Система охлаждения персонального компьютера

 

Минус внешнего источника соединяется с минусовым проводом вентилятора и разъема. Плюсовой провод от вентилятора подключается к выводу внешнего источника. Выход датчика оборотов не трогаем.

Помните, что  обычно для регулировки оборотов напряжение меняют в пределах 7...13,5 Вольт. Если хотите подать больше - ваше дело, только потом не говорите, что вас не предупреждали... И лучше всего держите наготове запасной кулер.

 

2.1. Устройство термоконтроля

 

Основная проблема, которая связана с работой  кулера - шум, который со временем сильно надоедает. Особенно это касается небольших офисов, где на "двадцати квадратах"- может размещаться 5-6 машин. И это притом, что на таких машинах, как правило, работают программы не требующие больших ресурсов. Частично избавится от шума возможно, например, снизив скорость вращения крыльчатки вентилятора, подключив минусовой провод кулера (обычно черный) не к общему, а к +5в (красный провод питания) тем самым, снизив напряжение питания кулера до 7 вольт, или запитать кулер через стабилитрон в обратном включении. Хотя это и небезопасно, так как может привести к выходу из строя компонентов компьютера в результате недостаточного охлаждения. С вентиляторами, которые подключаются к материнской плате, еще как-то можно бороться, но с основным источником шума - вентилятором в источнике питания дело обстоит сложнее, хотя бы потому что этот вентилятор обеспечивает охлаждение системы в целом. Конечно, дорогие фирменные источники оснащены системой регулирующей работу кулера, но в большинстве компьютеров таких систем нет. Дело в том что производители компьютеров стараются максимально снизить стоимость своей продукции, применяя дешевые источники питания.

Чтобы понизить звук, издаваемый вентиляторами персонального  компьютера, можно пойти по пути разумного снижения скорости их вращения. В самом деле, всегда ли нужен пропеллер, гоняющий воздух (и пыль) на полную мощность? Принудительный обдув необходим, если температура охлаждаемого объекта превышает некоторую определенную величину, а ниже нее вентиляторы могут работать вполсилы или не работать вообще, постепенно ускоряясь до своей максимальной скорости с повышением температуры. Так, например, радиаторы современных блоков питания для ПК остаются практически холодными при типовой нагрузке (обычно она заведомо меньше половины максимальных возможностей блока), то есть, нет никакой необходимости "гонять" вентилятор блока питания на полных оборотах, тем более что часто именно он дает основной вклад в шум системного блока.

Чтобы снизить  тепловыделение процессора во время  даже кратковременных (доли секунды) простоев применяются различные программные охладители (например, CPUidle, Waterfall и др.) которые при помощи специальных команд "усыпляют" процессор во время пауз в работе, благодаря чему его температура резко снижается. Более того, подобные средства программного охлаждения уже встроены в ядро многих современных опера систем (Windows, Linux и др.), и достаточно лишь их активизировать (например, надо установить Windows при включенной в BIOS материнской платы опции ACPI, и эти команды начнут работать автоматически). При этом температура процессора во время вашей активной работы с Word'ом, Photoshop'ом, почтой или браузером вряд ли будет подниматься выше 35 градусов! В этих ситуациях вполне логично замедлить вращение вентилятора процессорного кулера, уменьшив его шум и существенно увеличив срок службы.

Для каждого  применения критическая температура  регулировки вентиляторов может  быть своя, однако в большинстве  случаев внутри системного блока  вполне подойдет единая универсальная  настройка. До температуры термодатчика (расположенного в нужном месте) в 35-40 градусов Цельсия (такая температура далека от критической для любых компьютерных компонентов) вентилятор может вообще не работать, либо работать с минимальным количеством оборотов. При этом издаваемый им звук будет намного тише обычного (на 10-15 дБ при вращении на половинной скорости), а долговечность работы вырастет в несколько раз! По мере повы температуры примерно до 55 градусов вентилятор должен разгоняться на полную скорость и выше 55 градусов - работать на максимальной скорости.

Предлагаемая  ниже схема обеспечивает простую  регулировку оборотов вентилятора  без контроля оборотов. В устройстве использованы отечественные транзисторы  КТ361 и КТ814.

 
рис.7 Принципиальная схема регулятора.

 
 

Конструктивно плата размещается непосредственно в блоке питания, на одном из радиаторов и имеет дополнительные посадочные места для подключения второго датчика (внешнего) и возможность добавить стабилитрон, ограничивающий минимальное напряжение, подаваемое на вентилятор.

