Управление вентилятором БП («Конструкция выходного дня»)

У моего китайского блока питания 24В на 600Вт вентилятор охлаждения включен сразу, навсегда, и на полные обороты. Дико шумит и выбешивает. На контроллере (Duet 3, прошивка RRF 3.3) есть свободный канал измерения температуры и свободный канал управления вентилятором. Так почему бы ими не воспользоваться?

Результат: В интересующем меня диапазоне отбора мощности вентилятор работает неслышно, блок питания нагревается несущественно, текущая температура под постоянным контролем:

Это в течение полутора часов идет печать пластиком PLA, стол разогрет до 65 градусов. Разогревал в течение 30 минут стол до 112 градусов (задавал 120, но больше 112 конструкция не вытягивает; то есть стол подключен постоянно, 100% мощности). Обороты вентилятора прибавились, вентилятор еле-еле слышен, установившаяся температура трансформатора 45,7 градусов (по датчику). Ладошка к корпусу – датчик не врет.

Дальше многабукаф и фотографий. Фотографии убраны в самый низ...

Предостережения:

1. Доработка выполняется в блоке питания. Поэтому желательно, чтобы ее выполнял человек, имеющий навыки монтажа радиоэлектронной аппаратуры.
2. У блоков питания бывает разная схемотехника. А китайцы, которые копируют блоки, по-разному их разгоняют. В моем (т.е. вполне конкретный БП) на моем принтере (т.е. вполне конкретные потребители тока) я вижу смысл контролировать температуру высокочастотного трансформатора. В других вариантах, возможно, сильнее будут нагреваться другие компоненты (выпрямитель, дроссель, или что-то еще). Так что, возможно (но не обязательно) и датчик температуры надо будет пристраивать к чему-то другому.

Как делал:

Взял приложенный в подарок китайцем-продавцом датчик температуры («капля», 100К B3950), удлинил его провода, заизолировал соединения, добавил термоусадку в то место которое будет проходить через отверстие в корпусе БП и прижиматься фиксирующим лепестком. Это датчик температуры для нагревательного кубика, изоляция проводов у них должна быть термостойкой. Во всяком случае рабочие температуры БП они должны выдержать с запасом. Обжал клеммы и надел «маму» для присоединения к контроллеру. Прицепил его на разъем «Temp 3».

От канцелярской скрепки-скобы отрезал с краю кусочек (отрезным диском на гравере заняло 2 минуты), выпрямил завиток на одном краю полностью (чтобы прошел в зазор между железом трансформатора и его катушкой). С другого края недораспрямил и сформировал небольшую «волну», чтобы датчик-капля лежал в ее углублении и не стремился вылететь влево-вправо. По длине он и так никуда не денется.

Отдельное отверстие в корпусе БП для проводов я не делал, пропустил «каплю» в имевшуюся на корпусе щель. Рядом как раз есть монтажное отверстие с резьбой M4 –  прикрутил упругий «лепесток» (сделан из контакта от какого-то старого реле) и им прижал провод от случайных рывков.

Вентилятор оставил родной. В хозяйстве был не помню откуда оторванный кусочек кабеля с редкостным «папой» JST XH2,54 (вы можете вырезать такой разъем из какого-нибудь старого устройства вместе с куском платы и припаять провода к контактным площадкам; но я не рекомендую паять провода непосредственно к голым штырям -  они держатся в пластике «папы» очень слабо). На другом его конце переходника обжал клеммы и надел «маму» для присоединения к контроллеру. Разъем вентилятора пришлось размонтировать; в таком виде провода вентилятора прошли в щель корпуса БП изнутри наружу. Разъем надет как было (важно не перепутать полярность присоединения к контроллеру!). Вентилятор в данном блоке питания рассчитан на напряжение 12 Вольт. На моем контроллере (Duet 3) напряжение выхода переключается джампером; переключаю Out 7, Out 8 и Out 9 на 12V. Цепляю вентилятор на «Out 9».

Пользуясь случаем вырезал штампованную решетку с окна вентилятора, потом надену сюда решетку-гриль 60мм. И поставлю воздушный фильтр. Или как-то совмещу решетку с фильтром. Вентилятор перевернул и он теперь работает на нагнетание воздуха в БП (с завода он стоит на вытягивание из БП).

