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12Vファン用・温度、最低回転数調節機能付き

パソコン用ファンコントローラ

(AFPA5)
Since 2003-7

ファンの回転が最大になる温度や、CPUがアイドル時のファンの回転数を設定してやると、自動的にファンの回転数を制御してくれるファンコントローラです。 一度うまく設定してやると、年中ほったらかしでも大丈夫かも?? サーモスタットでやってみたけどうまくいかなかった方、アイドル時の回転数を最低限に抑えたい方、どの方法がよいか分からないので色々といじくって見たい方におすすめ♪ 簡単な回路ですが、一般的なデスクトップマシンで、2つ位のファンを制御(2つ別々の箇所の温度で制御する場合は、本機が2台必要となります)するなら、これで十分っぽいです。本機自体、発熱するので、沢山のファンや、大電流を必要とするファンを制御する場合には問題があるかもしれません。

あけび猫は、これをCPUファンに使っていますが、その他に使った場合の結果は未確認です。

完成品ではありませんので、ハンダ付け、穴あけ等、組み立て作業が必要ですが、専用のプリント配線板が付いていますので、ジャノメ基板で配線を考えるよりは楽かと思います♪

スピンアップ機能を付加することもできます♪
※この機能に必要な電解コンデンサは部品セットには含まれていません。

★温度制御が不要な場合、AFPA8がおすすめ♪★

配線板FPA5の生産を終了し、代わりFPA51の販売を開始しました。(2005-5-16)

過去のお知らせ(履歴)

写真 一般仕様 サーミスタ
価格 ご注文・お問い合わせ 組み立て方法
回路図 配線方法 調整方法
製作 参考データ リンク
部品表 5Vファン用に改造する 配線板


写真1


写真2


写真3

1. 一般仕様

型番

AFPA5

対応ファン

12V 0.04〜0.6A(標準 0.1A)

電源

12V(パソコン内蔵の電源より引き込み)

温度調節範囲

30〜80℃(推奨範囲 42〜62℃)

対応温度センサ

20KD5(サーミスタ 20kΩ@25℃ B定数4300k)

最低回転数調節範囲

0〜10V

対応ファンの電流値はファン回転中の実測です。大概のファンのラベルに記してある電流値は実際よりも大きな値となっていると思います (あけび猫が使ったファンは、実測0.1A程度でしたが、表示は0.25Aだったと思います)。対応ファンの電流値の範囲は、これ位電流が流れるファンを付けても恐らく壊れはしないだろうという 物であり、良好な特性の動作が期待される物とは限りません。詳細は、参考データの負荷についての記述を参照してください。 ファンを並列に沢山つないでみたい場合等、もっと電流を流してみたい場合には、ヒートシンクをつければ、1Aくらいはいけるかもしれませんが、未確認です (最大で0.8A位流れる負荷だと、ヒートシンク無しでパワートランジスタの温度は、高い時で90℃以上になってたと思います。0.1Aだと素手でつまめる程度の温かさです。パワートランジスタは150℃まで耐えるらしいですが、それを一瞬でも超えると壊れるみたいなので、余裕をみた方がよいでしょう。温度調節範囲の値は、ファン の回転が最大になる温度です。ファンにかかる電圧は、この値よりも、だいたい10〜16℃低い温度より上昇をはじめ(ここでは、ファンにかかる電圧が1Vに達したところで上昇をはじめたこととしています)、だいたいリニアに増えて行きます(ファンの回転により、実際には少し乱れ るかもしれません)。温度はサーミスタの温度です。サーミスタをCPUのヒートシンクに取り付けた場合、CPUとの温度差はありえます。最低回転数調節範囲は温度調節の設定に関わらず常にファンにかけられる電圧の範囲です。


写真4

サーミスタとは、温度によって抵抗値が大きく変化する素子です。石塚電子カタログページが参考になります。

※カタログページ無くなってます。。適当な検索エンジンで、「20KD-5 pdf」といったキーワードで検索すると、それっぽいものが出てくるかもしれません。(2007-5-1)

3. 価格

セット内容(型番)
3.5 配線板&部品セット(AFPA5-FPA51)
配線板・サーミスタ・その他(詳細)
(配線コードやコネクタ等は付いていません)
※配線板は、FPA51が付いています。

630円
(送料別)

在庫: 20

3.6 配線板のみ(FPA51)
(その他の部品等は付いていません。)
※部品の配置については、配線板&部品セットの添付資料をご覧下さい。

100円
(送料別)