 

 
рис.8 Внешний вид и топология  печатной платы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
Существуют и более сложные  схемы регулировки, например - FANSpeed (рис.9)

 

 

 

Функция такого управления скоростью вентилятора  от термодатчика реализована в простой  электронной схеме (рис.9). Схема содержит простейший операционный усилитель типа КР140УД7 (можно применить и КР140УД6), один транзистор (КТ814 или КТ816 любой буквы - только для вентиляторов с максимальным током не более 220 мА), стабилитрон VD1 (любой из КС162 или КС168), несколько резисторов и конденсаторов (допуск номиналов для резисторов - 10 %, для конденсаторов - любой), и обычные кремниевые диоды общего применения (например, КД521, КД522 и др.) в качестве термодатчиков VD3 и VD4. Элементы R9, HL2 и VD6 необязательны и служат только для индикации величины выходного напряжения по яркости свечения светодиода HL2, однако светодиод HL1 необходим, поскольку стабилизирует работу схемы при измене питания. 

Работа схемы  регулировки скорости вращения вентиляторов от температуры основана на уменьшении с нагревом напряжения на p-n переходе диода (около 2 мВ на градус Цельсия). Настройка рабочего режима схемы сводится к установке подстроечным резистором R4 выходного напряжения, подаваемого на вентилятор, равным примерно 6,5 Вольт при температуре датчика в 37 градусов Цельсия и разомкнутом джампере JP1. Для этого этого датчик на минуту засовывают в подмышку (сухую - чтобы исключить электроконтакт с проводящей кожей). Термочувствительность схемы (скорость увеличения выходного напряжения с температурой) определяется в частности номиналом резистора R6 и для варианта с одним диодом составляет примерно 0,3 Вольта на градус, то есть при данной калибровке на выходе будет 12 Вольт при температуре примерно 55 градусов.

Большинство из 12-вольтовых вентиляторов (как больших для блоков питания, так и поменьше для процессоров и видеокарт) способны стабильно вращаться при напряжении питания 3-5 Вольт (при этом их скорость примерно вдвое меньше номинальной). Однако для уверенного запуска часто необходимо более высокое напряжение 6,5-7 Вольт. Именно с этим расчетом в схему введены диод VD5 и двухпиновых джампер JP1 - при замкнутом джампере напряжение на вентиляторе не опустится ниже примерно 6,5 Вольт даже при температуре 20-25 градусов, что обеспечит бесперебойное вращение вентилятора на низкой скорости. Если вы хотите, чтобы при температуре ниже 30 градусов вентилятор останавливался совсем, джампер надо оставить разомкнутым. Для работы схемы можно использовать один или два диодных термодатчика, включенных параллельно. В последнем случае диоды VD3 и VD4 надо подобрать с примерно одинаковым прямым падением напряжения при одинаковой температуре, а номинал резистора R6 увеличить до 20 кОм. Схема будет срабатывать по более горячему датчику, поэтому, расположив их в разных местах, можно одной приставкой контролировать сразу две температуры. Например, на фотографии один термодатчик расположен прямо на печатной плате приставки и контролирует температуру окружающего воздуха, а другой - выносной на один из радиаторов. При монтаже термодатчиков на радиаторах следует тщательно избегать электрического контакта (и утечек) между выводами диода и другими металлическими частями компьютера, иначе схема будет работать неправильно.

Изменив некоторые  номиналы схемы, можно заменить диоды VD3, VD4 на стандартный выносной термодатчик для материнских плат (например, 10-кОмный термистор, см. фото) - конструкция его термочувствительной части больше подходит для монтажа на процессорных кулерах, однако и стоит он намного дороже обычного диода.

Если вентилятор оснащен датчиком скорости вращения (три провода вместо двух), то этот третий провод (контакт ј3 разъема  на вентиляторе) идет в обход схемы. При этом датчик вращения будетисправно  работать до напряжения на вентиляторе 4,5-5 Вольт, выдавая меандр с логическими уровнями 0 и 5 вольт и удвоенной частотой вращения ротора: два противоположно расположенных на роторе (для равновесия) магнитика по очереди "включают" датчик Холла в статоре, имеющий выход типа открытый сток (коллектор), "подтянутый" на системной плате резистором к питанию +5 В. Однако при низких скоростях вращения (обычно ниже 2600 об./мин. для питания вентилятора меньше 6,5 В) многие материнские платы не способны адекватно считать обороты, выдавая при этом 0. Уверенный счет чаще начинается с 2800-3000 об./мин., так что это нужно учитывать в работе, чтобы попусту не пугаться.

Для уменьшения шума рекомендуется применять проволочную решетку (круглого сечения) для вентиляторов блоков питания и системных блоков (трехдюймовый типоразмер). Снижает свист ветра и улучшает воздуходув по сравнению со штампованными отверстиями в жести корпусов (рис.10).

 

 
 

Защита системного блока от пыли. Обмен опытом.

