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2008.09.24
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カテゴリ:電子工作
4 Pin PWM FAN 信号を 3 Pin Fan 信号に変換する回路を組み立てて稼働開始した。前の日記で感じたいやな予感の通り問題が多かった。

4Pin PWM Fan 信号を 3Pin Fan 信号に変換する基板 - 周りを廻っているケーブルはマザーボードの4Pin 信号へ繋ぐ線、左上が  12V 電源コネクタ、右上が 3Pin Fan 信号出力、下の半固定抵抗は最小出力電圧設定用で回路では PWM 信号とオフセットを加算している部分である

回路図(このリンクは LTspice ソース込み)は次の通りだ。TL431 と LF347 は図形シンボルだけ添付した。モデルは TI のサイトから取得してほしい。下の図はクリック(外部リンク)すると拡大する。

4Pin PWM Fan 信号を 3Pin Fan 信号に変換する基板 - クリックすると拡大(外部リンクです)、左上が過電流検出、上真中がレギュレータ出力・ドライブ・エラーアンプ、右上がフィードバック、左下が中点電圧発生、右下が最小電圧加算・PWM 信号平均化
PDF ファイル

シミュレート用の回路は付けたままにした。全体の電源 V2 は 4Pin HDD 電源コネクタから +12V を確保した。Vfanpwm の処に Mother Board の 4Pin Fan Connector の 4Pin 目(PWM 信号)を接続する。Q2 は PWM 出力の Open Collector を模擬するためにある(当然実回路には入っていない)。R21, R22 は半固定抵抗で実装してある。これは FAN に加える最小電圧(ほぼ最低回転数の設定に相当)を設定する。Rload がファンだ。Rshort, Dshort, Vshort は出力ショートを模擬するためにある。回路に無いが 4Pin Fan Connector と 3Pin Fan Connector の回転センス信号(3 pin)を接続してある。

随分と元の回路 (PDF)とは違う。
  • OP アンプは LM324 から LF347 にした。やはりスルーレートが足りなかった。LM324 でも十分動く回路を考えれば良かったか。
  • レギュレータ部のフィードバック部 R8 に並列に入っていたコンデンサを除去した。発振対策は出力コンデンサを増す方法にした。
  • 出力コンデンサを 100uF から 220uF に変更した。
  • レギュレータ部の出力トランジスタは 2SB708 から 2SA1451A-Y に変更した。これはあまり理由がない。発振原因を勘違いしていた。配線ミスで出力コンデンサが繋がっていなかった。
  • 過電流検出部の R24 を 12.2kΩ から 13.3kΩ へ、R13 を 10kΩ から 3.3kΩ へ、R10 を 1Ω から 0.51Ω へ変更した。この変更でシミュレートでは過電流検出は効かない。
実回路だと過電流検出は働く。Q7(定電流源) と Q3(レギュレータ出力トランジスタ) の距離が近いので、Q3 の過熱で Q7 が暖まり、コレクタ電流が増えて(途中略)出力制限が掛かる。定数を変更する必要が発生した原因は、
  • Q6, Q7 の Hfe を揃えなかった。Q7 の方が Vbe が低い。多分 Hfe が高いはず。
  • その他の部品のバラつき。
  • 加熱される状態を考慮してない。
のが原因だ。シミュレートだとショート状態の電流制限は Q3 の Hfe に依存している。過電流検出部の出力は殆ど効いていない。

実際の回路の出力をショートさせると、過熱により Q7 のコレクタ電流が増して制限が掛かり、出力は数 mA まで絞られる。熱結合を含んだ長い周期の発振が起きる。Q6 も暖まる。しかし、Q3 から遠くなので温度は低い。

レギュレータ部は既存の LDO レギュレータを使用した方が良かったかもしれない。安定性さえクリアすれば、過電流保護、過熱保護など簡単に実現できる。

ゴチャゴチャした回路になった。省略できそうな部品や、単純化出来そうな部分は多い。

ファンは静かになった。とりあえずもう気にしない事にしよう。






最終更新日  2009.09.25 23:12:50
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