在庫: 18

送料は、カゴに入れると表示されます。表示されない場合には、ご注文後にお知らせします。事前に知りたい場合には、お問い合わせ下さい。
配線板&部品セットは、お客様自身がハンダ付け等、組み立てをする必要があります。
配線板には穴が空いていません。組み立てにΦ0.8ミリのドリルが必要になります。ルーター等をお持ちで無い方は、ピンバイスを使うのが安価で好いかと思います。
パソコンへの取り付けに必要なコネクタや配線コード等は付いていませんので、お客様にてご用意下さい。
★おすすめグッズ★
3.3 FAN電源延長ケーブル
取り付けの際、既存のファンや電源のコードを傷つけたくない時には、この延長ケーブルを使ってなんとか工夫して下さい。
使用例はこちらです。
3.4 Φ20ミリ熱収縮チューブ
使用例はこちらです。
  Φ0.6ミリヤニ入り糸ハンダ
  Cool-Amp小分けパック

5. 組み立て方法

組み立て方法は、添付の部品配置図等を見れば分かるかと思いますが、チップ部品が取り付けにくいと思われる場合には、こちらをご覧下さい。
添付資料に出てくる工具の説明はこちらをご覧下さい。
パワートランジスタ(2SB1375)が取り付けにくい場合には、パワートランジスタの足をラジオペンチ等で挟んで押し込んで下さい。まちがった方向で取り付けてハンダ付けしてしまうと、パターンを傷つけずに取り外すのは困難なので注意して下さい。もし間違ってやってしまった場合には、ハンダ吸い取り器の説明を参考にして下さい。パワートランジスタの穴だけΦ0.9ミリのドリルを使うという手もあるかもしれませんが、未確認です。
パワートランジスタの足はラジオペンチで楽に曲げられますが、あんまし何度も(3往復〜5往復位)曲げたり戻したりしているとちぎれるかもしれないので、なるべく一発で曲げを決めるのがよいかと思います。

5.2. ご購入下さった方の製作記

6. 回路図

RT1がサーミスタ(温度センサ)です。これをヒートシンク等の、温度を検出したい所に取り付けます。回路図には、RT1+、RT1-と書いてありますが、サーミスタ自体には極性は無いので、どちら向きにつけてもかまいません。FAN1+には、ファンの正極(大概、赤か黄色のコード)を繋げ、FAN1-にはファンの負極(大概、黒色のコード)を繋げます。負極は配線によっては無理にファンコントローラ基板に穴に付けなくても、マザーボード(M/B)に元々付いているコネクタのグランド(GND)をそのまま使ってもよいでしょう。VR11でファンの回転が最大になる温度を調節し、VR12でファンの最低回転数を調節できます。

7. 配線方法


図1
配線方法は各自のマシンに合わせてなんとか考えてもらえればよいのですが、参考としては、上の図1を見て下さい。ギボシ端子自動車用配線コネクタ圧着スリーブについては、工具のページを参照して下さい。手ごろな配線コードが入手しづらい時には、赤と黒の自動車用配線コードなら入手しやすいと思います(あけび猫は分かり易いように黄色や灰色のコードを使ったりしていますが、赤と黒だけでも取りあえず線はつながると思います)。5インチ機器用コネクタは、一般に内蔵CD-ROM等につなげる電源コードに付いているコネクタを表しています(3.5インチのHDDとかMOとかにも使われますが、細かい点は気にしないで下さい)。このコネクタに付いているコードの色の意味は、あけび猫のマシンで調べてみたところ以下のとおりです。黒い線は2本ありますが。多分どちらも同じ電位かと思います。もしかして、違っていたら嫌なので、心配な場合は、各自テスタをあててみて下さい。
5インチ機器用コネクタ配線
5V
12V
GND

CPUファンに付いているコードの色の意味は、以下のとおりみたいです。

CPUファンコネクタ配線
回転センサ
12V
GND

サーミスタの取り付けや基板の固定は、各種の接着剤ゴムテープ等で工夫すればなんとかなると思います。製作を参考にして下さい。

8. 調整方法

 
VR12…最低回転数調整
VR11…温度調整

図2

図2は二つのボリュームの位置を表しています。上がVR12で下がVR11です。図3はボリュームの目盛を表しています。図3の状態では、目盛0を指しています。この状態より1目盛づつ、1,2,3…と番号が付いてるものとして説明します。以下の各文の頭に番号が付けてありますが、それは、ボリュームの目盛とは関係ありません。

1. 組み立て、配線ができましたら、VR11を目盛6に、VR12を目盛10にセットしておいてから、パソコンの電源を入れます。電源を入れてみてファンが回らなかったら、何か異常があるので、チェックしてみて下さい。

