Организация эффективного и малошумящего охлаждения Атлона

для раздела Лаборатория

Эта статья была прислана на наш второй конкурс.


Целью создания описываемого в данной статье устройства является снижение акустического шума, создаваемого вентиляторами охлаждения компьютера во время прослушивания музыки и просмотра фильмов, а так же увеличение срока их службы за счёт рационального регулирования скорости вращения. Тема становится очень актуальной, при работе в Интернете или негромком прослушивании любимых песен в ночное время, после суматошного дня, когда все домашние уже давно видят десятые сны.

Как известно, количество тепла, выделяемого процессором, зависит от степени его загрузки, т.е. при прослушивании музыки, работе в Microsoft Office и т.п. процессор загружен слабо и нет необходимости гонять вентиляторы на полной скорости. Принцип работы устройства заключается в регулировании частоты вращения вентиляторов (центрального процессора, дополнительного обдува, блока питания) в зависимости от температуры центрального процессора. По похожему принципу работают некоторые модели вентиляторов со встроенным термодатчиком и регулятором частоты вращения. Но не все модели имеют вполне нормальные характеристики работы, да и стоят они в 1.5-2 раза дороже, нежели их обычные собратья (для сравнения - Volcano 7 стоит порядка 16$).

Все испытания проводились на компьютере со следующей конфигурацией:

  • Материнская плата – DFI AD75 на чипсете KT333,
  • Процессор – Athlon XP 1700+,со снятой защитой от разгона - закорачиванием мостиков L1, работающий как 1800+ (133х11.5),
  • Блок питания "noname" – 250 Вт,
  • Корпус – низкий с вертикальным расположением блока питания, параллельно материнской плате (рисунок 1в),
  • CD-RW NEC 8х4х32, HDD – WD 40Гб, 7200 об/мин,UDMA100,
  • Creative Sound Blaster Live! 5.1, Ati Rage Pro,
  • CPU Cooler – Acorp C786AXP (Алюминий, цена– 34гривны ~ 6.3$).
  • ОС Windows 98SE,Windows XP, Via 4in1 1.438.

Все замеры температуры снимались с термодатчика, расположенного на материнской плате, под процессором. Разница показаний этого термодатчика и термодатчика интегрированного в процессор, в данном случае, составляет 12 градусов Цельсия. Итак, обо всём по порядку.

В продаже встречаются корпуса ATX двух типоразмеров: высокий, с блоком питания расположенным в верхней части корпуса над материнской платой (рисунок 1а) и низкий, с блоком питания, расположенным параллельно материнской плате (рисунок 1в). Наилучшим вариантом для Athlon можно считать первый вариант корпуса с расположением блока питания вверху, не параллельно материнской плате, а над ней. Такой выбор обусловлен тем, что блок питания не загромождает пространство над центральным процессором и не препятствует циркуляции воздуха у радиатора процессора.

Рисунок 1





В нашем случае мы имеем второй вариант корпуса. Следует заметить, что в таком корпусе охлаждение Athlon`а – задача весьма сложная и без использования дополнительного вентилятора не реальная вообще. После множества проделанных экспериментов удалось заметить, что температура процессора резко снижается если дополнительный вентилятор расположен в верхней части корпуса, между блоком питания и CD-ROMом так, чтобы струя воздуха была направлена прямо на вентилятор процессора (рисунок 2).

Рисунок 2

В этом случае дополнительный вентилятор подаёт свежий воздух на вход вентилятора процессора и сдувает облако тёплого воздуха, образующееся вокруг радиатора процессора и в верхней части корпуса. Таким образом, вентилятор процессора уже не захватывает тёплый воздух и не работает на его рециркуляцию, поэтому радиатор охлаждается достаточно хорошо.

В качестве дополнительного используется вентилятор от блока питания (цена 10 гривен ~1.8$). Он крепится к решетке блока питания с помощью двух Г-образных металлических пластин–кронштейнов винтами в двух точках между блоком питания и CD-ROM.

Рассмотрим работу схемы автоматического регулирования частоты вращения вентиляторов (рисунок 3):

Рисунок 3

Датчиком температуры служит транзистор Т1 типа КТ315 с любым буквенным индексом и статическим коэффициентом усиления 110-120. Он крепится к радиатору процессора любым удобным способом. Единственное условие – наличие хорошего теплового контакта с радиатором. В данном случае в радиаторе нарезана резьба М2,5 и транзистор прижат к радиатору винтом с помощью металлической пластины. Транзистор смазан теплопроводящей пастой. К выводам транзистора припаяны гибкие неэкранированные провода разного цвета, свитые в жгут длиной около 25см.