Настройка:

В Config.g добавляю 4 команды (простите меня, немца, за кривую эксплуатацию английского языка):;

; Heaters

M308 S2 P"temp3" A"PSU" Y"thermistor" T100000 B3950 ; configure sensor 2 as thermistor on pin temp3

M950 H2 C"nil" T2 ; create virtual Heater 2 with Sensor 2

; Fans

M950 F2 C"out9" Q15000 ; create fan 2 on pin out9 and set its frequency

M106 P2 C"PSU" H2 L0.05 T43:47 B0.5 ; set fan 2 name and value. Thermostatic control is turned on for virtual heater H2

Рассматриваем команды подробно:

Команда M308 и ее  параметры 

• S2 – создаем датчик температуры «Sensor 2» и определяем его
• P "temp3" – назначаем подключение на разъем контроллера «Temp 3»
• A "PSU" – Даем этому датчику псевдоним «PSU»
• Y"thermistor" – датчик имеет тип «термистор»
• T100000 – сопротивление при 25 градусах Цельсия, Ом; у термистора «100K 3950» он равен 100000
• B3950 – задаем бета-параметр термистора; у термистора «100K 3950» он равен 3950.

Команда M950 (в секции Heaters) и ее  параметры

• H2 – создаем нагреватель «Heater 2» и определяем его
• C"nil" – не назначаем для подключения этого нагревателя никакого разъема контроллера
• T2 – датчик температуры «Sensor 2» нацеплен на «Heater 2» и передает сведения о его температуре

Команда M950 (в секции Fans) и ее  параметры

• F2 – создаем и настраиваем вентилятор "Fan2"
• C"out9" – вентилятор подключен на разъем контроллера «Оut 9»
• Q15000 – частота управляющих импульсов, Гц (по умолчанию в прошивке RRF 3.3 это 250 Гц)

Команда M106 и ее  параметры

• P2 – для вентилятора «Fan2» определяем, что
• C"PSU" – его псевдоним для графиков и органов управления
• H2 – он занимается термостатированием канала нагревателя «Heater 2»
• L0.05 – при включении он работает на 5% мощности (5% ширины управляющего импульса от максимальной)
• T43:47 – функция термостатирования:до 43 градусов выключен, на 43 градусах включается (на 5% мощности, это задано параметром L0.05) в диапазоне 43..47 градусов мощность (ширина импульса) линейно увеличивается до 100% от 47 градусов и выше работает на 100% мощности
• B0.5 – при включении на 0.5 секунды подается полная мощность для уверенного старта (страгивания крыльчатки с места и начала ее раскручивания)

Теперь еще некоторые дополнительные подробности и особенности (в пределах моих знаний и понимания. Если я ошибаюсь, пожалуйста, поправьте в каментах!).

