Esipuhe

Koulussa oli keväällä 2010 elektroniikan perusteet -niminen kurssi, jonka puitteissa jokaisen kurssille osallistuneen piti tehdä harjoitustyönä jokin pieni elektroniikkalaite. Lähtökohtaisesti sen piti olla jokin valmis rakennussarja, mutta jonkin verran elektroniikkaa harrastaneelle sellainen olisi ollut liian helppo. Sitä paitsi ELFA:n tuoteluettelosta ei oikein edes löytynyt mitään mielenkiintoista pientä kytkentää rakennettavaksi. Oppilaitoshan rakennussarjan maksoi, joten kovin kallis se ei olisi saanut olla. Tästä syystä päätin itse keksiä jotakin muuta. Mielessä oli jo pidempään ollut rakentaa säädin, jolla pystyisi ohjaamaan yhtäaikaa kaikkia tietokoneen tuulettimia.

 

 

Tutkimaan ja tekemään

Säädin olisi ollut helpoin toteuttaa vaikkapa tällaisella transistorikytkennällä tai tällaisella regulaattorikytkennällä, mutta päätin itse kuitenkin toteuttaa säätimen PWM:llä, eli pulssinleveysmodulaatiolla. Kun esim. lineaariregulaattorilla säädetään jännite puoleen alkuperäisestä syöttöjännitteestä, se tarkoittaa että "ylimääräinen" teho porotetaan lämpöenergiana taivaalle. Pulssinleveysmodulaatiossa taas pulssisuhdetta (ON/OFF) muutellaan niin että saadaan ulostuloon haluttu keskiarvo. Esimerkiksi, jos haluamme ajaa laitetta puolella jännitteellä, säädetään pulssisuhde niin että signaali on puolet ajasta päällä ja toisen puolen ajasta pois päältä. Kun tällaista sykliä toistetaan riittävän suurella taajuudella, lopputuloksena saadaan haluttu jännite.

 

Tällainen yksinkertainen PWM-säädin on kaikkein luontevinta toteuttaa kaikille tutun 555-ajastinpiirin avulla. Kytkentäesimerkkejä löytää googlella helposti laittamalla hakusanoiksi "555 pwm". Itse valitsin Dallas Personal Robotics Groupin sivuilla olevan vaihtoehdon, jota hieman muokkasin. Kyseisessä esimerkissä oli kytkentätaajuutena 144Hz, joka osuu ihmisen kuuloalueelle. Eräs PWM:n huonoista puolista on, että se aiheuttaa joskus häiriöitä. Tässä tapauksessa olisi ohjattavasta laitteesta saattanut kuulua ujellus tuolla kytkentätaajuudella. Tämän vuoksi päätin nostaa kytkentätaajuutta hieman yli 23 kilohertsiin, jota ihminen ei enää kuule. Taajuuden nosto oli helpointa toteuttaa kondensaattorin C1 arvoa muuttamalla. DPRG:n sivuilta löytyy kaava, (1,44/(R1*C1)) jonka avulla on helppo laskea tarvittava kondensaattorin arvo kun potentiometrin R1 (100 kilo-ohmia) arvo pidetään entisellään. Kondensaattorin arvoksi tulee 23 kilohertsin tapauksessa noin 630 pikofaradia. Huomaa että kaavassa arvot ovat perusmuodoissaan, resistanssi ohmeina ja kapasitanssi faradeina. Tuloksena saadaan hertsejä. Tässä vaiheessa kannattaa myös varmistua, että diodit D1 ja D2 ovat nopeita diodeja (schottkyja), sillä esim. monesti vastaantulevat 1N400x-diodit eivät noin suuressa taajuudessa pysy mukana. Kytkentään kannattaa myös lisätä ajettavan kuorman rinnalle (kytkentäkaaviossa M1) varmuuden vuoksi ns. snubber-diodi. Diodi kytketään estosuuntaisesti, eli virta ei normaalisti kulje sen läpi, mutta sen tehtävänä on suojata ohjauspiiriä (induktiivisessa) kuormassa syntyviltä jännitepiikeiltä. Tästä ilmiöstä löytyy tietoa esim Wikipediasta. Muilta osin komponenttien arvojen ei tarvitse olla täysin esimerkissä mainitut, riittää kun ovat ainakin melkein kohdallaan. Kun yllämainitut muutokset on tehty niin ei muuta kuin kasaamaan kytkentää verolevylle. Itse tein niin että otin palasen verolevyä jonka keskelle juotin 555-piirin ja sommittelin sitten muut komponentit tämän ympärille. Potentiometrin laitoin lyhyen johdon päähän, syöttöjohdoksi pistin vanhasta tietokonetuulettimesta irroitetun johdon, jossa on molex-liitin päässä, että käyttösähkön piirille voi ottaa suoraan tietokoneen virtalähteestä. Samaa johtoa pitkin tulee myös käyttösähkö tuulettimille, joita varten kiinnitin kytkentään neljä kappaletta 3-pinnisiä liittimiä, joihin normaalit tietokonetuulettimet voi kiinnittää. Pinneistä se RPM-nasta jää tietysti käyttämättä koska kytkentää ei tuulettimen kierrosluku kiinnosta. Lopuksi istutin kytkennän pieneen muovikoteloon, jonka jälkeen se oli valmis asennettavaksi tietokoneeseen.
schematics by DPRG.org

