СмартПульс
- держите руку на пульсе высоких технологий!
Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
СмартПульс
- держите руку на пульсе высоких технологий!
Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная - Разное - Снизить скорость вентилятора - зачем это делается и как это сделать "с умом"
Если вентиляторы в кулерах процессоров и видеокарт работают, как правило, "с умом" (адаптацией к текущей нагрузке и температуре), то остальные вентиляторы в компьютерах обычно работают "тупо и в лоб" на максимальных оборотах.
Вроде бы, ничего страшного в этом нет: чем выше обороты, тем лучше охлаждение компьютера и его составных частей; не правда ли?!
Но в работе вентиляторов на оборотах, избыточных для текущего режима компьютера, есть и вредные составляющие.
Во-первых, они создают лишний шум. Психологический комфорт пользователя тоже надо соблюдать. И охрану труда, разумеется!
Во-вторых, повышенная производительность вентиляторов сверх необходимого приводит к "закачке" в компьютер излишнего количества пыли, которая оседает на внутренних компонентах компьютера и может привести к их перегреву. Придётся чаще чистить компьютер (а кто этого делать не будет - сам виноват).
А в-третьих, повышенная скорость вентилятора вредна и ему самому - его срок службы сокращается. Особенно актуально это для вентиляторов с подшипниками скольжения (Sleeve bearing), но и подшипники качения (шарикоподшипники, Ball bearing) - тоже не вечные.
(Кликнуть для увеличения; откроется в новом окне)
Иногда подшипники предупреждают о своей скорой кончине повышенным шумом; но иногда умирают (или застревают) тихо и без предупреждения. А это уже чревато выходом из строя куда более дорогостоящей аппаратуры, нежели сам несчастный вентилятор!
Итак, снижение скорости вентилятора может иметь тройную пользу! Но может и не иметь никакой пользы, а один только вред, если в результате снижения скорости перегревается защищаемая аппаратура.
Какой же выход?!
Очень простой: сделать скорость вентилятора пропорциональной температуре. Собственно, в кулерах процессоров и видеокарт это так и делается, и ничего дорабатывать там не надо. А вентиляторы в блоках питания и корпусные вентиляторы очень желательно доработать, сделав их скорость температурно-зависимой (хотя в наиболее дорогих и "приличных" блоках питания тоже есть такая система - автоматическая регулировка скорости вентилятора).
Далее будет рассмотрено внедрение системы снижения скорости вентилятора и её автоматической регулировки на примере установки в Mobile Rack; но по аналогии возможна установка такой системы для управления любым вентилятором в компьютере (и не только в компьютере).
Оглавление
1. Кратко: "древние" способы снижения скорости
вентилятора
2. Как снизить скорость вентилятора "по умному"
3. Описание синхронного понижающего DC-DC
преобразователя на чипе MP2315
4. Описание и тест терморезистора (термистора)
MF52AT
5. Подключение терморезистора к понижающему DC-DC
преобразователю
6. Доработка Mobile Rack (мобил рэк) с "умным"
снижением скорости вентилятора
7. Тест системы снижения скорости вентилятора и её
автоматической регулировки в реальных условиях
Проблема замедления вентиляторов возникла ещё в далёкой древности, на заре компьютерной эры. Решалась она примитивно.
Самый распространённый способ - вставить в цепь питания вентилятора резистор, снижающий напряжение на вентиляторе. Иногда при слишком большом сопротивлении резистора вентилятор отказывался запускаться, тогда его подталкивали карандашом или пальцем. :)
Решение этой проблемы было найдено: для успешного запуска стали добавлять "пусковой конденсатор" - электролит большой ёмкости параллельно гасящему резистору.
Кому было не лень, городили схемы с линейными стабилизаторами на напряжения 7-10 В.
Самый извратный способ включения вентилятора -
между напряжениями +5 и +12 В компьютерного блока питания. Вентилятор
при этом почти гарантированно запускался (на нём было стабильное напряжение 7 В),
но вращался довольно медленно. Главное - при таком способе не
требовалось ни одной дополнительной детали!
Идея проста, и в том или ином варианте реализовывалась в готовых контроллерах скорости вращения вентилятора; но мы пойдём другим путём и всё сделаем своими рукам и в крайне миниатюрном варианте (пригодном для установки куда угодно).
Итак, берём понижающий импульсный DC-DC преобразователь синхронного типа, а в цепь регулировки его выходного напряжения добавляем терморезистор; причём добавляем в такое место схемы, чтобы при повышении внешней температуры напряжение на выходе преобразователя тоже повышалось.
Выбираем в данном случае преобразователь
синхронного типа не столько ради того, что у него немного лучше КПД, чем
у "обычных" DC-DC преобразователей; сколько
ради его миниатюрности (не нужен мощный диод в схеме).