1. Частота управляющих импульсов (M950 параметр Q15000) установлена к верхней границе слышимого диапазона, 15кГц. На меньших частотах еще слышно как коммутируются катушки (ну, если угодно, то слышно как поле катушек пинает крыльчатку). Но надо проверять с каждым конкретным вентилятором как он запускается и работает. Например, мой БП-шный вентилятор работает и при частоте 20кГц, а моя «улитка» 5015 (обдув печатаемой детали) отказалась устойчиво раскручиваться на такой частоте. Эксперименты (частота регулирования, обороты при запуске, время подачи полной мощности) можно проводить командами из консоли/терминала.
2. M950 H2 (создаем нагреватель) - без нагревателя в прошивке RRF 3.3 не работает функционал термостатирования. Без параметра «С» нельзя создать нагреватель. Параметр «C"nil"», строго говоря, предназначен для освобождения ранее занятого порта контроллера. Тут есть потенциальная засада: если после выполнения такого «C"nil"» попытаться командой M950 обратится к такому «освобожденному» нагревателю, дело кончится плохо – будет выдан «Error» и вентилятор остановится. Но, как сказано в одном анекдоте: «А вы так не делайте!» При дальнейших настройках мы к нагревателю не обращаемся. Мы в команде M106 конфигурируем канал термостатирования для нагревателя H2 – это прокатывает без ошибок. В конце концов, Вы можете назначить для этого нагревателя любой свободный порт, даже слаботочный – вы же не собираетесь на этот выход цеплять вообще какую-либо нагрузку.
3. M106 T43:47, функция термостатирования; Я сначала поставил T40:60 – и вентилятор начал запускаться, и через 2 секунды выключаться. В холостом режиме (когда принтер в режиме ожидания и все нагреватели и вентиляторы выключены) температура у меня потихонечку растет примерно до 41 градуса. На 40 вентилятор включается, все обдувает комнатным воздухом, сбивает температуру до ниже 40 и выключается. И через минуту цикл повторяется опять. Оно надо? Так что эти пределы Вы сами устанавливаете по своему конкретному БП и по энергопотреблению своего принтера. Характеристику можно и нужно менять в процессе экспериментов, выполняя команду M106 с ее параметрами прямо из консоли/терминала. И далее в любой момент как угодно. Например, вы начинаете печатать пластиком PETG, стол будет греться до температуры 95 градусов; в макросе загрузки пластика можете изменить функцию. Вынули PETG, грузите нейлон – в макросе загрузки пластика можете изменить функцию под еще более тяжелые условия.
4. В команде M308 можно задать дополнительные определения для датчика температуры, которые сделают его работу более точной в интересующем нас узком диапазоне температур (20…100 градусов. Или даже в еще более узком – 40..70 градусов). Но для данного конкретного случая, на мой взгляд, точности и так достаточно.

Любителям огнетушителей и прочей усиленной безопасности:

1. В моем БП есть предусмотренный изготовителем элемент защиты (и я его не трогал): на мост выпрямителя входного напряжения прицеплен датчик температуры KSD, который остановит работу БП, если что.
2. Мой БП рассчитан на 600Вт, я от него беру (по моим прикидкам) 240 Вт. Ну хорошо, пусть даже 300Вт. Обычно считается, что запаса мощности в 20% более чем достаточно. У меня запас по мощности 50%. Вот именно мой (конкретно мой) БП рассматривался несколькими корифеями на Mysku; был выдвинут тезис о том, что этот блок питания вообще не сильно нуждается в вентиляторе, пока из него не начнут качать 70..80% мощности. И никто против этого не возразил. Забирая в течение получаса ток на все, что пришло в голову мне и моему принтеру, я получил температуру 45,7 градуса. БП должен без последствий для своего здоровья пережить температуру этого транса градусов в 90, как минимум. В моем сетапе я до этого значения не доберусь никогда.
3. Да, в моем БП есть более горячая деталь. Я про это знаю. Но она на то специально обучена. И когда вентилятор охлаждает транс – он охлаждает и ее тоже.
4. У меня теперь температура трансформатора постоянно перед глазами, пунктирчиком на графике. А как у вас?

Теперь чего я не знаю и на какие темы я надеюсь получить советы:

1. Я чего-то не понял и сделанное мной надо было делать по-другому?
2. Может быть есть более корректный способ назначить нагреватель без занятия порта контроллера, чем указывать «M950 Hn C"nil"»?
3. Может быть стоит попросить разработчиков прошивки предусмотреть такую опцию (канал термостатирования без нагревателя)? Оно кому-то кроме меня интересно?

Для тех, кто заинтересовался идеей, но хочет большего:

1. Duet (по крайней мере, Duet 3) работает с 3-х проводными вентиляторами. Вы можете приколхозить вентилятор от какого-нибудь компьютерного процессора и контролировать частоту вращения крыльчатки по тахометру вентилятора (обычно это желтый провод). Можно привесить даже с 4-хпроводной вентилятор и управлять им через его PWM канал управления (обычно это синий провод; но надо поставить правильную частоту управляющего сигнала. На сколько я помню, там 2 кГц).
2. Если у вас контроллер работает вместе с каким-то SBC (малинка, апельсинка или что-то еще), то можно питать тот SBC от отдельного слаботочного БП и возложить на SBC все функции по управлению и контролем основным БП (включение и выключение БП через твердотельное реле, измерение температуры БП и управление его вентилятором БП).

Ну и фотографии: