Artikel ini membahas fan PWM.
Mengambarkan bagaimana fan PWM bekerja, terhubung ke sensor panas. Sebagai informasi kecuali ada kebutuhan.

Bagaimana membuat pendingin dengan fan, kita tahu fungsinya untuk mengendalikan panas.
Computer, GPU, power supply mengunakan fan. Tapi tidak disitu saja, beberapa perangkat yang dapat menghasilkan panas tinggi membutuhkan fan.
Misal inverter, perangkat transmisi, baterai dan lainnya.

Suhu yang tidak terkendali, seperti penempatan perangkat di ruang panas. Peralatan elektronik rentan lebih cepat rusak dari waktunya.
Juga beban kerja sebuah komponen, bila rusak lalu perangkat tidak bekerja.

Tidak hanya chip, baterai yang di charge atau discharge (dipakai) dapat menimbulkan panas berlebih. Baterai terlalu panas berdampak usia pakai dan degradasi kapasitas baterai.

Mengendalikan panas dengan menambah heatsink pendingin dan fan aktif.

Fan pendingin memiliki perbedaan antara kipas 2 pin, 3 pin atau 4 pin atau fan khusus dapat lebih dari 4 pin
Pengunaan fan pendingin umum di PC, atau notebook, bahkan dikatakan mutlak harus ada.
Tanpa pendingin, procesor ,GPU, Power Supply di PC kapan dapat overheating.

Perbedaan fan dengan jumlah konektor 2 kaki, 3 kaki atau 4 kaki (disebut 2 pin, 3 pin, 4 pin)

Diberi warna, 2 pin dipastikan untuk power dengan tanda hitam dan merah, atau hitam dan kuning.


Perbedaan fan 3 pin vs 4 pin
Perbedaan kipas fan 2 pin, 3 pin 4 pin


Fan 2 pin
Dengan kaki positif dan negatif, putaran fan konstan.
Putaran fan mengikuti voltase dan arus yang diberikan.
Tipe fan 2 pin dengan power + dan -, dianggap tidak terditeksi bila dipasang ke 4 pin. Karena fan tidak dirancang mengirim sinyal putaran.

Fan  3 pin tacho
Sama seperti 2 pin, tambahan 1 pin untuk mengirim sinyal dari fan ke perangkat
Disebut Tacho sensor (RPM sensor), untuk memberi sinyal kecepatan putaran kipas.
Kecepatan putaran fan 3 pin sama seperti 2 pin, diatur dari arus dan voltase.
Disebut CPU_OPT atau singkatan CPU Optional, ada di pin ke 2 selain pin 1 untuk fan heatsink.
Bisa saja motherboard murah hanya menempatkan 3 pin untuk fan kedua.

Fan 4 pin PMW
Agak berbeda dari 2 model tersebut, nama lain fan PWM - Pulse Width Modulation.

Fan tipe ini mendapatkan power 12V, tapi voltase melewati sebuah chip driver.
Dari chip driver dapat diatur berapa kecepatan fan.
CPU_OPT dengan 4 pin juga tersedia di beberapa motherboard. Fungsinya sama dengan kontrol PWM.
Jadi kerjanyanya, fan CPU dan fan di pin kedua dapat setingkat. Bila suhu procesor meningkat, fan utama bekerja lebih cepat, bila tersedia fan ke 2 dengan 4 pin mengikuti putaran seperti fan 1.
Sistem fan 4 pin dapat mengunakan spliter atau kabel cabang. Agar pendingin tidak terlalu berisik, mengikuti kebutuhan pendingin procesor atau setting di BIOS.

Penempatan konektor fan di motherboard.
Yang lain disebut CHA_FAN atau fan untuk sistem atau sasis.
Port fan CHA_FAN terpisah dengan kinerja dari fan procesor.
Dulu disebut SYS_FAN, motherboard memberikan pin konektor tambahan untuk fan pendingin case computer.

Misal sebuah fan PWM 12V, menerima voltase 12V, mengirim kecepatan RPM / Tacho dari pin 3, menerima sinyal PWM untuk mengatur putaran fan di pin 4.
Power DC melewati driver, dan driver chip menerima perintah dari sinyal PWM di frekuensi 0 - 25Khz dalam bentuk pulse
Bila tidak ada sinyal, driver fan mengaktifkan fan kecepatan penuh (100%).

Misal fan 1200 RPM PWM, ketika terhubung ke power DC, tanpa terhubung ke perangkat non PWM. Fan berputar dengan kecepatan 1200RPM
Bila fan terhubung ke motherboard, atau modul PWM control, dan driver menerima sinyal 0Khz.
Putaran fan turun sampai putaran paling rendah atau fan di posisi silent misal hanya berputar sampai 300 RPM
Ketika modul PWM mengirim sinyal 12KHz, fan akan berputar 600 RPM (sebagai contoh) setara menerima sinyal 50%.

Fan PWM sebagian besar memiliki putaran minimum.
Antara 20%, 40%, 50%. Jadi fan tidak berhenti sampai 0 RPM.
Kecepatan putaran fan PWM tidak dipengaruhi naik turun volt DC sebagai input, tapi control melalui driver.

Apakah ada fan PWM berhenti berputar, tentu saja. Ketika fan terhubung dengan sinyal PWM dengan sinyal 0Khz.
SilverStone Shark Force SF120 putaran 0 -2500RPM - Static fan
Artic P14 Slim PWM PST 140mm  0 (5% PWM) - 1800RPM - Static fan

Manfaat fan 4 pin, khususnya untuk putaran rendah, membuat fan bekerja lebih tenang, ketitka tidak dibutuhkan maka suara fan tidak berisik, kecepatan fan responsif dan hemat power.

Ketika suhu naik, sensor menditeksi peningkatan panas (misal procesor Full Load), respon fan lebih cepat bahkan dapat di set melalui BIOS computer, modul atau di program sendiri. Fan akan menerima sinyal untuk berputar lebih cepat.
Putaran fan PWM tidak naik turun seperti di On/Off, tapi bekerja proposional sesuai sinyal yang diberikan.
Jadi kita dapat membuat perintah dengan sinyal, misal mengirim perintah untuk 50% saja, 70% saja. Bentuk perintah adalah sinyal pulse / PWM.
Target pengunaan fan PWM sebagai pendingin, dimana perangkat yang di dinginkan memiliki suhu panas yang berfluktuasi.
Contoh CPU ketika idle hanya 40 deg.C, setelah bekerja penuh mencapai 70 derajat Celcius lebih. Juga dengan GPU (VGA).
SSD kadang memiliki fluktuasi panas turun naik, khususnya SSD ketika bekerja untuk tranfer data seperti menulis dan mengirim data.
Power supply masuk sebagai power beban, ketika beban meningkat, panas dapat terjadi di dalam power supply
Set Top Box, memiliki suhu bervariasi. Ketika menampilan video dengan proses kompresi tinggi seperti video AV1, HEVC. Procesor Android TV dapat menghasilkan panas lebih dari 60 deg.C

Harddisk tidak termasuk, karena motor pengerak harddisk bekerja konstan dan panas harddisk juga konstan.

Menempatkan pendingin pada harddisk juga penting, bila storage harddisk bekerja di lingkungan suhu berfluktuasi.

Jenis Fan

Fungsi kipas fan yang dirancang tertentu, apakah fan untuk distribusi udara ke segala arah dan mendorong udara di dalam unit. Itu juga membedakan desain sebuah fan.
Mengunakan desain silent fan atau brush air. Tergantung ukuran, fungsi fan, bentuk kipas, power dan lainnya.
Fan masih terbagi dengan kekuatan putaran kipas, silent berada di 1200 - 1300 RPM, dan 1500 - 3000 RPM disebut fan performa. Lebih dari 3000 RPM adalah fan khusus.

