественно, если при четырех диодах датчика частота вращения окажется значительно больше требуемой, число диодов следует уменьшить.

Устройство монтируют в корпусе блока питания. Одноименные выводы диодов VD1-VD4 спаивают вместе, расположив их корпусы в одной плоскости вплотную друг к другу. Полученный блок приклеивают клеем БФ-2 (или любым другим термостойким, например, эпоксидным) к теплоотводу высоковольтных транзисторов с обратной стороны. Транзистор VT2 с припаянными к его выводам резисторами R1, R2 и транзистором VT1 устанавливают выводом эмиттера в отверстие «-cooler» платы блока питания.

Налаживание устройства сводится к подбору резистора R2. Временно заменив его переменным (100–150 кОм), подбирают такое сопротивление введенной части, чтобы при номинальной нагрузке (теплоотводы транзисторов блока питания теплые наощупь) вентилятор вращался с небольшой частотой. Во избежание поражения электрическим током (теплоотводы находятся под высоким напряжением!) «измерять» температуру наощупь можно, только выключив компьютер. При правильно отлаженном устройстве вентилятор должен запускаться не сразу после включения компьютера, а спустя 2–3 мин после прогрева транзисторов блока питания.

Схема регулятора скорости вентилятора для уменьшения шума

В отличии от схемы, которая замедляет обороты вентилятора после старта (для уверенного запуска вентилятора), данная схема позволит увеличить эффективность работы вентилятора путем увеличения оборотов при повышении температуры датчика. Схема также позволяет уменьшить шум вентилятора и продлить его срок службы.

Необходимые для сборки детали:

• Биполярный транзистор (VT1) — КТ815А.
• Электролитический конденсатор (С1) — 200 мкФ/16В.
• Переменный резистор (R1) — Rt/5.
• Терморезистор (Rt) — 10–30 кОм.
• Резистор (R2) — 3–5 кОм (1 Вт).

Если ваш вентилятор иногда не запускается даже при сильном нагреве (паяльник поднести), то нужно добавить цепочку С1, R2. Тогда R1 выставляем так, чтобы вентилятор гарантированно запускался при подаче напряжения на холодный блок питания. Через несколько секунд после заpяда конденсатора, обороты падали, но полностью вентилятор не останавливался. Теперь закрепляем датчик и проверяем, как все это будет крутится пpи реальной работе.

Rt — любой терморезистор с отрицательным ТКЕ, например, ММТ1 номиналом 10–30 кОм. Терморезистор крепится (приклеивается) через тонкую изолирующую прокладку (лучше слюдяную) к радиатору высоковольтных транзисторов (или к одному из них).

Видео о сборке регулятора оборотов вентилятора:

Технологии управления скоростью вращения вентиляторов

Давно уже прошли те времена, когда в компьютерах использовалось пассивное охлаждение — такие компьютеры были абсолютно бесшумными, но малопроизводительными. По мере роста производительности процессоров и других компонентов ПК росло и их энергопотребление и, как следствие, компоненты ПК становились все более «горячими». Поэтому процессоры стали оснащать массивными радиаторами, а вскоре к ним добавились и вентиляторы, то есть пассивное охлаждение процессоров уже не могло обеспечить требуемый теплоотвод для поддержания надлежащей температуры, из-за чего стали использовать воздушное охлаждение. По мере роста тактовых частот процессоров увеличивалась эффективность теплоотвода, что достигалось за счет более массивных радиаторов и более быстрых вентиляторов.

Повышение максимальной скорости вращения вентиляторов влекло за собой рост уровня создаваемого ими шума. Известно, что при увеличении скорости вращения вентилятора от значения N1 до N2 уровень создаваемого им шума возрастает от значения NL1 до NL2, причем:

Предположим, требуется увеличить скорость вращения вентилятора на 10%. При этом на 2 дБ увеличится и уровень шума, создаваемого вентилятором. Зависимость изменения уровня шума вентилятора от нормализованной скорости вращения показана на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость изменения уровня шума (DNL) вентилятора от нормализованной скорости вращения (N2/N1)

Не менее остро, чем проблема охлаждения процессоров, стоит проблема снижения уровня шума. Идеи, заложенные в технологии энергосбережения и снижения тепловыделения, можно использовать и для снижения уровня шума систем охлаждения. Поскольку тепловыделение (и, следовательно, температура) процессора зависит от его загрузки, а при использовании технологий энергосбережения — и от его текущей тактовой частоты и напряжения питания, в периоды слабой активности процессор остывает. Соответственно нет необходимости постоянно охлаждать процессор с одинаковой интенсивностью, то есть интенсивность воздушного охлаждения, определяемая скоростью вращения вентилятора кулера процессора, должна зависеть от текущей температуры процессора.