 

Paikalleen tietokoneeseen

Säätimen potentiometriä varten tein reiän yhteen 5.25-tuuman asemapaikan etulevyyn johon potikan kiinnitin. Säädin itsessään lepäilee vapaasti DVD-aseman alapuolella. Sitten vain tuulettimet (3 kpl, prossu, näyttis ja kotelo) säätimeen kiinni ja molexista virrat säätimelle. Ja hienosti pelaa. Kun kaikkien tuulettimien jännitettä säädetään samasta potikasta, on ensiarvoisen tärkeää että tuulettimet ovat jos eivät täysin identtisiä niin ainakin sellaisia, että niiden maksimikierrosluvut ovat suurin piirtein samoja (sanotaan +-200RPM). Jos maksimikierrosnopeuksissa on suuria eroja, käy niin että siinä vaiheessa kun hitaampi tuuletin käy vaikkapa 800RPM, saattaa nopeampi tuuletin käydä vielä yli 1000RPM ja silloinhan koko säädön idea koneen hiljentämisestä vesittyy.

 

Oman koneeni tuulettimet eivät identtisiä ole, itse asiassa kaikki kolme ovat erilaisia. Prossulta löytyy Noctua NF-P12 1300RPM, näyttikseltä Akasa AK-183-L2B (Amber), 1400RPM ja kotelotuulettimena Arctic Cooling Arctic F12 PWM, 1350RPM. Maksimikierrosnopeuksissa ei kuitenkaan ole suurta eroa joten nuo tulevat hyvin toimeen keskenään. Kotelotuulettimena oli tätä ennen Antecin tricool jonka tilalle siis vaihdoin tuon Arctic Coolingin.

 

Tuulettimien aiempi konfiguraatio oli sellainen, että emo sääteli prossutuuletinta parhaansa mukaan (idlenä noin 700RPM), tricool oli omalla kytkimellään low-asennossa ja näyttiksen tuuletin puhalsi täysillä kierroksilla, se kun oli kiinni emon power fan-liittimessä, jossa ei ollut lämpötilaohjausta. Vaikkei kone noillakaan säädöillä mikään hirmu äänekäs ollut, niin oli silti vähän hassua että osa yksi tuuletin pyörii minimikierroksilla ja toinen täysillä.

 

Nyt kaikki säätyvät siis yhtä potikkaa kääntämällä samaan jännitteeseen. Säätö tehdään korvakuulolta. Se tuossa PWM-ohjauksessa on huono juttu, ettei emo pysty lukemaan tuulettimen kierrosnopeuksia koska tuulettimet ovat osan ajasta ikään kuin "sammutettuina". Mitä noihin tuulettimiin muuten tulee niin Noctua nyt on tietysti omaa luokkaansa ja se myös maksaa. Akasa ei ole halvimmasta päästä ja ainakin noissa ambereissa laatu vaihtelee. Tuo näyttiksessä oleva on ihan kelpo kappale, mutta itsellä on toinenkin amber ja se rahisee/rallattaa ikävästi jos sitä ajaa säästöliekillä. Täydellä kaasulla toimii ilman ylimääräisiä ääniä. Tuota Arctic Coolingia sen sijaan voin suositella. On Akasaa muutaman euron halvempi ja toimii hienosti ja hiljaisesti koko kierrosalueen läpi.

Etusivulle