2. OSが起動したら、CPUがアイドリング状態であることを確認して下さい。タスクマネージャ等で見てみて、CPU使用率が十分に低くて安定していればよいと思います。いつまでたっても、CPU使用率が高いようならば、CPUを使ってそうなプログラムを終わらせて下さい。

3. CPUがアイドリング状態になり、CPU温度が十分に下がったら(温度確認は、M/B付属のヘルスチェックソフト等を使うと便利)VR12のネジを一旦左いっぱい(目盛0)に回してファンを止めてから、少しづつ右に、ファンが回転し始めるまで回します。それから、お好みの速度(静音化を狙うならなるべく遅く)に微調整して下さい。VR12のネジを左に回し切ってもファンが止まらない時には、VR11のネジをすこしづつ右に回すとファンが止まると思います。ファンが止まらない場合には、何か異常があるので、チェックしてみて下さい。

 


図3
4. CPUをビジーな状態にしてみて、CPUの温度が上がり過ぎないことを確認して下さい。意図的にビジーにするには、お手持ちの高解像度な動画を再生してみるとか、スーパーπを実行してみるとかするとよいかと思います。CPUの温度が上がり過ぎる場合には、VR11のネジを少しづつ左に回してみて下さい。CPUの温度が70℃〜80℃位の間で一定の温度に保たれる設定にするのが適当かと思います。 この時、静音化を狙うなら、なるべく低い回転数で温度が保たれるようにします。気温が上がった時の安定性を狙う場合には、CPUの温度が75℃〜80℃位の時、ファンの回転が最大になるように設定するとよいかもしれません。CPUの熱がサーミスタに伝わるまでの時間差を考えてゆっくりと設定すると よいでしょう。

5. ファンコントローラは、サーミスタの温度が上がるとファンの回転数を上げ、サーミスタの温度が下がるとファンの回転数を下げる働きをします。CPUがビジーな状態で、いつまでたっても、ファンの回転数が上がらない場合には、3で設定した回転数で十分冷えている思われます。少し温度が上がっただけでファンの回転が上がる設定にしたい場合には、VR11のネジをすこしづつ左に回してみて下さい。CPUの温度がどんどん上がってるし、VR11のネジを左に回してるのに、一向にファンの回転数が上がらない場合には、何か異常があるので、チェックしてみて下さい。

6. CPUがビジー状態で、温度が一定に保たれている状態から、CPUをアイドル状態にすると、ファンの回転数は、一旦上昇してから、CPUが冷えるにつれて、徐々に下がってきます。そのまましばらく(数分〜数10分)ほおっておくと、3で設定した回転数付近になります。何故、アイドル状態にした時に回転数が上がるのか謎なのですが、取りあえずしばらくすると下がるので問題ないと思います。

7. ファンコントローラの組み立てや配線に失敗していたりして、電源ラインが短絡したりしていると、パソコンの電源装置のヒューズが切れて、パソコンの電源が二度と入らなくなることがあります。パソコンの電源が入らなくなくなったら、コンセントを抜いてしばらくまって挿してから、電源スイッチをONにしてみて下さい。それでも復帰しない場合には、電源装置を新しい物に交換するか、電源装置内部のヒューズが切れていないか確認し、切れていたら交換してみて下さい。

8. 調整後、パソコンの電源を切って入れなおすとファンが回らないことがありますが、CPUの温度が上がると、回り始めます。そして、温度が下がると、設定したアイドル時の回転数になります。パソコンの起動時、ファンが回らないと警告音がなったり、エラーとなって起動できない場合には、それらの保護機能を解除するか、スピンアップ機能を付加するか、アイドル時の回転数をファンが起動できる程度の設定にする等、なんとかして下さい。

10. パソコンのBIOSにCPUの温度による保護機能(警告音、シャットダウン等)の設定がある場合には、その設定を確認(ファンコントローラで調整した温度内で保護機能が働かないように)するのを忘れないようにして下さい。OSを起動した状態のヘルスチェックソフト等で設定した内容は、BIOSに反映されなくて、パソコンを再起動するとBIOSでの設定に戻ってしまう事があるようです。その為、BIOSの設定を忘れると、通常稼動時には保護機能が働くなくても、忘れた頃にCPUが高負荷状態になって、知らない間に保護機能が働いてしまうことがありえます。

