Меню

Как понизить напряжение питания вентилятора

Введение

Компактные электрические вентиляторы, благодаря невысокой цене, используются для охлаждения оборудования уже больше полувека. Тем не менее только в последние годы технологии управления вентиляторами стали значительно развиваться. В этой статье описано как и почему это развитие имело место быть и предложены некоторые полезные решения для разработчиков.

Тепловыделение и охлаждение

Один из трендов электроники — это создание компактных устройств, обладающих богатой функциональностью. Поэтому большинство электронных компонентов приобретают все меньшие размеры. Один из очевидных примеров — современные ноутбуки. Толщина и вес ноутбуков значительно уменьшается, но потребляемая мощность остается прежней или увеличивается. Другой пример — проекционные системы и телевизионные ресиверы.

В ноутбуках большая часть тепла выделяется процессором, в проекторе — источником света. Это тепло необходимо бесшумно и эффективно удалять из системы. Самый тихий способ избавления от тепла — это использование пассивных охлаждающих компонентов, таких как радиаторы или тепловые трубки. Однако для многих популярных пользовательских устройств такой способ неэффективен и дорог.

Другой способ удаления тепла — это активное охлаждение с использованием вентиляторов, создающих поток воздуха вокруг нагревающихся компонентов. Однако вентилятор являются источником шума и, кроме того, увеличивает суммарное энергопотребление устройства, что может быть критично при питании от аккумулятора. Также добавление вентилятора увеличивает количество механических компонентов в системе, что отрицательно сказывается на надежности изделия.

Контроль скорости вращения вентилятора позволяет уменьшить описанные недостатки. Поскольку запуск вентилятора на меньших оборотах снижает шум и энергопотребление и увеличивает срок его службы.

Существует несколько типов вентиляторов и способов их контроля. Один из вариантов классификации вентиляторов может быть таким:

1. 2-х проводные вентиляторы
2. 3-х проводные вентиляторы
3. 4-х проводные вентиляторы

Методы управления вентиляторами, обсуждаемые в этой статье, такие:

1. управление отсутствует
2. on/ff управление
3. линейное управление
4. низкочастотная широтно-импульсная модуляция (ШИМ, PWM)
5. высокочастотное управление

Типы вентиляторов

2-х проводные вентиляторы имеют только выводы питания — плюс и земля. В 3-х проводных вентиляторах добавляется тахометрический выход. На этом выходе присутствует сигнал, частота которого пропорциональна скорости вращения вентилятора. 4-х проводные вентиляторы, помимо выводов питания и тахометрического выхода, имеют вход управления. На этот вход подается ШИМ сигнал и ширина импульса этого сигнала определяет скорость вращения вентилятора.

2-х проводными вентиляторами можно управлять регулируя напряжение питания или скважность ШИМ сигнала. Однако без тахометрического сигнала невозможно понять на сколько быстро вентилятор вращается. Такая форма управления скоростью вращения вентилятора называется открытым контуром (open-loop).

3-х проводными вентиляторами можно управлять аналогичным образом, но в этом случае у нас есть обратная связь. Можно анализировать тахосигнал и устанавливать требуемую скорость. Такая форма управления называется закрытым контуром (closed-loop).

Если управлять вентилятором регулируя напряжение питания, тахосигнал будет иметь форму меандра. И в этом случае тахосигнал будет всегда валидным, пока на вентиляторе есть напряжение. Такой сигнал показан на рисунке 1 (ideal tach).

При управлении вентилятором с помощью ШИМ — ситуация сложнее. Тахометрический выход вентилятора обычно представляет собой открытый коллектор. Поэтому тахосигнал будет валидным только при наличии напряжения на вентиляторе (on фаза ШИМ сигнала), а при отсутствии (off фаза) он будет подтягиваться к высокому логическому уровню. Таким образом тахосигнал становится «порубленным» управляющим ШИМ сигналом и по нему уже нельзя достоверно определять скорость вращения. Этот сигнал показан на рисунке 1 (tach).

Рисунок 1. Идеальный тахосигнал и тахосигнал при внешнем ШИМ управлении.

Для решения данной проблемы, необходимо периодически включать вентилятор на такой отрезок времени, который позволит получить несколько достоверных циклов тахосигнала. Такой подход реализован в некоторых контроллерах фирмы Analog Device, например в ADM1031 и ADT7460.

