ШІМ та термістор: розумне керування вентиляторами для охолодження систем

Переваги використання ШІМ для керування вентилятором

У сучасних електронних системах ефективне управління температурою є важливим аспектом для збереження оптимальної роботи компонентів та збільшення їхнього терміну служби. Одним із найпоширеніших методів керування швидкістю вентиляторів є використання ШІМ (широтно-імпульсна модуляція). У цій статті ми розглянемо, що таке ШІМ, його переваги для вентиляторів та як термістори допомагають у визначенні температури за допомогою формули Штейнхарта-Харта.

Що таке ШІМ?

ШІМ (широтно-імпульсна модуляція) – це метод керування електричними пристроями, який дозволяє регулювати їхню потужність за рахунок зміни співвідношення часу увімкнення до загального циклу сигналу. У контексті вентилятора це означає, що замість постійного подавання напруги, вентилятор отримує серію імпульсів з різною шириною. Чим ширший імпульс (тобто більший коефіцієнт заповнення), тим швидше обертатиметься вентилятор. Таким чином, ШІМ дозволяє точніше керувати швидкістю обертання вентилятора, забезпечуючи оптимальне охолодження та економію енергії.

Для чого використовувати ШІМ для вентиляторів?

Основна перевага використання ШІМ для вентиляторів полягає в його ефективності та гнучкості. Коли температура в системі збільшується, вентилятор може працювати на більш високих обертах для забезпечення максимального охолодження. При цьому, коли температура низька, вентилятор може працювати на мінімальних обертах або взагалі вимкнутись, зменшуючи шум і споживання електроенергії. Це особливо корисно в комп'ютерах, системах охолодження електроніки, а також у промислових установках.

Як працює термістор та формула Штейнхарта-Харта

Для керування швидкістю вентилятора залежно від температури використовується термістор NTC (негативний температурний коефіцієнт). Термістор – це пасивний компонент, чий опір змінюється залежно від температури. У термісторів NTC зі зростанням температури опір зменшується. Щоб точно виміряти температуру через термістор, використовується формула Штейнхарта-Харта.

Формула Штейнхарта-Харта дозволяє перетворити змінений опір термістора в значення температури. Вона виглядає так:

де:

T – температура в Кельвінах,
R – опір термістора,
A, B і C – коефіцієнти, що залежать від характеристик термістора.

У випадку застосування даної формули в мікроконтролерах Arduino, використовується спрощений варіант, який дозволяє розраховувати температуру для NTC термісторів з фіксованим бета-коефіцієнтом.

Нам знадобиться:

Arduino Nano – код товару: 1252
Термістор NTC 10к – код товару: 1362
Резистор 10к – код товару: 5140
MOSFET модуль IRF520 – код товару: 1224
Навантаження, вентилятор – код товару: 1467
Дюпони для з'єднання – код товару: 1253

Схема підключення:

На практиці це виглядає так:

Приклад коду для керування вентилятором через ШІМ

Ось приклад коду для керування вентилятором залежно від температури з використанням ШІМ та термістора NTC: Лінк коду

У коді можна налаштувати:

Приклад коду	Пояснення
`if (temperature > 60) { analogWrite(fanPin, 255); // 100% }`	Якщо температура з датчика вище 60ºС, то оберти вентилятора 100%
`else if (temperature > 50) { analogWrite(fanPin, 200); // 80% }`	Якщо температура з датчика вище 50ºС, то оберти вентилятора 80%
`else if (temperature > 40) { analogWrite(fanPin, 150); // 60% }`	Якщо температура з датчика вище 40ºС, то оберти вентилятора 60%
`else if (temperature > 30) { analogWrite(fanPin, 100); // 40% }`	Якщо температура з датчика вище 30ºС, то оберти вентилятора 40%
`else { analogWrite(fanPin, 0); // Вентилятор вимкнений }`	Якщо температура з датчика нижче 30ºС, то вентилятор вимкнений

У цьому коді використовується термістор для визначення температури. Залежно від її значення, вентилятор керується через ШІМ сигнал на піні 5, що змінює швидкість обертання вентилятора. Таким чином, вентилятор працюватиме тільки тоді, коли це потрібно, економлячи електроенергію та зменшуючи шум.

Висновки

ШІМ управління вентиляторами є ефективним методом регулювання швидкості обертання залежно від температури. Це забезпечує оптимальне охолодження, збільшує термін служби електронних компонентів, зменшує рівень шуму та дозволяє економити електроенергію. Використання термісторів та формули Штейнхарта-Харта дозволяє точно вимірювати температуру та адаптувати роботу вентилятора під умови системи. До речі, це можна інтегрувати сюди.

Також можна додати це до підсилювача звуку та будь-якого пристрою, де потрібно охолоджувати радіатор. Успіхів з розробленням свого проєкту разом з myproject.com.ua.

Автор: Ardu_miha

05 жовтня (12:27)