Существует два основных способа динамического управления скоростью вращения вентиляторов, реализуемых на современных материнских платах: управление по постоянному току и управление с использованием широтно-импульсной модуляции напряжения.

Управление по постоянному току

При технологии управления по постоянному току (Direct Current, DC) меняется уровень постоянного напряжения, подаваемого на электромотор вентилятора. Диапазон изменения напряжения составляет от 6 до 12 В и зависит от конкретной материнской платы. Данная схема управления скоростью вращения вентилятора довольно проста: контроллер на материнской плате, анализируя текущее значение температуры процессора (через встроенный в процессор термодатчик), выставляет нужное значение напряжения питания вентилятора. До определенного значения температуры процессора напряжение питания минимально, и потому вентилятор вращается на минимальных оборотах и создает минимальный уровень шума. Как только температура процессора достигает некоторого порогового значения, напряжение питания вентилятора начинает динамически меняться, вплоть до максимального значения в зависимости от температуры. Соответственно меняются скорость вращения вентилятора и уровень создаваемого шума (рис. 2).

Рис. 2. Реализация динамического управления скоростью вращения вентилятора кулера процессора при изменении напряжения питания

Рассмотренная технология реализована на всех современных материнских платах — как процессоров Intel, так и процессоров AMD. Для ее реализации необходимо установить соответствующую схему управления в BIOS материнской платы и использовать трехконтактный вентилятор (отметим, что большинство процессорных кулеров являются именно трехконтактными): два контакта — это напряжение питания вентилятора, а третий контакт — сигнал тахометра, формируемый самим вентилятором и необходимый для определения текущей скорости вращения вентилятора. Сигнал тахометра представляет собой прямоугольные импульсы напряжения, причем за один оборот вентилятора формируется два импульса напряжения. Зная частоту следования импульсов тахометра, можно определить скорость вращения вентилятора. Например, если частота импульсов тахометра равна 100 Гц (100 импульсов в секунду), то скорость вращения вентилятора составляет 50 об./с, или 3000 об./мин.

Управление с использованием широтно-импульсной модуляции напряжения

Альтернативной технологией динамического управления скоростью вращения вентилятора кулера процессора является широтно-импульсная модуляция (Pulse Wide Modulation, PWM) напряжения питания вентилятора. Идея здесь тоже проста: вместо изменения амплитуды напряжения питания вентилятора напряжение подают на вентилятор импульсами определенной длительности. Амплитуда импульсов напряжения и частота их следования неизменны, и меняется только их длительность, то есть фактически вентилятор периодически включают и выключают. Подобрав частоту следования импульсов и их длительность, можно управлять скоростью вращения вентилятора. Действительно, поскольку вентилятор обладает определенной инертностью, он не может мгновенно ни раскрутиться, ни остановиться (рис. 3).

Рис. 3. Реакция вентилятора на импульс напряжения

Если длительность импульса напряжения (Ton) меньше характерного времени раскрутки вентилятора (Ton < Tраскр), а длительность промежутка времени, в течение которого на вентилятор не подается напряжение (Toff), меньше характерного времени останова вентилятора (Toff < Tост), то при подаче на вентилятор последовательности таких импульсов он будет вращаться с некоторой средней скоростью, значение которой определяется соотношением времен Ton и Toff (рис. 4).

Рис. 4. Управление скоростью вращения вентилятора при широтно-импульсной модуляции напряжения

Отношение времени Ton к периоду следования импульсов (Ton + Toff), измеряемой в процентах, то есть

называется скважностью импульсов. Если, к примеру, скважность составляет 30%, то время, в течение которого на вентилятор подается напряжение, составляет 30% от периода импульса.

Реализации широтно-импульсной модуляции напряжения вентилятора осуществляется с помощью PWM-контроллера на материнской плате, причем данный тип управления поддерживается только материнскими платами для процессоров Intel.

PWM-контроллер, в зависимости от текущей температуры процессора, формирует последовательность импульсов напряжения с определенной скважностью, однако это — еще не импульсы напряжения, которые подаются на электродвигатель вентилятора. Последовательность импульсов, формируемая PWM-контроллером, используется для управления электронным ключом (транзистором), отвечающим за подачу напряжения (12 В) на электродвигатель. Упрощенная схема управления скоростью вращения кулера показана на рис. 5.

Рис. 5. Схема управления скоростью вращения вентилятора при использовании PWM-сигнала

Кулеры, поддерживающие PWM-управление, должны быть четырехконтактными: два контакта необходимы для подачи напряжения 12 В, третий контакт — это сигнал тахометра, формируемый самим вентилятором и необходимый для определения текущей скорости вращения, а четвертый контакт используется для связи с PWM-контроллером.