4-х проводные вентиляторы имеют ШИМ вход, который управляет коммутацией обмоток вентилятора к плюсовой шине источника питания. Такая схема управления не портит тахосигнал, в отличии от стандартной, где используется внешний ключ и коммутируется отрицательная шина. Переключение обмоток вентилятора создает коммутационный шум. Чтобы «сдвинуть» этот шум за пределы звукового диапазона частоту ШИМ сигнала обычно выбирают больше 20 кГц.

Еще одно преимущество 4-х проводных вентиляторов — это возможность задания низкой скорости вращения — до 10% от максимальной скорости. На рисунке 2 показана разница между 3-х и 4-х проводными вентиляторами.

Рисунок 2. 3-х и 4-х проводные вентиляторы

Управление вентилятором

Простейший метод управления вентилятором — отсутствие какого-либо управления вообще. Вентилятор просто запускается на максимальной скорости и работает все время. Преимущества такого управления — гарантированное стабильное охлаждение и очень простые внешние цепи. Недостатки — уменьшение срока службы вентилятора, максимальное энергопотребление, даже когда охлаждение не требуется, и непрерывный шум.

Следующий простейший метод управления — термостатический или on/off. В этом случае вентилятор включается только тогда, когда требуется охлаждение. Условие включения вентилятора устанавливает пользователь, обычно это какое-то пороговое значение температуры.

Подходящий датчик для on/off управления — это ADM1032. Он имеет выход THERM, который управляется внутренним компаратором. В нормальном состоянии на этом выходе высокий логический уровень, а при превышении порогового температурного значения он переключается на низкий. На рисунке 3 показан пример цепи с использованием ADM1032.

Читайте также:  Спортивное питание витамины для мужчин рейтинг

Рисунок 3. Пример on/off управления

Недостаток on/off контроля — это его ограниченность. При включении вентилятора, он запускается на максимальной скорости вращения и создает шум. При выключении он полностью останавливается и шум тоже прекращается. Это очень заметно на слух, поэтому с точки зрения комфорта такой способ управления далеко не оптимальный.

При линейном управлении скорость вращения вентилятора изменяется за счет изменения напряжения питания. Для получения низких оборотов напряжение уменьшается, для получения высоких увеличивается. Конечно, есть определенные границы изменения напряжения питания.

Рассмотрим, например, вентилятор на 12 вольт. Для запуска ему требуется не меньше 7 В и при этом напряжении он, вероятно, будет вращаться с половинной скоростью от своего максимального значения. Когда вентилятор запущен, для поддержания вращения требуется уже меньшее напряжение. Чтобы замедлить вентилятор, мы можем понижать напряжение питание, но до определенного предела, допустим, до 4-х вольт, после чего вентилятор остановится. Эти значения будут отличаться в зависимости от производителя, модели вентилятора и конкретного экземпляра.

5-и вольтовые вентиляторы позволяют регулировать скорость вращения в еще меньшем диапазоне, поскольку их стартовое напряжение близко к 5 В. Это принципиальный недостаток данного метода.

Линейное управление вентилятором можно реализовать на микросхеме ADM1028. Она имеет управляющий аналоговый выход, интерфейс для подключения диодного температурного датчика, который обычно используется в процессорах и ПЛИС, и работает от напряжения 3 — 5.5 В. На рисунке 4 показан пример схемы для реализации линейного управления. Микросхема ADM1028 подключается ко входу DAC.

Рисунок 4. Схема для реализации линейного управления 12-и вольтового вентилятора

Линейный метод управления тише, чем предыдущие. Однако, как вы могли заметить, он обеспечивает маленький диапазон регулировки скорости вращения вентилятора. 12-и вольтовые вентиляторы при напряжении питания от 7 до 12 В, позволяют устанавливать скорость вращения от 1/2 от максимума до максимальной. 5-и вольтовые вентиляторы при запуске от 3,5 — 4 В, вращаются практически с максимальной скоростью и диапазон регулирования у них еще меньше. Кроме того, линейный метод регулирования не оптимален с точки зрения энергопотребления, потому что снижение напряжения питания вентилятора выполняется за счет рассеяния мощности на транзисторе (смотри рисунок 4). И последний недостаток — относительная дороговизна схемы управления.

ШИМ управление

Наиболее популярный метод управления скоростью вращения вентилятора — это ШИМ управление. При таком методе управления вентилятор подключается к минусой шине питания через ключ, а на управляющий вход ключа подается ШИМ сигнал. В данном случае к вентилятору всегда приложено либо нулевое, либо рабочее напряжение питания и не возникает таких энергопотерь, как при линейном методе управления. На рисунке 5 показана типовая схема реализующая ШИМ управление.

Рисунок 5. ШИМ управление.