Yang umum fungsi fan untuk pendingin terbagi 2.

Fan Air Flow
Umum digunakan untuk memasok dan mengeluarkan udara ke dalam unit elektronik, tidak memilih apakah udara harus dialirkan kemana.
Tugasnya memasukan udara lebih dingin, atau mengeluarkan udara dalam yang panas. Fungsi utama, menjaga kestabilan suhu di dalam case.

Fan Pressure atau Static Pressure
Untuk mendinginkan heatsink yang umum dijumpai pada fan cooler procesor. Mengarah ke satu bagian utama yaitu radiator (heatsink) dan fan bekerja seperti tekanan.
Karena udara yang melewati sirip fan harus di dorong lebih kuat.

Jenis kipas fan bisa saja berbeda, umum fan statis pressure memiliki ukuran kipas lebih lebar, untuk memadatkan udara (mendorong) .

type fan cooling fan static vs fan pressure

Mengatur fan 4 pin modul HW585

Ada beberapa perangkat fan modul yang sederhana.
Penempatan fan 4 pin dapat dimanfaatkan untuk perangkat non computer. Membutuhkan perangkat untuk mengirim sinyal PWM.
Misal modul HW585 board dilengkapi 1 sinyal output PWM dan 1 sensor suhu
Kecepatan fan diatur dari 20 - 100%, atau 40 - 100%. Tapi dibatasi dari minimum RPM fan

Fan 1 terhubung ke sensor suhu dengan putaran minimum 20% sebagai fan utama dengan sistem PWM.
Fan 2 dan Fan 3 terhubung ke konektor, tapi di set manual, misal di set ke 10% untuk putaran fan minimum.
Pengaturan kecepatan atas atau kapan fan harus bekerja, diatur dari trimpot. Sedangkan sinyal didapat dari sebuah sensor.

DIP Switch mengatur batas suhu, pada suhu berapa fan tidak perlu bekerja dan bekerja maksimum.
Dengan rentang suhu panas  : 35 - 45, 40 - 55, 50 - 70 dan 60 - 90 derajat Celcius

Modul board fan 4 Pin PWM

Modul fan controller ini memudahkan, modul HW585 dan siap pakai. Sensor panas dapat didekatkan ke perangkat yang perlu di monitor suhunya
Masih ada lagi beberapa modul board, modul single kanal (1) fan bekerja dengan power DC, diteksi sensor, dan mengirim sinyal ke fan.

Selesai pembahasan tentang fan PWM diatas. Serta tipe fan yang dapat dimanfaatkan untuk pendingin non PC.

Rahasia fan Intel disain board dilengkapi modul sensor suhu

Anda tidak perlu membongkar fan procesor Intel lama anda. Ini hanya informasi yang mungkin dapat dimanfaatkan.
Banyak fan procesor Intel model 4 pindari  procesor sebelum tahun 2011. Sekarang dijual 15-25 ribu tipe fan LGA 775 atau kita kenal untuk fan Core 2 Duo, bila tidak salah model proceor di tahun 2009.
 
Yang kami temukan fan Nidec dan fan Denki tipe PWM 4 pin, ternyata ada termostat (RTD) tersembunyi di dalam kipas pendingin.
Tapi kita tidak banyak yang tahu apa fungsi sensor tersebut.
Kebetulan kami melihat dan mencoba mencari apa fungsi satu komponen sebesar pasir ini.

Fan intel bagian dalam circuit schematic

Model fan Nidec 12V 0.42A ditemukan sebuah sensor suhu. Demikian juga fan Denki E18764-001 0.6A
Terlihat tulisan RTH , entah singkatan RT Heatsink ?, atau Resistance Temperature Heatsink. Singkatan RTD - Resistance Temperature Detector
Yang pasti komponen tersebut jenis RTD, seperti thermocouple sensor panas.


Fan Intel internal board PC circuit fan thermocouple

Sepertinya jenis RTD atau Thermocouple, memiliki resistan 2.7K di suhu ruang 32 deg.C
Tahanan RTD turun sampai ke 1K ketika suhu melewati 40-50 deg.C

Jadi jelas bagian kecil tersebut sensor suhu, dan mengendalikan kecepatan putaran fan, selain kontrol fan melalui sinyal PWM.
Ketika sensor menerima panas, tahanan atau resistan turun lebih kecil. Ciri kebalikan dari Thermocouple, ketika panas, tahanan naik.
Asumsi keduanya sensor panas memiliki fungsi sama, menditeksi panas.

Intel fan cooler resistant thermocouple

Mengapa sensor suhu diletakan di fan.
Mungkin Intel memilih 2 sensor kontrol terpisah untuk mendapat 2 parameter terpisah
Fan pendingin procesor Intel dari merek Nidec dan Denki ini, berada di atas procesor.
Satu sinyal dari CPU , ketika panas procesor meningkat. Sistem Motherboard mengirim sinyal dari rentang 0 silent dan naik maksimum 25Khz.
Sensor internal RTD tersebut, bekerja terpisah dari sinyal PWM. Sensor yang mana mengirim sinyal atau menditeksi panas, fan mengambil angka panas tertinggi.

Seandainya procesor Intel dalam kondisi idle, tapi suhu di dalam case panas
Sensor di fan akan berputar. Ketika procesor bekerja dan panas, maka driver mengambil alih dengan putaran fan lebih tinggi untuk pendingin.

Seandainya fan jenis ini digunakan sebagai fan pendingin peralatan lain. Misal inverter, pendingin baterai atau lainnya.
Seperti yang kami coba, komponen sensor kecil di lepas dari board, lalu dihubungkan ke sebuah kabel.
Tujuannya sebagai sensor suhu ruang pada komponen elektronik lain.

fan with sensor temperature control speed RPM

Ternyata fan procesor 4 pin memiliki cara kerja berbeda dari fan 3 atau 2 pin.
Ketika fan terhubung ke power 12V, putaran fan bekerja 100%, tidak mengikuti sensor dari RTD.

Pertanyaanya bila tidak terhubung ke board computer, apakah fan Intel dapat di kontrol.
Bisa, caranya seperti mengunakan board modul PWM, atau di kontrol dengan program Arduino untuk memberi sinyal.

Sementara modul PWM, mengirim sinyal ke fan PWM.
Fan juga memiliki sensor sendiri yang terpisah dari modul kontrol.

fan with thermal sensor

Bila fan yang memiliki sensor panas, dan sensor diletakan di luar fan
Artinya fan akan bekerja dengan 2 parameter (2 sensor).
Pertama, dari perintah modul board PWM yang mendektsi panas pada tempat tertentu.
Kedua, fan menditeksi suhu di sensor internal.

Itulah rahasia fan Intel yang tidak kita lihat, fan Intel jaman dulu ternyata lebih canggih.

Bagaimana aplikasinya lihat kebutuhan kita sendiri.
Seperti percobaan dibawah ini, mengunakan 2 fan. Satu fan di program, tapi satu fan dengan internal sensor suhu bekerja terpisah.




Sampai disini tentang rahasia fan Intel internal thermocouple untuk sensor suhu yang tidak terlihat.
Aplikasi selanjutnya membuat perangkat PWM fan control sendiri.

PWM Fan controller programmer

Selanjutnya, merasa kurang pas dengan modul jadi tapi kurang fleksibel.
Mungkin kita sering mendengar suara mesin ATM dengan fan bekerja nonstop dan berisik. Mengapa si pembuat mesin ATM tidak menempatkan kontrol pendingin yang ngak berisik, gitu loh.
Tentu saja itu kan untuk industri. Menjaga mesin di suhu lebih dingin dapat menghindari kerusakan komponen.

Atau siapa tahu kita ingin mengatur panas sebuah perangkat misalnya satu procesor kecil, yang bekerja sampai 60 deg.C Dan kita membutuhkan kinerja 24 jam untuk perangkat display.
Bagian komponen layar, sampai power supply yang bekerja nonstop perlu di dinginkan.

Kasus yang kami temui sebuah set top box Android T. Ketika memutar video HEVC, suhu CPU dapat mencapai suhu diatas 60 deg.C. Ini salah satu contoh dari procesor Amlogic ketika melakukan proses decode video. Maka procesor menjadi lebih panas.

Modul untuk program yang dipakai adalah board Arduino atau ESP8266, dapat ditambah dengan sensor suhu. Atau hanya sebagai generator sinyal PWM.

Modul pengatur suhu ESP8266 Arduino Nano

Sistem otomatis, yang dibutuhkan 1 board, 1 sensor, konektor power, power fan dan kabel penghubung

Beberapa sensor yang dapat dipakai dengan program modul board Arduino

Tersedia di banyak model dari ukuran kecil  dan besar..
Termasuk sensor non kontak, bentuk modul atau paket terlindung plastik atau modul board untuk menditeksi suhu disekitar sensor.

Sensor model Thermocouple, yang ditempelkan ke bagian yang akan di ukur, dengan bentuk seperti transisitor atau dikemas dengan pelindung anti air.

Dibawa ini tipe sensor suhu untuk perangkat Arduino

Model Sensor
DHT11/ AHT10
DHT22 BMP180 BMP/BME 280 LM75 TMP 36 LM35, 355, LM34 DS18B20
Data Digital Digital Digital Digital Digital Analog Analog Thermocouple
Koneksi 1 kabel 1 kabel I2C 2 kabel 1.7 - 3.6V I2C 2 kabel kabel kabel  
Power 3 - 5.5V / 1.8 / 3.6V AHT10
3 - 6V 1.8 - 3,6V -40 - 85 deg.C 3 - 5.5V 2.7 - 5.5V 4- 30V 33 - 5.5V
Rentang 0 - 50 deg.C / 85 AHT10
50 deg.C 0-65 deg.C   125 deg.C 125 deg.C 150 deg.C -55 + 125 deg.C
Kelembapan 0-100% 0-100%            
Barometrik     Tekanan Tekanan        



Sensor suhu untuk Arduino

Rancangan fan PWM untuk kontrol suhu
Contoh dibawah ini untuk awal selama memasukan program dan pengujian
Pin D10 terhubung ke pin fan PWM.

Sensor yang dipakai tipe BMP280, dari 4 pin. Terhubung dengan 2 pin A5 dan A4, pin tersebut untuk menerima sinyal dari sensor BMP280
Sensor membutuhkan power 3V dari 2 pin, power diambil dari modul Arduino.
Itu saja, hubungkan fan, power USB ke computer dan kita kirim file program sesuai keinginan kita.


Diagram control fan PWM temperature

Setelah lolos pengujian dan parameter yang tepat, seperti suhu sudah sesuai dengan termometer.

Kita tinggal pasang power 12V masuk ke board, dan tidak lagi menghubungkan power dari USB.



Wire connection pin 12V Arduino Running

Bentuk modul PWM Fan controller arduino dibawah ini.
Tambahan sebuah display untuk menganalisa dan kalibrasi. Nantinya panel OLED mini tersebut dilepas, ketika modul dipasang ke dalam perangkat.
Atau bisa saja kita membuat tambahan display sendiri, biar kelihatan keren ada sistem pemantau seperti suhu di dalam perangkat, dan kinerja fan ketika aktif.


Protipe Fan PWM Control


Fan control with PWM Arduino and Display Temp Power Fan

Satu contoh dari perangkat elektronik dibawah ini sebuah Android TV
Perangkat Android TV ZTE ini aman aman saja ketika bekerja diatas 50 deg.C
Dan suhu di sekitar procesor Amlogic hanya mencapai 40. degC. Tapi itu dengan posisi case terbuka. Ketika ditutup panas procesor kecil yang bekerja penuh dapat melonjak mencapai 60 deg.C.

Aplikasi ini hanya salah satu contoh, dimana kita dapat menempatkan pendingin yang di program sesuai keinginan kita sendiri.


Application PWM Fan Control



Contoh program (belum selesai), silakan di coba atau dapat mengambil pengembang lainnya.

Untuk program Arduino
Karena tingkat artikel ini, diartikan sudah mengerti mengupload program ke sebuah board dengan IDE.
Kami hanya memberikan program yang sudah di uji dan memberi dasar sebagai contoh, seperti apa kinerja fan PWM yang diprogram (sendiri).
Yang lain dapat dicari contoh program sejenis, dan sisanya kreatif anda untuk mengembangkan sistem kerja fan control dengan fan tipe PWM.
Silakan dikembangkan sendiri, perangkat apa yang anda butuhkan, atau sistem otomatis apa yang ingin anda buat.


#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BMP280.h>
float temperature;
Adafruit_BMP280 bmp; // I2C
#define FAN_PIN 10
#define SIGNAL_PIN 9
#define DELAY_TIME 2000 // time between measurements [ms]
#define MIN_FAN_SPEED_PERCENT 0 // minimum fan speed [%]
#define MIN_TEMP 32 // turn fan off below [deg C]
#define MAX_TEMP 34 // turn fan to full speed above [deg C]

// delete non OLED
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width,  in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
Adafruit_SSD1306 oled(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);
// delete non end OLED

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(FAN_PIN, OUTPUT);
  if (!bmp.begin(0x76))
  {
    Serial.println(F("Sensor BMP Error"));
    while (1);
  }

// delete non OLED
  if (!oled.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
  Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
  while (true);
}
oled.setTextSize(2);          // text size
oled.setTextColor(WHITE);     // text color
oled.setCursor(0, 10);        // position to display
oled.setCursor(0, 30);        // position to display
oled.clearDisplay();          // clear display
// delete non end OLED
}
void setFanSpeedPercent(int p) {
int value = (p / 100.0) * 255;
if (value >= 255)  // Limit PWM 255, prevent fan drop
{
value = 255;
}
analogWrite(FAN_PIN, value);
String pwm;
pwm=String(value);
Serial.println(pwm); // show PMW on Serial
}

void loop() {
float temp = bmp.readTemperature() - 0.8; // Temp BMP deg C
Serial.print(temp);
Serial.println(" deg C");
int fanSpeedPercent;
if (temp < MIN_TEMP) {
fanSpeedPercent = 0;
} else if (temp > MAX_TEMP) {
fanSpeedPercent = 100;
} else {
fanSpeedPercent = (100 - MIN_FAN_SPEED_PERCENT) * (temp - MIN_TEMP) / (MAX_TEMP - MIN_TEMP) + MIN_FAN_SPEED_PERCENT;
}
Serial.print(fanSpeedPercent);
Serial.println(" %Power");
setFanSpeedPercent(fanSpeedPercent);

// delete non OLED
  oled.clearDisplay(); // clear display
  oled.setTextSize(2);          // text size
  oled.setTextColor(WHITE);     // text color
  oled.setCursor(0, 5);        // position to display
  oled.println(temp);
  oled.setCursor(70, 5);         // position to display
  oled.println("C");
  oled.setCursor(0, 30);        // position to display
  oled.println(fanSpeedPercent); // text to display
  oled.setCursor(50, 30);         // position to display
  oled.println("  %FAN");
  oled.setTextSize(1);
  oled.println("Temp range 32 - 34");
  oled.display();               // show on OLED
// delete non endOLED

delay(DELAY_TIME);
}



Proyek sejenis dengan bidang berbeda dapat dilihat di bawah ini