9. 製作


写真5
左の写真は、サーミスタをCPUのヒートシンクの側面に防水テープを使って固定したところです。サーミスタは、灰色のコードをハンダ付けし、自己融着テープを巻いて絶縁してから、防水テープで固定しています。取り付け位置は、ヒートシンクのクランプに干渉しないよう、マジックで線をひいてから決めています。この状態で、2週間ほど使ってみましたが、とりあえず使えました。普通に使ってる状態では、ファンの回転が目だって上がることはなく、CPUがビジーになって、回転があがっても、普段の状態にもどれば、回転が速やかに下がるのでよい感じです。CPUがビジーの時でも、必要以上に回転が上がることがありません。ビジーの状態がしばらく続いてからアイドル状態に切り替わる時に、ファンの音が気になる程度です。

写真6
左の写真は、サーミスタをCPUのヒートシンクの、CPUコアがあたる部分のすぐ隣に弾性エポキシを使って固定したところです。サーミスタは、灰色のコードをハンダ付けし、自己融着テープを巻いて絶縁してあります。これは、先にゴムテープで固定してたのをはずしてそのまま付け直した為です。多分、直接弾性エポキシで固定して、エポキシがよく固まるまで待ってから使えば、自己融着テープを巻く必要はないかもしれません。防水テープから付け替えるとき見ると、やはり、防水テープの中で、サーミスタは少し浮いてしまってた気がします。本取り付けする際にはテープを使うよりも、接着剤使うのがよさそうです。ヒートシンクの側面につけるよりも、CPUコアに近くなったので、レスポンスがよくなるかと思ったのですが、さほど変わらないみたいです。弾性エポキシが固まるまで待てない場合には、予め平たくて薄いアルミ板等を適当な形に切って、そこに金属パテでサーミスタを付けてから、ゴムボンドでヒートシンクに固定するという手もあるかもしれません。また、未確認ですが、ヒートシンクに完全に固定してしまってもかまわなければ、10分くらいで硬化する種類のエポキシで直付けできるかもしれません。サーミスタの取り付け時には、M/B上の部品等に干渉しないように、十分に注意して下さい。ヘタをすると、ヒートシンクをクランプで絞めた瞬間、M/B等がお亡くなりになったり、CPUコアがヒートシンクにうまく密着せず、CPUの種類によっては、コアが割れたり、電源入れたとたん温度が上がり過ぎて壊れるかも。。ヒートシンクの側面に付いているごちゃごちゃした配線と部品は、サーモスタットを使った時の残骸がそのまま残してある物なので気にしないで下さい。

写真7
写真7はサーミスタをビデオカードのGPUのヒートシンクに取り付けたところです。ヒートシンクの止め具に合わせる為、サーミスタを写真8のように加工してみました。0.3ミリの厚さのアルミ板をスニップで切って、ピンバイス&ドリルとリーマーで穴を空け、金属パテで丸めたサーミスタにくっつけ、何故か手元にあった耐熱ペイントで黒く塗装してあります。サーミスタは予め配線コードをハンダ付けして、自己融着テープで絶縁しています。多分これも、自己融着テープは巻かなくてよさげですが、巻いた方が絶縁を気にしなくて作業しやすいかもしれません。GPUのファン制御は、サーモスタットを使った方法でうまくいってたのですが、せっかくサーミスタ使ったファンコントローラーを作ったので、あえて取り付けてみました。GPUの温度はヘルスチェックソフトで出ないので、設定は 適当です。サーモスタットを使った時と同じく、温度が低いうちは、ファンはゆびでつつかないと回らない設定にしてみました。動作は、サーモスタットを使った時とほぼ同じですが、たしか、サーモスタットの時は、3Dなゲームをすると、ファンが最高速度でまわりっぱなしになっててたと思うのですが、サーミスタ方式にしてからは、ゲームしてても、ファンの音に気が付くほど、ファンの回転が高速にならなくなったようです。それでもヒートシンクを触ってみると、あんまし熱くなってないので、十分冷えてるのでしょう。

写真8

写真9
左の写真は、ファンコントローラをパソコンの電源装置にゴムボンドで固定した所です。固定するところは、無理に電源装置でなくても、どこでも固定しやすいところでよいのですが、今回はたまたま電源装置にしてみました。2SB1375(パワートランジスタ)は、絶縁性を気にしなくてよいパッケージになってますので、写真のように、直付けできます。ゴムボンドは結構強力なので、多分、ネジ止めまでは必要なさそうです。ファンコントローラの基板と電源装置の間には、すこし隙間はありますが、一応、うっかり何かぶつけた時の絶縁の為、ビニールテープ(黒いの)を貼っています。このファンコントローラーはビデオカードのファンを制御しています。