Как уже говорилось, при широтно-импульсной модуляции напряжения для изменения скорости вращения вентилятора меняется скважность импульсов, но не частота их следования. Типичная минимально возможная скважность импульсов составляет 30%, а максимально возможная — 100%, что соответствует постоянному напряжению на вентиляторе. Частота следования PWM-импульсов составляет от 21 до 25 кГц (типичное значение 23 кГц), то есть в течение одной секунды вентилятор включается и отключается приблизительно 23 тыс. раз! На рис. 6 показан пример осциллограммы PWM-импульсов с частотой следования 25 кГц и скважностью 78%.

Рис. 6. Осциллограмма PWM-последовательности со скважностью 78% при частоте следования 25 кГц

Скважность PWM-импульсов определяется текущей температурой процессора. Если температура процессора ниже некоторого порогового значения, то скважность импульсов минимальна — следовательно, вентилятор будет вращаться на минимальной скорости и создавать минимальный уровень шума. При превышении температуры процессора порогового значения скважность импульсов начинает линейно меняться в зависимости от температуры, увеличиваясь вплоть до 100%. Соответственно и скорость вращения вентилятора, равно как и уровень создаваемого им шума, будет изменяться в зависимости от температуры процессора (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость скважности PWM-импульсов от температуры процессора

В заключение отметим, что, как и в случае с DC-технологией, для реализации PWM-управления скоростью вращения кулера необходимо активировать данный режим управления в BIOS материнской платы.

ШИМ УПРАВЛЕНИЕ КУЛЕРОМ С ТЕРМИСТОРОМ

Поскольку радиолюбителям часто нужен вентилятор для охлаждения мощных усилителей, зарядок и блоков питания, решено было создать небольшой проект для этого дела. Никто не любит шум от работы кулера, поэтому нужно использовать вентилятор, который будет отключаться когда он не нужен (температура радиатора невелика). Используя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), а не плавно меняющееся напряжение, можно точно контролировать скорость вращения вентилятора и увеличивать её при необходимости. Для реализации этого и соберем такую схему:

Тут использован преобразователь постоянного тока, а не линейный стабилизатор, чтобы снизить 24 В до 5 В, потому что линейный LM7805 слишком нагрелся бы, гася избыточное напряжение.

Используется компаратор с гистерезисом, чтобы определить начальную точку включения вентилятора, основываясь на показаниях температуры (в омах) термистора, который установлен на радиаторе. Данный термистор меняет сопротивление от 10К при комнатной температуре до примерно 5К, когда радиатор сильно нагревается.

Хитрость этой схемы заключается в том, что управляющее напряжение (CV) от таймера 555 используется для управления ШИМ. 555 генерирует импульсы и ширина импульса, а также частота, варьируются путем подачи напряжения на вход CV. Выход 555 идет на FET, который приводит в движение кулер.

Все работает очень хорошо, но от вентилятора немного слышна низкая частота следования импульсов, поэтому нужно было использовать C4 и C5, чтобы убрать этот звук. Правда у этой конструкции есть два недостатка:

1. Во-первых, нельзя регулировать на 100% ширину импульса. Минимум — около 30%, вентилятор вращается очень медленно, но максимум — около 70%.
2. Другим недостатком является то, что нельзя увеличить частоту импульсов выше частоты слышимости 20 кГц, потому что тогда влияние термистора на диапазон ШИМ значительно уменьшается.

Существуют специальные контроллеры двигателей, которые позволяют решить это, на их основе сделаны две разные схемы. Один для вентилятора на 12 В и один для вентилятора на 5 В постоянного тока. Микросхема TC648 работает очень хорошо и такой ШИМ-кулер является хорошим дополнением к мощному блоку питания.

После экспериментов решено было внести несколько изменений в схему. Сначала задействовать контакт VAS. В объяснении говорится, что для него необходимо установить порог автоматического выключения, но он также устанавливает порог включения.

Во-вторых, удалим резистор, который стоял параллельно термистору NTC. Также экспериментировали с C7, который устанавливает частоту и удаляет слышимые шумы на более низких скоростях. Это работало только с ограничением 10 нФ, но тогда ограничено регулируется скорость. Поэтому остановимся на использовании значения 1 мкФ.

И вот последняя версия схемы управления вентилятором:

В самом простейшем варианте можно задействовать такую схему, но её возможности конечно сильно ограничены.

Форум по обсуждению материала ШИМ УПРАВЛЕНИЕ КУЛЕРОМ С ТЕРМИСТОРОМ

Самодельный светодиодный драйвер для фотосъёмки с возможностью переключения цветовой температуры.

Классический фонарик со встроенным зарядным устройством можно неплохо улучшить, добавив пару микросхем и 18650 АКБ.

Обзор возможностей комплекта бесконтактного модуля считывателя карт RFID RDM6300. Подключение схемы и тесты.

Микроконтроллер ATtiny13 и MOSFet транзисторы будут управлять светодиодными лентами в этой схеме ЦМУ.