2018年7月25日 星期三

使用 LM317 製作風扇轉速控制器

之前的文章裡有幫 Alcatel-Lucent I-040GW 數據機跟 Raspberry Pi 3 樹莓派開發板安裝風扇,那個時候是直接從樹莓派的 USB 埠取電源

但是 USB 的電壓為 5V,而且電流量也沒多大,因此 12V 風扇總是轉的不快,雖然說以數據機跟開發板來說已經夠了,但不禁在想,有沒有辦法可以直接驅動兩顆 12V 風扇,而不是從樹莓派抽取電源,而且能夠控制轉速呢?

「diy fan controller」為關鍵字去查詢,你會發現很多人有類似的想法,也有很多可以讓你實作的示範,只要你會用電烙鐵,有一定的基本電學知識,那其實還蠻簡單的,如果是會用電烙鐵的人說不定可以很快的就焊好一片

風扇控速分成兩大類,分別是 PWM 調速跟電壓調速, PWM 調速需要有支援的風扇來達成,而電壓調速大部分風扇都可以達成,除非你要複雜到從轉速線回傳轉速然後控制電壓,但那樣還蠻複雜的,而且沒效率

而電壓調速的部分,大部分都是用 LM317 這顆線性電壓調節器去實作,其實蠻簡單的,我參考的是老外的實作,跟國內的小宗宗の部屋

要注意的是 LM317 在這裡的應用屬於線性電壓調節器,也就是說電壓差會直接轉化成熱量消耗掉,因此一定要注意散熱跟電源負載的問題,LM317 最高只能承受 1.5A 的電流,所以你的供應、負載電流不能超過 1.5A,或是總功率 18W,而且一定要幫 LM317 安裝散熱片跟注意通風


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安裝風扇的 Alcatel-Lucent I-040GW 數據機跟樹莓派開發板

上面兩篇實作偏向製作緊緻型,也就是善用立體錯作跟正反兩層的走線來達成最小體積,如果你不喜歡那麼緊緻,不論是怕使用電烙鐵跟銲錫時手殘,或是你想要利用現成的洞洞板來製作,都沒關係,隨意就好

零件就跟實作一樣,但我加入了電源指示燈的零件
  • 電晶體 LM317 線性電壓調節器
  • 電晶體散熱片,跟絕緣導熱貼片
  • 電阻 1K (1000 Ohms),1/8W,用在輸出電路跟控制
  • 電阻 550 Ohms,1/4W,用在電源指示燈的減壓
  • 可變電阻,10K
  • 電容器 0.1uF,50V,輸入端穩壓
  • 電容器 1uF,50V,輸出端穩壓
  • 發光二極體,顏色隨意
  • 風扇連接母座,至少要兩個
  • 洞洞板,格數至少要 18 乘以 10
  • 銅柱、螺絲跟螺母
下面是簡單圖解的電路圖
注意,電路圖中的電路是走在下方,也就是這些設計圖是從正上方往下看電路板,透視過零件與電路板看到走線



從實作中的電路圖解修改出的設計圖

如果用現成的洞洞板來製作,走線是這樣

尺寸也可以再稍微緊緻一點

如果要一次驅動兩個風扇,就在輸出端安裝兩組風扇連接母座

而在實際使用洞洞板實作前,可以先用麵包板來驗證電路是不是正確的,基本上只要風扇速度控制有成功,沒有零件短路燒掉或異常發燙(如果是 12V,那 LM317 很燙是正常的,所以要安裝散熱片),那就是成功了,接著就可以實際製作

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用麵包板來驗證
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旋鈕式的可變電阻,在實作時會換成薄膜式可變電阻

接著就使用洞洞板實作,洞洞板的優點是有預先鍍錫好銲錫,而且完成後還可以直接鎖上銅柱來固定

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使用洞洞板完成的實作試驗
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後面是使用料腳跟銲錫製作的走線
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確定可以正常運作
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如果你有美觀強迫症,你也可以用單蕊線來製作走線
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但用單蕊線來製作走線也是有一定難度
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量出需要的長度後,留一定餘裕然後剝除絕緣
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而且單蕊線的絕緣皮對電烙鐵的高溫很敏感,很容易就變形跟破皮,因此可以斟酌,只在正極用單蕊線來走線

而電源的部分,因為我規劃的電路板初衷是避免線路交錯,因此要連接主機板的風扇母座供電時,不能直接沿用風扇的 12V 定義,要作反轉,把正極跟負極對調,如果從 USB 擷取 5V 也要注意腳位

當然你嫌麻煩,或是本來就設計成從外接電源供應器取 12V 的話,那就自己壓一個接頭吧


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把 12V 電源供應器的接頭剪掉
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剝除絕緣皮,套上熱縮套再壓接簧片,也可以敷少量銲錫強化
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插上風扇連接頭之後再把熱縮套滑回去然後加熱固定,注意腳位跟一般風扇相反
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要奢侈一點也是可以用編織套跟熱縮套搭配
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測試自己壓接的電源供應器
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測試可變電阻,最低時風扇停轉,這樣一下下就好,不然 LM317 會過熱燒毀
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中等轉速
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最大轉速,注意連續三張照片用作電源指示燈的 LED 亮度差異
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在電路板背後用螺絲跟銅柱固定一片塑膠片來絕緣

再來是雙輸出的部分,這個就不可避免要讓走線出現立體交錯,當然洞洞板上面的路線間距是夠的,如果銲錫技巧沒有太差是不會短路的,如果真的很擔心就用單蕊線來走線,但這就很花時間跟手工,你會撥絕緣皮撥到很煩,所以可以的話,直接用料腳或是剝光絕緣皮的單蕊線來走線也是可以

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雙輸出的實作
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部分使用單蕊線來走線
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改良,除了訊號線跟一小段地線之外都用料腳來走線
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然後就可以安裝到你需要的地方了
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正面也有安裝一片塑膠片來絕緣,記得留空間來插上風扇線、電源線,跟給 LM317 一點散熱空間
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也可以幫之前購買的無風扇不斷電系統涼快一下
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5V 風扇通常都有轉速高而且噪音偏大的問題,用調速就可以解決

大概就是這樣,好好享受手工藝吧