Главное, за что был выбран этот преобразователь - его миниатюрные габариты: 20.5*10.5*6 мм:
Несмотря на очень малые габариты, преобразователь - очень сильный; выходной ток допускается до 3 А! Правда, в детальных обзорах этого преобразователя пишут, что его устойчивая работа возможна только до токов 1.5 - 2 А; но и этого достаточно для питания не только обычных компьютерных вентиляторов, но и даже для мощных вентиляторов в серверах.
Левый нижний ряд резисторов на платке служит для выбора фиксированного выходного напряжения из числа предусмотренных. Выбор делается путём пайки нужной перемычки на обратной стороне платы:
Если требуется выбрать фиксированное напряжение, то сначала надо разорвать (разрезать, процарапать) перемычку у контактов с надписью "ADJ". Но нам это не потребуется.
И, вид сверху для последующего выбора места пайки терморезистора:
Главный чип имеет обозначение IAGCM - именно так он и должен обозначаться согласно документации его производителя.
Типовая схема преобразователя на MP2315 приведена в datasheet-е на этот чип:
Схема преобразователя на выбранной плате немного отличается номиналами от приведённой "канонической" схемы. Нас будет интересовать резистор R2. Кодовое обозначение его номинала на самом резисторе - 84B.
По таблице номиналов в Интернете находим, что номинал - 7.32 кОм, допуск 1%.
Второй резистор в цепи обратной связи
(R1) в нашем случае - переменный резистор, с
помощью которого будем устанавливать желаемое напряжение на выходе при
неких "нормальных условиях".
Надо сказать, что этот терморезистор оказался немножко "котом в мешке". Точно было известно, что его температурный коэффициент - отрицательный. А как он поведёт себя в "боевых" условиях, было не совсем ясно. Так что пришлось сделать небольшой тест этого термистора своими руками.
Кстати, были куплены термисторы номиналом 10 кОм (номиналы нормированы для температуры 25 градусов). Номинал был выбран в значительной степени "наобум", но, как оказалось, чутьё не подвело опытного радиолюбителя. :)
Термисторы - очень маленькие, и представляют собой бусинки с двумя тонкими ножками:
Толщина термистора в "толстом" месте (в районе выхода из него ножек) составила 3 мм, в "тонком" месте - 2.5 мм.
Вероятно, такие или аналогичные датчики температуры были применены в простых термометрах-гигрометрах, описанных в этом обзоре.
Для тестирования терморезистора в непростых домашних условиях он был подсоединён к щупам мультиметра, затем эта конструкция вместе с датчиком электронного термометра была помещена на дно пробирки, затем пробирка в месте выхода из неё кабелей заткнута бумажной пробкой, а затем нижняя часть пробирки погружена в сосуд с охлаждённой водой.
После некоторого ожидания температура термистора и датчика температуры стабилизировались, и температура воды стала медленно подниматься, потихоньку приближаясь к температуре окружающей среды (которая в этот жаркий день составляла 27.5 градусов). А после этого в ёмкость была ещё добавлена тёплая вода.
Сопротивление термистора замерялось при изменении его температуры с шагом около 1-го градуса (с небольшим пропуском). Получился такой график:
Как можно видеть, даже в относительно небольшом
интервале температур сопротивление термистора менялось очень резко.
Учитывая отрицательный температурный коэффициент термистора, единственный способ, куда его можно подключить с пользой для задуманного дела, это - параллельно резистору R2 на плате DC-DC преобразователя.
Подключить его можно просто и элегантно: просто припаяв к плате сверху. Паять, естественно, надо очень аккуратно уголком жала паяльника. "Прямые руки" очень пригодятся!
Так выглядит получившаяся конструкция в ракурсах сверху и сбоку:
Как можно видеть, доработка - элементарная; и, кроме аккуратности, для её проведения ничего не требуется.
Особенность доработки состоит в том, что благодаря параллельному подключению соизмеримых по номиналу резисторов ("обычного" и термистора) будет снижена гиперчувствительность суммарного сопротивления к изменению температуры (которая была свойственна термистору). В результате зависимость напряжения на выходе DC-DC преобразователя будет плавной, а не резкой на уровне "включено-выключено".
Насколько плавной - покажет тест готовой системы.
Кроме того, надо отметить, что, поскольку применённый DC-DC преобразователь по своей сути - понижающий; то на выходе никогда его напряжение не превысит напряжение внешнего питания на его входе (для компьютера это - 12 В). Таким образом, сжечь вентилятор эта система никогда не сможет. :)
В процессе настройки выходного напряжения преобразователя оно было установлено на уровне 9 В при температуре окружающей среды в 27 градусов (это был жаркий день).
И ещё: благодаря высокому КПД DC-DC преобразователя
и его низкому собственному потреблению энергии он сам не будет
источником тепла в системе; это - ещё один из плюсов применённого
способа снижения оборотов вентилятора (точнее, автоматической
регулировки скорости его вращения).
Данная система была применена в устройстве Mobile Rack, или, более по-русски, "сменный бокс", "салазки", "контейнер" для HDD. Устройство позволяет легко подключать к компьютеру жесткие диски (HDD) без разборки самого компьютера. Это очень удобно в случаях, когда HDD нужно подключить к компьютеру временно: например, для работы с архивом данных или для "накатывания" на диск готовой операционной системы с набором заранее заготовленных приложений.
