Термореле для вентилятора охлаждения

стабилизаторы, преобразователи, датчики и автоматика
Post Reply
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2201
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Термореле для вентилятора охлаждения

Post by UR5FFR »

Термореле это наверное такой велосипед, который каждый изобретает из того что есть в тумбочке по своему вкусу :)
Порылся в своей тумбочке - есть терморезисторы разные, NTC, но придется что-то мудрить с прикручиванием их к радиатору и обеспечению хорошего теплового контакта.

Нашел LM35 в корпусе TO-220 - то что доктор прописал :) На выходе 10мв/С. Итого при 55С-60С на выходе 550-600мв что достаточно для открывания транзистора управляющего вентилятором. Управляющий транзистор pnp с коллектором на корпусе так же непосредственно устанавливается на радиатор. Для перфекционистов можно установить диод параллельно вентилятору. Но работает и без него. Итого схема из 3-4 деталей не требующая настройки.
ur5ffr_fan_controller_1.png
ur5ffr_fan_controller_1.png (48.45 KiB) Viewed 5356 times
Что важно в данной схеме - датчик и выходной транзистор крепятся на радиатор без изолирующих прокладок. Управление вентилятором полностью электронное - отсутствуют контакторы и реле. С выхода LM35 можно снять сигнал на ардуино или еще куда-то и вывести температуру на индикатор/дисплей.
2N4401 можно заменить на любой кремниевый npn проводимости с h21 не менее 100, вместо BD140 можно применить КТ814/КТ816
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2201
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: Термореле для вентилятора охлаждения

Post by UR5FFR »

Повысить температуру срабатывания в данной схеме очень просто - необходимо на выходе LM35 поставить делитель из двух резисторов, либо вообще только один резистор на базу 2N4401. А вот понизить температуру срабатывания ниже 58С не получится, так как это связано с порогом открывания кремниевого транзистора. Конечно можно порыться в чулане и найти германий, МП37 например, но "это не наш метод" :)

Если внимательно дочитать даташит по LM35 то среди типовых схем применения есть схема инверсии выходного напряжения. На следующем рисунке она слева. В ней при повышении температуры растет напряжение относительно плюса источника питания.
lm35_internals.png
Чтобы понять как она работает посмотрим на внутренности LM35 справа. Сама LM35 потребляет очень маленький ток. Если мы ее выход нагрузим на сравнительно низкоомный резистор, то потребляемый ею ток будет практически полностью зависеть от температуры. Включив в разрыв положительного провода питания резистор, мы преобразуем этот ток в напряжение относительно плюса источника питания.

Кроме инверсии выхода эта схема позволяет изменять коэффициент преобразования температуры в напряжение. А именно это нам и надо.
ur5ffr_fan_controller_2.png
ur5ffr_fan_controller_2.png (48.09 KiB) Viewed 5357 times
В этой схеме датчик тока R2 больше чем R1. Это вызывает открывание транзистора при более низкой температуре. Схема включает вентилятор при 51С и выключает при 42С. Выключение происходит плавно снижением оборотов до полной остановки вентилятора. Но это приводит к увеличению рассеиваемой мощности на транзисторе. Схема может использоваться для управления маломощными вентиляторами, в противном случае транзистор необходимо установить на отдельный радиатор, либо на охлаждаемый, но через изоляционную прокладку, так как у BD140 коллектор соединен с корпусом.

Чтобы снизить рассеиваемую мощность на транзисторе его необходимо перевести в ключевой режим работы и уменьшить падение напряжения на нем. Для этих целей очень хорошо подходят мощные полевые транзисторы, которые имеют высокую крутизну управления и малое сопротивление канала в открытом состоянии.
Получается следующая схема
ur5ffr_fan_controller_3.png
ur5ffr_fan_controller_3.png (55.66 KiB) Viewed 5357 times
BD140 заменен на маломощный BC556 или любой другой pnp проводимости. MOSFET использован ноунейм из китайской перемаркировки. Емкость затвора 3.3nF, пороговое 3.5в. Можно ставить любой n-канальный мощный MOSFET.

При указанных на схеме номиналах вентилятор включается при 39C и выключается при 38C. Режим работы выходного транзистора - ключевой. Если изменять номинал R2 то можно получить другую температуру срабатывания.

R2=330 - 39С/38С
R2=248 (330 || 1k) - 51C/50C
R2=220 - 56С/55С

Во всех случаях гистерезиса практически нет - он составляет 1C, что слишком мало. Гистерезис достаточно легко ввести в схему добавив всего один резистор
ur5ffr_fan_controller_4.png
ur5ffr_fan_controller_4.png (57.83 KiB) Viewed 5357 times
R2 из двух резисторов 330 и 1k, включенных параллельно. Изменяя значение R4 можно изменять температуру выключения вентилятора. При этом температура включения остается неизменной.