Преимущество данного метода управления — простота реализации, дешевизна, эффективность и широкий диапазон регулирования скорости вращения. Однако недостатки у этого метода тоже есть.

Один из недостатков ШИМ управления — это «порча» тахосигнала. Этот недостаток можно устранить, используя так называемую pulse stretching технику, то есть удлиняя импульс ШИМ сигнала на несколько периодов тахосигнала. Конечно, при этом скорость вращения вентилятора может немного увеличится. На рисунке 6 показан пример.

Рисунок 6. Удлинение импульса для получения информации о скорости вращения.

Другой недостаток ШИМ управления — это коммутационный шум. Во-первых коммутация индуктивной нагрузки вызывает появление помех в цепях питания, во-вторых может возникать акустический шум — пищание, жужжание. Электрические шумы подавляют фильтрами, а для борьбы с акустический шумом частоту ШИМ сигнала поднимают до 20 кГц.

Также стоит снова упомянуть о 4-х проводных вентиляторах, в которых схема управления уже встроена. В таких вентиляторах коммутируется плюсовая шина питания, что помогает избежать проблем с тахосигналом. Одна из микросхем, предназначенных для реализации ШИМ управления 4-х проводными вентиляторами, — это ADT7467. Условная схема приведена на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема ШИМ управления 4-х проводным вентилятором

Заключение

Подводя итоги можно сказать, что наиболее предпочтительный метод управления вентилятором — это высокочастотное ШИМ управление, реализованное в 4-х проводных вентиляторах. При таком управлении отсутствует акустический шум, значительные энергопотери и проблемы с тахосигналом. Кроме того, он позволяет менять скорость вращения вентилятора в широком диапазоне. Схема ШИМ управления с коммутацией отрицательной шины обладает практически теми же достоинствами и является более дешевой, но портит тахосигнал.

Источник

Как понизить напряжение питания вентилятора

Последние новости про Trionika смотрите тут

Размещение сквозной ссылки

Понижение напряжения питания вентиляторов

Вот уже несколько лет между Intel и AMD идет жаркая конкурентная война. А на войне, как известно, все средства хороши. Вот и пришли мы к тому моменту, когда рассеиваемой мощностью в 50Вт никого не удивишь. Причем, раньше процессоры Intel отличались умеренным тепловыделением, но выход Pentium 4 нарушил эту традицию. У процессоров AMD дела с нагревом обстоят еще хуже и переходный период наступил с момента выхода Athlon. Среди всего этого выгодно отличается Via, чей Cyrix 3 может работать вообще без вентилятора (с небольшим радиатором)! Следует отметить и работоспособность Pentium 3 и Celeron без вентилятора, но размеры радиатора при этом должны быть ужасающими. В боксовых версиях Celeron и P3 есть один плюс — вы покупаете с процессором такой кулер, который остужает именно данный конкретный кремний. Таким образом, с Celeron’ом 533 вам не придется использовать монстра, предназначенного для охлаждения гигагерцового процессора, следовательно, кулер будет не сильно шуметь. А что же AMD? А он не выпускает боксовых вариантов, что обязывает покупать вместе с каким-нибудь Duron 600, кулер, предназначенный для Athlon 1200 (возможно, в будущем, ситуация изменится). Почему обязывает? Да потому, что не во всех магазинах сегодня можно встретить нормальный выбор охлаждающих устройств. За пределами Москвы дела обстоят еще хуже. Практически все кулеры, специально предназначенные для Socket A, имеют мощный вентилятор, который очень сильно шумит. К счастью, выход есть. И заключается он в понижении напряжения питания для кулера. Как это сделать? Насколько при этом уменьшится шум? Насколько ухудшится охлаждение? С этим мы сейчас и разберемся.

Читайте также:  Мясо с кабачками при раздельном питании

Начнем со способа изменения напряжения. Коннекторы для вентиляторов бывают двух типов: PC Plug и Molex. PC Plug имеет четыре контакта:

Как видно, это 2 заземления, 12V и 5V. Стандартный вентилятор под этот коннектор имеет 2 провода: красный и черный. При этом красный провод кулера подключается к желтому от блока (12В), а черный контачит с любым из двух заземлений. Таким образом, чтобы получить 5V, достаточно просто красный провод вентилятора соединить с красным проводом блока питания, а черный оставить на своем месте. Итак, схема подключения:

Чтобы получить 7В, нужно подключить красный провод к желтому, а черный к красному, тогда 5В уйдет на заземление и останется 7. Схема:

Итак, все очень просто! Теперь о Molex Plug’е. Он имеет 3 контакта:

Переключить напряжение в этом случае не удастся, но ведь кто мешает нам соединить Molex вентилятор с PC Plug коннектором! Схемы получаются абсолютно идентичны прежним (провод сигнала не используем, остается 2, как и у PC Plug вентиляторов (у некоторых кулеров провод синего цвета заменен желтым). В этом случае есть один недостаток — мы лишаемся тахометра. Таким образом, переключать напряжение очень просто, но насколько изменится температура процессора. Читайте дальше.