写真10
左の写真は、ファンコントローラを5インチベイの穴から出すようにしたところです。あけび猫は写真のように、USBハブを5インチベイに入れて使ってるので、その穴から出してみました。 こうすると、ケースの蓋をした状態で調節できます。ファンコントローラは、パワートランジスタの取り付けを工夫すると、写真3のようにコンパクトな形に組み立てることもできます♪ パワートランジスタは一度曲げを決めたりハンダ付けしてしまうと修正するのは困難なので、あらかじめどの形にするかよく考えておくとよいかと思います。 このファンコントローラーはCPUのファンを制御しています。

10. 参考データ


図4

図5
これらのデータは、実際に温度を計りにくい時等、ボリュームの目盛だけで簡単に調整したい時の参考データです。参考としやすいように単純化してありますので、実測とは多少異なることがあります。

図4はVR11の目盛と、ファンの回転数が最高になる温度との関係を表しています。温度はサーミスタの温度です。ファンにかかる電圧(FAN1+とFAN1-との間の電圧)が11Vの辺りになったところで回転数が最大になったとしています。

図5は、温度と、ファンにかかる電圧との関係を表しています。温度はサーミスタの温度です。VR11の目盛が、5、6、7の時の結果がそれぞれ書いてあります。 図にはファンにかかる電圧が1Vになった所から線がひいてありますが、多くのファンは5〜9V辺りから回転を始めると思います。ファンにかかる電圧の最高値は、電源電圧よりも少し低くなります。負荷50Ωでだいたい11Vです。負荷抵抗値が下がる(沢山の電流を必要とするファンを付ける)とこの電圧は少しづつ下がります。

各図を見て察するとおり、ボリュームを一目盛ずらすだけで温度等が大幅に変わってしまうので、温度を計らずの調整はかなり大雑把にしかできません。

条件は、図4、5とも、以下のとおりです。

電源電圧 12V
負荷 50Ω

負荷は、データを取る際、FAN1+とFAN1-との間に入れた抵抗です。ファンでは無く、200Ω 1/2Wのカーボン抵抗を4つ並列につないだ物を入れました。 これを、電流が最大約0.2Aが流れるファンとみたてればよいかと思います。ファンの回転数が最高になる温度は、負荷によっても変化します。以下の表を参考にして下さい。

Ro[Ω] T1[℃] T2[℃] Io[A]
100 48 36 0.1
50 50 37 0.2
25 55 37 0.4

Ro … 負荷
T1 … ファンの回転数が最高になる温度
T2 … ファンにかかる電圧が上昇し始める(1Vになる)温度
Io … ファンの回転数が最高の時、ファンに流れる電流
温度は、サーミスタの温度です。

ファンの負荷は止まってる時と回ってる時とで異なり、止まってるファンの抵抗値をテスタで測っても上の表のとおりにはならないので注意して下さい(回ってる時に電流計で測らないとだめです)。簡単な方法は、たとえば、ファンに0.25Aと書いてあったとすれば、大体、電流は0.1〜0.2A位流れるのかな…と適当に想像する事かもしれません。

11. リンク

以下はパソコン用ファンコントローラキットをご購入下さった方のページへのリンクです。
海人の小屋
アマチュア無線、WiRESのVOIPノードを開設してます。

※リンクを希望される場合やお気づきの点があれば、気軽にご連絡下さい。以前ここにあった静音化の記事はこっち。 リンク切れはこちら

12. 部品表

こちらをご覧下さい。

13. 5Vファン用に改造する

本ファンコントローラは12Vファン用ですが、ご購入下さった方より、5Vファン用に改造する報告をいただきました♪ RT1と並列に20kΩの抵抗を入れ、R13を3.7kΩ辺りの物に交換するといいらしいです。E24系だと3.7kは無いので、3.3kとか3.6kでよいのかも。。ご報告ありがとうございます♪(2005-3-6)

静音研究室画像掲示板にノートパソコンに組み込んだところの写真が載っています♪ 個別の記事に直リンできないみたいなので、記事番号395で検索してみて下さい。ご報告ありがとうございます♪(2005-5-16)

14. 配線板

配線板の番号とその説明です。主にあけび猫が買い込んだ部品がうまく取り付けできるように、配線板を更新しています。
番号 写真 説明
FPA5 DSCF0011-1.jpg
DSCF0013-1.jpg
DSCF0004-1.jpg
販売開始した時のものです。部品穴はφ0.8ミリ、チップ抵抗は3216サイズを前提に設計されています。
FPA51 DSCF0133s.jpg FPA5をベースに、チップ抵抗のサイズ2012(2125)に対応させたものです。チップ抵抗は3216サイズも使えます。2SA1048を取り付ける穴の間隔をFPA5よりもわずかに広くしてあります。

にへるつおるぐ

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