ШИМ и термистор: умное управление вентиляторами для охлаждения систем

Преимущества использования ШИМ для управления вентилятором

В современных электронных системах эффективное управление температурой является важным аспектом для поддержания оптимальной работы компонентов и увеличения их срока службы. Одним из самых распространенных методов управления скоростью вентиляторов является использование ШИМ (широтно-импульсная модуляция). В этой статье мы рассмотрим, что такое ШИМ, его преимущества для вентиляторов и как термисторы помогают в определении температуры с помощью формулы Штейнхарта-Харта.

Что такое ШИМ?

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — это метод управления электрическими устройствами, который позволяет регулировать их мощность за счет изменения соотношения времени включения к общему циклу сигнала. В контексте вентилятора это означает, что вместо постоянной подачи напряжения вентилятор получает серию импульсов с различной шириной. Чем шире импульс (то есть больше коэффициент заполнения), тем быстрее вращается вентилятор. Таким образом, ШИМ позволяет точнее управлять скоростью вращения вентилятора, обеспечивая оптимальное охлаждение и экономию энергии.

Зачем использовать ШИМ для вентиляторов?

Основное преимущество использования ШИМ для вентиляторов заключается в его эффективности и гибкости. Когда температура в системе увеличивается, вентилятор может работать на более высоких оборотах для обеспечения максимального охлаждения. При этом, когда температура низкая, вентилятор может работать на минимальных оборотах или вообще отключаться, снижая шум и потребление электроэнергии. Это особенно полезно в компьютерах, системах охлаждения электроники, а также в промышленных установках.

Как работает термистор и формула Штейнхарта-Харта

Для управления скоростью вентилятора в зависимости от температуры используется термистор NTC (негативный температурный коэффициент). Термистор — это пассивный компонент, чье сопротивление меняется в зависимости от температуры. У термисторов NTC с увеличением температуры сопротивление уменьшается. Чтобы точно измерить температуру через термистор, используется формула Штейнхарта-Харта.

Формула Штейнхарта-Харта позволяет преобразовать измененное сопротивление термистора в значение температуры. Она выглядит так:

где:

T — температура в Кельвинах,
R — сопротивление термистора,
A, B и C — коэффициенты, которые зависят от характеристик термистора.

В случае применения данной формулы в микроконтроллерах Arduino используется упрощенный вариант, который позволяет рассчитывать температуру для NTC термисторов с фиксированным бета-коэффициентом.

Нам понадобится:

Arduino Nano – код товара: 1252
Термистор NTC 10к – код товара: 1362
Резистор 10к – код товара: 5140
MOSFET модуль IRF520 – код товара: 1224
Нагрузка, вентилятор – код товара: 1467
Дюпоны для соединения – код товара: 1253

Схема подключения:

На практике это выглядит так:

Пример кода для управления вентилятором через ШИМ

Вот пример кода для управления вентилятором в зависимости от температуры с использованием ШИМ и термистора NTC: Ссылка на код

В коде можно настроить:

Пример кода	Объяснение
`if (temperature > 60) { analogWrite(fanPin, 255); // 100% }`	Если температура с датчика выше 60ºС, то обороты вентилятора 100%
`else if (temperature > 50) { analogWrite(fanPin, 200); // 80% }`	Если температура с датчика выше 50ºС, то обороты вентилятора 80%
`else if (temperature > 40) { analogWrite(fanPin, 150); // 60% }`	Если температура с датчика выше 40ºС, то обороты вентилятора 60%
`else if (temperature > 30) { analogWrite(fanPin, 100); // 40% }`	Если температура с датчика выше 30ºС, то обороты вентилятора 40%
`else { analogWrite(fanPin, 0); // Вентилятор выключен }`	Если температура с датчика ниже 30ºС, то вентилятор выключен

В этом коде используется термистор для определения температуры. В зависимости от её значения вентилятор управляется через ШИМ сигнал на пине 5, что изменяет скорость вращения вентилятора. Таким образом, вентилятор будет работать только тогда, когда это необходимо, экономя электроэнергию и снижая шум.

Выводы

ШИМ управление вентиляторами является эффективным методом регулирования скорости вращения в зависимости от температуры. Это обеспечивает оптимальное охлаждение, увеличивает срок службы электронных компонентов, снижает уровень шума и позволяет экономить электроэнергию. Использование термисторов и формулы Штейнхарта-Харта позволяет точно измерять температуру и адаптировать работу вентилятора под условия системы. Кстати, это можно интегрировать сюда.

Также это можно добавить к усилителю звука и любому устройству, где необходимо охлаждать радиатор. Удачи в разработке вашего проекта вместе с myproject.com.ua.

Автор: Ardu_miha

05 октября (12:27)