3.4 Temperaturgeregelte Lüftersteuerung

Wenn die PA mit Kühlkörper im Gehäuse eingebaut werden soll, muss ein Lüfter her. Leise soll er sein und nur dann laufen, wenn es tatsächlich nötig ist. Leise Lüfter gibt es als PC-Zubehör. Große Lüfter arbeiten leiser als kleine. Verwendet wurde ein 92 mm Xilence Case Fan. Der gibt bei der Maximaldrehzahl von 1.800 U/min bei nur 19 dB Geräuschentwicklung eine Menge heiße Luft von sich.

Nun muss der Lüfter nicht immer mit voller Dröhnung laufen. Also muss eine temperaturabhängige Regelung her. Das ginge sehr vornehm mit einem Microcontroller und Pulsbreitenmodulation (PWM). Der genannte Lüfter wäre dazu geeignet. Es geht aber auch einfacher, auf die altmodische analoge Tour. Da ich das Rad nicht wieder neu erfinden wollte, habe ich eine Anleihe aus dem Internet genommen [1]. Die leicht modifizierte Schaltung zeigt Abb. 3.4.1.

Fan control Schaltung

Abb. 3.4.1: Schaltung der temperaturgeregelten Lüftersteuerung

Der NTC, R1, R3, R4 und P1 bilden eine Messbrücke, deren Spannungsdifferenz der OpAmp auswertet und verstärkt, um damit den P-Channel MOSFET auf- oder zuzusteuern. Bei Temperaturänderungen bringt der NTC die Messbrücke aus dem aktuellen Gleichgewicht. Der temperaturabhängige Widerstand ist nach Vishay-Datenblatt nachfolgend dargestellt:

NTC 0,2 10k Diagramm

Abb. 3.4.2: Berechneter Widerstandsverlauf des NTC 0,2 10k

Die Berechnung erfolgte mit der im Datenblatt (im Download) angegebenen Formel und den zugehörigen Parametern A bis D (B25/B85-Wert für den NTC 0,2 10k: 3977)

R(T)-Formel

mit Excel, im Download.

Mit dem Trimmer P1 wird die Temperatur eingestellt, bei der der Lüfter starten soll. Mit P2 als Mitkopplung zwischen Drain (Ausgang) und nicht invertierendem Eingang des OpAmp lässt sich die Hysterese zwischen "Lüfter Ein" und "Lüfter Aus" einstellen (Komparator mit Hysterese).
Mit R5 + P2 = 47k ist die Breite der Hysteresis ca. 2V, d.h. U-NTC muss um 2 V unter die Einschaltschwelle fallen, damit wieder ausgeschaltet wird.
Bei R5 + P2 = 297k ist die Breite nur noch 0,3 V, d.h. der Lüfter schaltet an der Schaltschwelle öfter ein und aus.

Das RC-Glied R3/C1 bringt nach dem Einschalten durch ein langsames Aufladen von C1 (hier ca. 0,5 sec) die Brücke kurzzeitig aus dem Gleichgewicht, so dass der Lüfter mit erhöhter Spannung sicher anläuft. Die gängigen Lüfter haben eine minimale Anlaufspannung von ca. 5 bis 7 V.

Der Einstellbereich von P1, hier 30 °C bis 60°C, ist anhand der berechneten Widerstandswerte des NTC aus dem Spannungsteiler R1 / NTC für den Spannungsteiler R3 / R4 und P1 festgelegt.

Es stehen drei Platinenversionen im Download zur Verfügung:

  1. IRFR5305 (DPAK) mit liegenden Trimmern (PIHER 6 mm).
  2. IRFR5305 (DPAK) mit stehenden Trimmern (PIHER 6 oder 10 mm).
  3. IRF5305 (TO220)  mit stehenden Trimmern. Dieser MOSFET war gerade vorhanden.

Bringt man die Platine an der Lüfterseite an, sind die stehenden Trimmer von Vorteil.

Referenz

[1] http://www.majer.ch/electronics/FanController/AnalogTemperatureControl/