R4=22k - 51C/40C
R4=33k - 51C/44C
R4=47k - 51C/46C
R4=68k - 51C/48C

В этой схеме, как и в предыдущей, выходной транзистор работает в ключевом режиме с минимальной рассеиваемой мощностью и радиатора не требует.

Если надо чтобы при передаче вентилятор включался независимо от температуры, то достаточно на затвор полевого транзистора подать через резистор положительное напряжение так, чтобы он открылся. Тогда при переходе в режим приема вентилятор будет работать до тех пор пока температура не снизится ниже пороговой.
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2201
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: Термореле для вентилятора охлаждения

Post by UR5FFR »

Хорошо когда в тумбочке есть LM35. А если нет? Тогда будем мастерить термореле из говна и палок того что есть под руками. Так как датчик должен надежно крепиться к радиатору без всяких там термоклеев и прочих прокладок то логично использовать переход транзистора. Возьмем pnp транзистор BD140 и включим его по схеме аналога стабилитрона. При этом мы увеличим температурный градиент который у pn-перехода равен 2мв/С во столько раз, во сколько раз выше напряжение стабилизации нашего аналога стабилитрона чем падение напряжения на pn-переходе. Далее нам надо это напряжение сравнить с образцовым с помощью компаратора и выработать сигнал управления выходным транзистором. Но использовать в таком простом устройстве ОУ совершенно не хотелось. Тем более что есть очень распространенный стабилизатор TL431, который совмещает в себе и компаратор и ИОН.
ur5ffr_fan_controller_5.png
ur5ffr_fan_controller_5.png (59.13 KiB) Viewed 5342 times
В исходном состоянии TL431 открыт и напряжение на его катоде равно 1.8в-1.9в. При увеличении температуры ток через BD140 увеличивается, напряжение на управляющем электроде TL431 уменьшается и он закрывается. При этом напряжение на его катоде увеличивается практически до напряжения питания.

Чтобы использовать перепад напряжения 1.8в-Vcc выбран MOSFET с высоким пороговым напряжением 3.5в.
Резистором R1 регулируется порог срабатывания. Резистор R4 добавляет гистерезис.
При указанных номиналах и выставленном пороге срабатывания в 50С отпускание происходит при 44С.

Выходной транзистор в данной схеме работает в ключевом режиме и рассеиваеимая на нем мощность минимальна - радиатор ему не нужен.
UR5VCP
Posts: 196
Joined: 05 Mar 2020, 15:18
Позывной: UR5VCP

Re: Термореле для вентилятора охлаждения

Post by UR5VCP »

Понравилась схема с ТЛкой в качестве порогового элемента, но не понравилось искать место под транзистор датчика температуры. Ставить с внешней стороны радиатора как то не вариант, а под платой места нету. Решил попробовать терморезистор (капелька черная, можно любой от 3к до 10к). Терморезистор был обмазан термоклеем, и встал под один из эмитерных выводов КТ960А, таки образом прекрасно отслеживая малейший нагрев транзистора. По хорошему надо бы или между транзисторами, или посадить два резюка впаралель, каждому транзистору, но думаю и то и то будет лишним, ибо правильно подобранный каскад и греться будет одинаково.
Сигнал ТХ от ардуины даже не пришлось подключать, при нажатии тональника и мощности 20ватт вертилятор включается через секунд 10, и отключается гдето около 20-30 сек после отпускания кнопки. При рабочей мощности 70ватт будет дольше крутить, ибо греет там посильнее )
cooler.jpg
Верхним переменным резистором выставляем порог, нижний это у меня замена терморезюка (для симулятора). Нагрузку (вентилятор от компового БП) коммутируют два включеных впараллель транзистора 2N7000, там и одного хватит, но пусть, у меня их есть. При сработке там падает 0,2В на них.
В зависимости от сопротивления терморезистора возможно придется подобрать подстроечник регулировки порога, у меня 50килоом, при терморезисторе 5К.
R3 опеределяет гистерезис, подбирал под свой вкус ) Схемка очень чувствительная получилась :)
coolerpcb.jpg
UY5AU
Posts: 14
Joined: 19 Dec 2023, 20:08
Позывной: uy5au

Re: Термореле для вентилятора охлаждения

Post by UY5AU »

Добрый день Андрей.
В схемах выше, вроде как ошибки в распиновках LM35, выход у нее 2-я нога, а земля 3-я.
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2201
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: Термореле для вентилятора охлаждения

Post by UR5FFR »

Это если она в корпусе ТО-92. А в корпусе ТО-220 все именно так как у меня на схеме. Я использую именно в таком корпусе - удобно прикручивать к радиатору
Post Reply