Есть два  устройства, которые создают внутри себя низкое давление, одно из них пылесос, другое компьютер.

 Сложно сказать  чем руководствовались разработчики, применив именно такую систему  охлаждения, но, тем не менее, так  оно есть. И единственный способ  борьбы с ней - это установка  дополнительных вентиляторов в  нижнюю часть передней стенки корпуса и защита их фильтрами. Вентиляторов лучше ставить два - для создания внутри повышенного давления. Нагнетаемый ими воздух частично будет вытягиваться вентилятором блока питания, частично через щели корпуса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Устройство вентилятора

Вентилятор  состоит из корпуса (обычно в виде рамки), электродвигателя и крыльчатки, закреплённой при помощи подшипников  на одной оси с двигателем (Рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Компоненты вентилятора

От типа установленных подшипников зависит надёжность вентилятора. Производители заявляют такое типичное время наработки на отказ (количество лет получено из расчёта круглосуточной работы) (Таблица 1.2).

С учётом морального старения компьютерной техники (для  домашнего и офисного применения это 2-3 года), вентиляторы с шарикоподшипниками можно считать "вечными": срок их работы не меньше типового срока работы компьютера. Для более серьёзных применений, где компьютер должен работать круглосуточно много лет, стоит подобрать более надёжные вентиляторы.

 

Таблица 1.2 - Зависимость работы вентилятора  от марки подшипника

Тип подшипника	Время наработки  на отказ		Подшипник скольжения
	часов	лет
(sleeve bearing)	10 000	1	Один подшипник  скольжения, один подшипник  качения
(ball bearing)	20 000	2	Два подшипника качения
(2 ball bearing)	30 000	3	Гидродинамический подшипник

 

3.1. Характеристики вентиляторов

Вентиляторы различаются  по своему размеру и толщине: обычно в компьютерах встречаются типоразмеры 40×40×10 мм, для охлаждения видеокарт и карманов для жёстких дисков, а также 80×80×25, 92×92×25, 120×120×25 мм для охлаждения корпуса. Также вентиляторы различаются типом и конструкцией устанавливаемых электродвигателей: они потребляют различный ток и обеспечивают разную скорость вращения крыльчатки. От размеров вентилятора и скорости вращения лопастей крыльчатки зависит производительность: создаваемое статическое давление и максимальный объём переносимого воздуха.

Объём переносимого вентилятором воздуха (расход) измеряется в кубометрах в минуту или кубических футах в минуту. Производительность вентилятора, указанная в характеристиках, измеряется при нулевом давлении: вентилятор работает в открытом пространстве. Внутри корпуса компьютера вентилятор дует в системный блок определенного размера, потому он создаёт в обслуживаемом объёме избыточное давление. Естественно, что объёмная производительность будет приблизительно обратно пропорциональна создаваемому давлению. Конкретный вид расходной характеристики зависит от формы использованной крыльчатки и других параметров конкретной модели. Например, соответствующий график для вентилятора GlacialTech SilentBlade GT80252BDL (Рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 - Производительность вентилятора SilentBlade GT80252BDL

Общий вид вентилятора SilentBlade II GT80252-BDLA1приведен на рисунке 1.9, а его характеристики ниже.

Рисунок 1.9 - Общий вид вентилятора SilentBlade II GT80252-BDLA1

Характеристики  вентилятора SilentBlade II GT80252-BDLA1

Вентилятор  для охлаждения корпуса ПК

Низкий уровень  шума

Напряжение  питания 12 В

Подшипник 2 х  Качения

Скорость вращения 1700 (± 10%) об. /мин.

Поток воздуха 26.3 CFM

Шум 18 дБ

Размеры 80 х 80 х 25 мм

Вес 72.5 г

Разъем питания  Коннектор 3-pin + 4 - pin

Цвет Черный

Из этого  следует простой вывод: чем интенсивнее  работают вентиляторы в задней части корпуса компьютера, тем больше воздуха можно будет прокачать через всю систему, и тем эффективнее будет охлаждение.

Уровень шума, создаваемый  вентилятором при работе, зависит  от различных его характеристик. Несложно установить зависимость между производительностью и шумом вентилятора. На сайте крупного производителя популярных систем охлаждения Titan, в разделе корпусных вентиляторов мы видим: многие вентиляторы одного и того же размера комплектуются разными электродвигателями, которые рассчитаны на различную скорость вращения. Поскольку крыльчатка используется одна и та же, получаем интересующие нас данные: характеристики одного и того же вентилятора при разных скоростях вращения. Составляем таблицу для трёх самых распространённых типоразмеров: толщина 25 мм, 80×80×25 мм, 92×92×25 мм и 120×120×25 мм (Таблицы 1.3).