You are here

Драйвер PWM для подключения 3-х контактного вентилятора к современным материнским платам

Драйвер PWM для подключения 3-х контактного вентилятора к современным материнским платам

Повышение вычислительных мощностей современных компьютеров приводит к увеличению потребляемой мощности, а следовательно, и тепловыделению их компонентов. Несмотря на постоянное усовершенствование технологии производства и внедрение разработок, призванных снижать энергопотребление, сохраняется баланс между желанием максимально улучшить характеристики системы и необходимостью в эффективном охлаждении. Настольные системы среднего и верхнего ценовых сегментов по-прежнему горячи, а значит, шумны, если применять самый простой и дешёвый способ охлаждения — обдув.
 И всё же, возможен компромисс, который позволит снизить шумовые эффекты, не подвергая электронные компоненты перегреву. Это динамически изменяемый объём прокачиваемого вентилятором системы охлаждения воздуха в зависимости от нагруженности охлаждаемого компонента. BIOS многих современных материнских плат позволяют управлять оборотами подключенных вентиляторов, созданы даже специальные программы, призванные следить за температурой, напряжениями и оборотами. Замечательный пример такой программы — SpeedFan.
 Классическая реализация изменения оборотов вентилятора предусматривает изменение питающего напряжения на питающем выводе. Этот старый как мир способ прост и надёжен, с ним работают все модели вентиляторов. Основной его недостаток — недостаточный КПД. На регулирующем транзисторе создаётся падение напряжения, что приводит к его разогреву и потреблению дополнительной энергии на этот разогрев. Раньше такое мало бы кого озаботило, однако современные тенденции по "озеленению" вычислительной техники вынуждают бороться за каждый потребленный ватт.
 Более прогрессивный метод управления оборотами использует постоянное неменяющееся значение напряжения, которое коммутируется с высокой частотой. В зависимости от скважности импульсов меняется так называемый коэффициент заполнения, благодаря которому на нагрузке образуется некое усреднённое значение напряжения, благодаря чему потребляемой мощностью нагрузки можно управлять, не тратя её (мощность) на потери в управляющем элементе. Посмотрите на рисунок:

Драйвер PWM осциллограма

Напряжение питания Vmax является постоянным во времени, напряжение же на выходе Vcp усреднённое и изменяется в зависимости от порядка следования импульсов. Главное достоинство такой системы регулирования мы уже выяснили. Это экономичность.
 Теперь о недостатках. Как и всякое прогрессивное решение, оно требует дополнительного усложнения схемы управления. В данном случае требуется ШИМ (от Широтно-Импульсная Модуляция) контроллер, генерирующий сигнал нужной формы. В зарубежных источниках этот термин обозначен как PWM.
 Кроме того, обычные вентиляторы с тремя контактами теперь не подходят, поскольку не умеют управляться сигналом от ШИМ контролера. Самое большее, на что они способны, будучи подключенные к 4-х контактному разъёму — вращаться с постоянными оборотами, пользуясь лишь питающим напряжением, как в классической схеме.
 Значит, нужны вентиляторы, имеющие дополнительный контакт управления сигналом PWM. Выбор их, как правило, меньший, а цена на них выше. Кроме того, существуют модели систем охлаждения, имеющие "эксклюзивные" вентиляторы, которым трудно подобрать 4-х контактный аналог.
 Итак, мы подвели вас к необходимости разработке согласования новой системы управления оборотами на базе PWM и классических 3-х контактных вентиляторов.
 В результате изучения схем, представленных в сети Интернет, имеющихся комплектующих и ряда экспериментов была разработана схема преобразования управляющего PWM сигнала в изменяющееся напряжение питания:

схема драйвер PWM  

По-сути, это драйвер, т.е. усилитель тока. MOSFET был найден на сломанной материнской плате. Выходной транзистор — отечественный биполярный. Подойдут любые аналогичные транзисторы подходящей мощности и проводимости. Сопротивление в эмиттерной цепи повышает скорость закрывания, что обеспечивает форму тока с более крутыми фронтами и спадами, т.к. это благоприятно сказывается на экономичности.
Для наглядности, приводим внешний вид разъёмов с обозначением контактов:

FAN pinout 3 pin

FAN pinout 4 pin

В качестве 4-х контактного разъёма подойдёт разъём питания FDD:

fdd power connector

Направляющую посередине следует срезать или оплавить для лучшей совместимости с ответной частью на материнской плате.

 Конструктивное исполнение может быть любым, позаботьтесь только о надёжности монтажа и предотвращении короткого замыкания с блоками компьютера.

PWM driver without cover large

Мы выполнили схему навесным монтажом в миниатюрном пластмассовом корпусе с последующей пропиткой клеем для повышения надёжности. Снаружи корпуса установлен разъём для запитки вентилятора.

PWM driver without cover

Через отверстие выведен жгут из 4-х проводов с разъёмом на конце для подключения к материнской плате.

 

PWM driver assembled

Конструкция имеет хорошую повторяемость и надёжность. Было изготовлено 6 экземпляров, с большими промежутками во времени. При правильном монтаже и исправных компонентах все устройства начали работать сразу и остаются исправными по сей день.

PWM driver assembled

 

Рубрика: 

Комментарии

Добавить коментарий

0