Эти устройства разработаны очень давно, но до сих пор есть в продаже, например, на Яндекс.Маркет. Реклама. ООО "Яндекс" ИНН 7736207543
Так он выглядит в сборе, но до установки в компьютер:
Из-за тесноты внутри контейнера, куда вставляется HDD, устройству необходима вентиляция; поэтому Mobile Rack почти всегда содержат встроенный вентилятор. Вентилятор этот может быть только маленьким, и потому производители для гарантированного охлаждения HDD устанавливают высокооборотные "жужжалки".
Нельзя сказать, что звук от этого вентилятора является преобладающим в компьютере (он слабее, чем от вентилятора в блоке питания), но свою печальную лепту в общий шум он вносит.
Так выглядят внутренности Mobile Rack, если извлечь контейнер для HDD:
У задней стенки устройства расположены его вентилятор и плата соединений. Никакой активной электроники на ней нет, но свободного места на ней всё равно мало. Вот здесь и пригодится миниатюрность изготовленной системы!
Откручиваем заднюю стенку Mobile Rack, устанавливаем на плату устройства нашу плату DC-DC преобразователя с терморезистором, и выполняем паяльником необходимые соединения:
Тонкости установки.
Сначала на основную плату устройства приклеиваем кусок твёрдого пластика, чтобы наш DC-DC преобразователь ни с чем не замкнулся.
Затем на этот пластик приклеиваем с помощью объёмного клея (например, силиконового) наш преобразователь с термистором. Чтобы преобразователь не "съехал" со своего места до засыхания клея, чем-нибудь его прижимаем к основной плате (в данном случае он закреплён с помощью синей проволочки).
Питание DC-DC
преобразователя подключаем к тому контакту на основной плате, который
подавал питание на вентилятор; а выход подаём на вентилятор. В данном
случае проводник выхода (бело-оранжевый) просто вставлен в положительный
контакт разъёма вентилятора; а сам разъём повёрнут на бок и его земляной
контакт вставлен на то же место, куда он и раньше вставлялся.
После запуска системы в эксплуатацию был снят график зависимости напряжения на вентиляторе от температуры по мере прогрева компьютера после его включения; вуаля:
Что можно сказать по этому графику и по ощущениям от работы "умной" системы снижения скорости вентилятора?
Собственно, график подтверждает, что всё задуманное получилось!
Во-первых, чем выше температура внутри Mobile Rack, тем выше напряжение на вентиляторе и, соответственно, выше скорость его вращения.
Во-вторых, эта зависимость - одновременно и достаточно хорошо выраженная, и достаточно мягкая (т.е. нет резкого перехода "вентилятор еле движется - вентилятор включён на полные обороты").
И, в третьих, шум от вентилятора, действительно, снизился. Теперь в момент включения компьютера шума от него совсем не слышно, и только по мере разогрева появляется шум; но значительно слабее, чем до установки автоматической регулировки скорости вращения со снижением оборотов.
На этом можно перейти к итогам.
В какой-то мере в ходе проведённой работы был заново "изобретён велосипед", ибо системы автоматической регулировки скорости вентилятора известны давно. Можно даже купить вентилятор со встроенной системой.
Но в данном случае была изготовлена система одновременно и мощная, и миниатюрная, и имеющая высокий КПД. Её можно использовать даже для одновременной параллельной регулировки скорости нескольких вентиляторов (если их суммарный потребляемый ток не превысит примерно 1.5 А).
Естественно, наиболее правильное применение такой системы - в тех случаях, когда вентиляторы в устройстве уже есть, а никакой регулировки оборотов у них нет. Вот здесь и поможет подобного рода миниатюрная плата регулировки, которую можно установить почти куда угодно. Собственно, именно такой случай и был рассмотрен выше.
Кроме того, пользователь может сам её настроить под
конкретную ситуацию (достаточно подкрутить подстроечный резистор): в одних случаях
может потребоваться более высокая скорость вентилятора; а в других -
наоборот, будет достаточно и более низкой. Более того: в каких-то
ситуациях можно будет обойтись и упрощённой версией регулятора - без
термистора (с фиксированным выходным напряжением).
Синхронный понижающий DC-DC преобразователь микроскоп купить можно на Алиэкспресс, например, у этого продавца; цена на дату публикации статьи - около $1.1 с учётом доставки (в дальнейшем цена может меняться, проверяйте!). Если у других продавцов будет дешевле, то тоже можно брать - товар одинаковый. Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Термисторы можно купить у этого продавца, цена - около $0.5 за десяток! Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Весь раздел "Сделай сам! (DIY)" - здесь.
Ваш Доктор.
18 июля 2024 г.
Вступайте в группу
SmartPuls.Ru
Контакте!
Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
Комментарии вКонтакте:
При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!
Доктора!
(Администрация сайта - контакты и информация)
Группа
SmartPuls.Ru
Контакте
- анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них