Universeller Lüfter-Regler für Computer

Für intern ungeregelte Lüfter, 12V DC (8-15V), bis 6 Watt.

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Ungeregelte Lüfter kosten nur etwa 25 DM gegenüber den Papst-Variofan, die bei etwa 55 DM liegen,
und haben eine erheblich höhere Luftleistung, was ein weiterer Vorteil ist.

Nachfolgend befinden sich:
Schaltplan, Layout Oberseite, Layout Unterseite (auch 3 Drahtbrücken möglich),
Bestückung Oberseite und Unterseite,
Formeln und weitere Hinweise.

Die reale SMD-Platine hat nur etwa die Größe eines 2Mark-Stückes.

Die Grafiken sind alle anklickbar, um Zugriff auf die Grafik-Dateien zu erlauben.
Die kleinen Bilder sind vom Browser skaliert und sehen nicht so exakt aus wie die Grafik-Dateien einzeln.
Die sichtbaren Bilder haben nur etwa 5KB bis 15KB Dateigröße.
 

Copyright © Helmut Schellong, Bad Salzuflen
Gewerbliche Verwendung der hier gezeigten Dokumentationen oder sonstige Verwertungen
mit Gewinnerzielungsabsicht sind nicht gestattet.

Zur Herstellung der Produktionsunterlagen wurde das CAD-System 'EAGLE' verwendet.

Größeres Image für besseren Laserdruck
 

Formeln:

               Rb
R1 = ------------------------
        Ub         Rb
       ----- ( 1 - -- ) - 1
       Ub-Ua       Ra

               Ub - Ua
U3 = Ub - ------------------
                    Rb
               1 -  --
                    Ra

U3 = Ur5-ic1_3
Ua = 1.9V
Ub = 3.25V
Ra = NTC-Widerstand bei unterer Temperatur (großer Wert)
Rb = NTC-Widerstand bei oberer Temperatur (kleiner Wert)

Rb/Ra darf maximal etwa 0.58 betragen, sonst wird R1 unendlich oder negativ.
Daraus folgt, daß der Temperaturbereich nicht beliebig klein gewählt werden kann.
Das ist abhängig von  Ua, Ub, NTC.

Praxiswerte mit einem NTC, R25=RT0=10k, B-Wert = 4000K :

Bereich [°C] |  R1 [kOhm]    U3 [V]
-----------------------------------
   18-55     |   3.97         1.46
   30-55     |   6.5          1.08
   30-52.5   |   8.41         0.955

Einige Werte des verwendeten NTC:
 

T [°C] | Rntc [kOhm] --------------------   18   |   13   20   |   12   24   |   10.4   30   |    8.5   40   |    5.7   45   |    4.7   50   |    3.85   55   |    3.22   60   |    2.75   65   |    2.35   70   |    2   75   |    1.72   80   |    1.52   90   |    1.33

Allgemeine NTC-Formel:

RT = RT0 · e ^ [ B (1/T-1/T0) ]

Die beiden Layouts ergeben Original-Größe, wenn sie mit 600x600 dpi² ausgedruckt werden.
Andernfalls muß dabei entsprechend skaliert werden.

Der kleine Leistungstransistor BD436 (Gehäuse TO126) kann mit einem Distanzbolzen M3 und einer Mutter mit der Platine verschraubt werden. Der Transistor mit der metallischen Kollektor-Platte zur Platine hin, damit der Bolzen kein Potential führt und durch ein Loch mit dem Computer-Gehäuse verschraubt werden kann. Idealerweise das Außengewinde des Bolzens vor der Montage mit Wärmeleitpaste beschmieren. Diese kleinen Kühlmaßnahmen sind bei einigen wenigen Watt Wärmeleistung erforderlich, denn das kleine Gehäuse einfach frei in der Luft reicht nicht aus. Die Verwendung eines Gewindeblockes bei aufrecht stehendem Transistor ist auch möglich, eine Isolierscheibe muß dann aber her.

Ich habe diesen Regler entwickelt und hergestellt, weil mein Netzteil-Lüfter gefilterte Luft in das Gehäuse
hineinbläst und hauptsächlich wegen der Filterung größere Leistungsreserven haben muß.
Außerdem ignoriert ein Meßpunkt im Netzteil sehr weitgehend die CPU-Temperatur.
Der NTC-Widerstand ist jetzt am passiven CPU-Kühlkörper angebracht.

Die Lüfter der Papst-Megafan-Serie lassen sich gut regeln.
Ich verwende die 80er-Typen  8412 NG und -NGH.
Bei einer Nennspannung von 12V haben sie ausdrücklich einen Betriebsspannungsbereich von 8-15V.
Sie laufen schon bei etwa 4V an; ich habe 7V als Mindestspannung festgelegt.

Der Lüfter dreht zumeist recht langsam und durch den Filter werden alle Geräusche stark vermindert,
so daß dieses abweichende Konzept letztlich fast nur große Vorteile hat.

Weiterführende Hinweise

Der dynamische Ausgangswiderstand beträgt etwa 0.1 Ohm.

NTC-Widerstände sind nicht linear, ihr Wert ändert sich mit steigender Temperatur immer schwächer.
Aber die Lüfter-Spannung, die hier geregelt wird, bewirkt eine etwa quadratisch steigende Luftleistung,
wodurch die Kurven annähernd zu einer Geraden resultieren.

Der im Vergleich zu einem ATX-Netzteil hochstabile Spannungsregler TL431 ist gewiß nicht unwichtig.
Eine Schwankung der Lüfterspannung von z.B. 7.90 V auf 7.95 V hört man sofort!

Als Konstanthalte-Regler ist diese Schaltungsvariante nicht geeignet.
Dazu müßte man zwei Operationsverstärker hintereinanderschalten.
Mit hoher Regelkreisverstärkung die CPU-Temperatur auf einem bestimmten Wert
festnageln zu wollen, macht auch keinen rechten Sinn und ist zu sehr auf diese eine Temperatur fixiert.

Es ist besser, den Drehzahlbereich des Lüfters den unteren 80% des möglichen Temperaturbereichs
zuzuordnen und somit eine Steigerung von beispielsweise 0.25 °C am CPU-Kühlkörper
pro Grad Umgebungstemperatursteigerung zuzulassen.
Auf diese Weise ist fast im gesamten Betriebstemperaturbereich des Computers eine Regelung aktiv,
die gegen jede Temperaturänderung ankämpft.

Diese Schaltungsvariante enthält keine besonderen Alarmeinrichtungen.
Man könnte Gelber Alarm geben, wenn die Regelung am Anschlag ist (Lüfter==12V),
und Roter Alarm, wenn Netzteil- oder CPU-Temperatur einen kritischen Wert erreichen.
Bei Roter Alarm kann der ATX-Power-Taster überbrückt werden, wodurch der Computer
ausgeschaltet wird.
Eine Überwachung der Lüfter-Drehzahl ist ziemlich unwichtig, denn der dreht weiter bei beliebiger
Behinderung des Luftstromes.  Als Zusatzinformation ist die Drehzahl aber durchaus sinnvoll.