Для опытов был взят кулер Thermaltake Chrome Orb. Использовалась версия с нашлепкой желтого цвета (Thermagon T905C). Спецификации:

  • Радиатор 69х45 мм;
  • Термосопротивление 0.81 C/W;
  • Вентилятор 43х25 мм (на подшипнике качения);
  • Скорость вращения 5500 RPM. Поток воздуха 22 CFM;
  • Уровень шума 29 dBa;
  • Тепловой интерфейс Thermagon T905C.

Заявленная скорость вращения вентилятора, поток воздуха и уровень шума характерны только для питания 12V. Этот кулер имеет Molex коннектор. Тестовая система:

  • Процессор: AMD Duron 650Mhz (запускался на 650 и 748Mhz);
  • Материнская плата: Giga-Byte GA 7IXE4 (чипсет AMD 750);
  • Память: 128Mb PC100 SDRAM;
  • Видео карта: ASUS v3800PRO tv in/out;
  • ЖМД: 13,6Gb Fujitsu MPE 3136AH;
  • Звуковая карта: Creative Sound Blaster Live! Value;

Бытует мнение, что так как в Socket A системах термодатчик установлен на материнской плате, а не в кристалле процессора, то результаты тестов кулеров будут не верны. Это не так. Посудите сами: какая разница между термодатчиком, встроенным в процессор, и термодатчиком, размещенном на материнской плате и вплотную прижатым к процессору? Безусловно, показания будут разными. Датчик Socket 370 будет более близок к реальной температуре ядра. Но ведь разница температур в разных режимах остается той же! Иными словами, если один кулер эффективнее другого в S370 на 2%, то и на Socket A эта разница тоже будет 2%.

Процессор на 20 минут загружался программой burnk6.exe из набора CPU Burn . Максимальная температура измерялась программой Motherboard Monitor 5.04 . Температура окружающей среды была равна 20 о C. Тестирование с закрытым корпусом проводилось, чтобы показать как работает cooler в более экстремальных условиях. Все дополнительные вентиляторы отключались. Сразу о шуме. Как вы уже понимаете, начитавшись различных обзоров — случается, что кулер сильно шумит. Что же мы получаем на 7В? Значительное снижение шума! Его уже практически не слышно на фоне винчестера и других вентиляторов. Разницы между 7 и 5V мне услышать не удалось (оба режима очень тихие). Посмотрим на результаты с Duron’ом 650:

Мы видим небольшое повышение температуры при огромном понижении скорости вращения вентилятора. Система работала стабильно на всех режимах. Теперь посмотрим на результаты, полученные при разгоне процессора до 748Mhz (напряжение процессора не поднималось):

Вот тут-то все и началось. При 12В система работала без проблем. На 7V мне все же удалось поймать компьютер на том, что он один раз завис. Правда, это могло быть простой случайностью (программной ошибкой). В целом, система сохраняла стабильность. При напряжении 5V зависания участились. Все тесты на стабильность проводились с закрытым корпусом и выключенными дополнительными вентиляторами. Также, не забывайте, что датчик расположен на системной плате и может показывать на 5-10 градусов более низкую температуру, чем внутри процессорного кристалла.

Многие опасаются ставить дополнительные вентиляторы, полагая, что они только добавят шума. Это заблуждение. Я пробовал запустить свой (noname, 80×80) от внешнего блока питания в абсолютной тишине. Шум был очень незначительный. Что касается температуры, то по моим исследованиям в системном блоке с одним дополнительным вентилятором, расположенным недалеко от процессора, температура последнего всего на 0-1 градус была выше, чем без доп. вентиля и с открытым кейсом. Традиционный вопрос: как его ставить (на всасывание или выдувание)? Практически без разницы. В обоих случаях терморежим процессора был одинаков (я, все же, себе поставил на выдувание воздуха, т.к. температура других устройств в этом случае была ниже (субъективно). Естественно, все вышесказанное не может относиться к вентиляторам всех производителей и размеров.

Кулеры, как и все механические детали, подвержены старению. Со временем шум, издаваемый ими, становится неравномерным и сильным. Я рекомендую примерно раз в полгода отклеивать наклейку с задней стороны вентилятора и капать в специально отведенное отверстие немного качественного машинного масла. Обращу внимание, что если масло будет плохим, то вы рискуете получить еще больший шум. Много масла не лейте и после процедуры обязательно заклеивайте тыльную сторону наклейкой, иначе масло может разбрызгаться по всему корпусу. В самых запущенных случаях требуется более кардинальный подход. Если кулер стоит не больше 2 долларов, очень сильно бренчит, обычная смазка не помогает и вы его собрались выкинуть, то можно попробовать его разобрать и смазать подетально (дорогие кулеры лучше не разбирать, т.к. они могут иметь сложную и хрупкую конструкцию). Чтобы вентиль разобрать, необходимо потянуть вверх лопастную часть и отделить ее от основания. Никаких ножов, молотков, пассатиж! Лопастная часть должна отойти от небольшого усилия руки. Внутри кулера могут быть намотаны различные инородные предметы в виде волос и пыли. Их необходимо удалить. Автор не несет ответственности за сломанные вентиляторы в результате попыток их смазать.

Можно посоветовать понизить напряжение Chrome Orb только владельцам Duron’ов с частотой равной или ниже 700Mhz. Понижать его ниже чем 7 Вольт не стоит, может и просто не стартануть. Температура процессора при понижении напряжения изменится незначительно, всего на 2-3 градуса, но надо помнить, что и эти градусы могут повлиять на стабильность не в лучшую сторону. В любом случае, их можно чем-либо компенсировать. Например, установкой дополнительного вентилятора. Эта манипуляция позволит значительно снизить шум системного блока, но не забывайте, что шумит там еще множество других вентиляторов и устройств.

Источник



Уменьшаем обороты кулера в блоке питания и стоит ли это делать

Всем привет! Из этого поста вы узнаете, как уменьшить обороты кулера блока питания, какую программу можно использовать, а также как уменьшить шум при его работе. О том, как поменять вентилятор в компьютерном БП , читайте тут .

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

Как уменьшить количество издаваемого шума

Почти все современные БП оборудованы 120-миллиметровыми кулерами со скоростью вращения до 1300 об/мин. К работе дорогих качественных блоков питания обычно претензий нет. Шумят они в пределах допустимой нормы, чего не скажешь о вентиляторах в дешевых БП.

p, blockquote 2,0,1,0,0 —>

Один из способов понизить уровень издаваемого шума — использовать графитовую смазку. Для ее нанесения нужно будет извлечь БП из компа, разобрать его, и демонтировать сам кулер. Если вы не нашли графитовой смазки, подойдет «Литол» или его аналог.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

Однако регулировка издаваемого шума таким способом — временное решение. Через определенный период смазка свое отработает, и процедуру придется проводить повторно.

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

Как изменить скорость вращения вентилятора

В современных материнских платах, если используется хороший БП, есть возможность регулировки его частоты вращения через BIOS. Чтобы зайти в этот интерфейс, нужно перезапустить комп и перед загрузкой операционной системы нажать одну из клавиш: F2, F10, Delete или Escape. Какую именно, зависит от модели системной платы.

p, blockquote 5,1,0,0,0 —>

В БИОСе необходимая настройка обычно содержит в названии слова Power Supplie FAN или PS Fan. Перед тем как снизить частоту вентилятора таким способом, учитывайте, что подобной опции может вообще не быть — например, если в компьютере используется дешевый БП или материнка, выпущенная несколько лет тому назад.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Если такой опции нет, для регулировки можно воспользоваться устройством, которое называется реобас. Это обычный реостат, с помощью которого изменяется подаваемое на выходе напряжение, что дает возможность управлять частотой вращения пропеллера БП.

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

Опять же, придется разобрать БП и вместо кулера подключить к нему реобас, а сам вентилятор — уже к реобасу. Неудобство такого способа в том, что автоматических регулировок не предусмотрено: частота вращения лопастей устанавливается с помощью регулятора — ползунка или «крутилки».

p, blockquote 8,0,0,1,0 —>

Также для вас будут полезны статьи « Как отключить питание USB при выключенном ПК » и «Как узнать, подлинная ли видеокарта установлена на компьютере». Буду признателен всем, кто поделится этой публикацией в любой социальной сети. До завтра!

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

p, blockquote 10,0,0,0,0 —> p, blockquote 11,0,0,0,1 —>

Источник