Сопротивления всех резисторов подобраны так, что транзисторы Т1 и Т2 закрыты. Вентилятор В2 не вращается а В1 и В3 вращаются с небольшой начальной скоростью определяемой резисторами R7 и R8. Начальная скорость вентилятора В1 составляет 1900 об/мин (измеряется программой CPU Cool), а резистор R8 подбирается так, чтобы напряжение на В3 составляло около 9 вольт.

При увеличении температуры транзистор Т1 начинает открываться и вслед за ним открывается Т2. Сопротивление транзистора Т2 начинает уменьшаться, а напряжение на всех вентиляторах – увеличиваться. Скорость вращения вентиляторов также начинает увеличиваться. Процесс протекает до тех пор, пока не установится какая-то постоянная температура, зависящая от загрузки процессора и сопротивления переменного резистора R1. Изменяя сопротивление R1 можно установить максимальную температуру (В нашем случае это +56 градусов при максимальной загрузке процессора). Если процессор разгрузится, температура снизится, транзисторы Т1 и Т2 подзакроются и скорость вентиляторов уменьшится. Получается, что каждой степени загрузки процессора соответствует своя температура и своя скорость вращения вентиляторов. Работу системы хорошо видно из выдержки диаграммы CPU Cool (рисунок 4), где красная линия – температура процессора, синяя- загрузка процессора и зелёная линия – частота вращения вентилятора охлаждения процессора.

Рисунок 4





Конструкция и детали

Схема собрана на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5мм размером 80 х 25мм. Изготовлением печатных плат занимался каждый радиолюбитель, так что мы на этом останавливаться не будем. Плата крепится вертикально болтом М4 к свободному нижнему отсеку CD-ROM с правой стороны.

  • Резистор R1 типа СП-5-18 закрытого от пыли типа. Резисторы R7 и R8 мощностью не менее 0,5 Вт, остальные – 0,125 Вт.
  • Транзистор Т2 КТ816 с любым буквенным индексом и статическим коэффициентом усиления 150-170. Для лучшего охлаждения к нему крепится небольшая металлическая пластина-радиатор, размером примерно 40х20 мм толщиной около 1 мм. Для теплового контакта поверхность смазывается солидолом или теплопроводящей пастой. Можно применить транзисторы и с другими коэффициентами усиления, но тогда нужно будет подобрать резисторы R2 (для Т1) и R4 (для Т2).
  • Диод D1 – любой, например КД 105, КД 209 и т.п.
  • Диоды D2, D3 – германиевые любые из серии Д7. Применение германиевых диодов обусловлено тем, что у них меньше прямое падение напряжения, чем у кремниевых. В схеме они нужны для развязки цепей установки начальных скоростей вентиляторов В1 и В3.
  • Конденсатор С1 служит для снятия высокочастотных помех с базы транзистора Т1 и может иметь ёмкость 5,0 – 50мкф. С2 = 22 – 100мкф.

Красный провод (+) и чёрный (-) следует отрезать от разъёма вентилятора процессора В1 на расстоянии 15-20мм для возможности возврата в исходное состояние и припаять их к плате регулятора. Разъём с оставшимся жёлтым проводом (это датчик скорости вращения) следует вставить в материнскую плату на прежнее место. В BIOS следует отключить защиту от остановки вентилятора (против надписи CPU Fan Protection надо поставить – Disabled).

Резистор обратной связи R6 служит для создания релейного эффекта при регулировании температуры т.е. при некотором открытии транзистора Т2 потенциал его коллектора увеличивается и ток базы Т1 будет обеспечиваться не только температурой его нагрева, но и током резистора R6 проходящим по цепи: эмиттер-коллектор Т2, резистор R6, база-эмиттер Т1. Таким образом, при снижении температуры ещё некоторое время вентиляторы будут вращаться с немного повышенной скоростью, обеспечивая более эффективное охлаждение. Сопротивление этого резистора может лежать в пределах от 51к до 510к в зависимости от конкретных условий.

Настройка устройства сводится к регулировке R1 таким образом чтобы при температуре 30-35 градусов дополнительный вентилятор начал чуть-чуть вращаться, что свидетельствует о начале открытия транзисторов Т1 и Т2. Если при полной загрузке процессора и температуре 56-57 градусов транзистор Т2 открывается не полностью (при полностью открытом транзисторе Т2 напряжение между коллектором и эмиттером составляет около 0,9 вольт) следует уменьшить R6.

В особо тяжёлых условиях работы компьютера, таких как кодирование видео с помощью DivX 5.0.3 в программе Virtual Dub с множеством фильтров, время работы при 100% загрузке процессора может достигать 10 и более часов. В этом случае целесообразно отказаться от регулирования скорости вращения для вентилятора блока питания В3 путём замыкания резистора R8 тумблером, установленным на задней стенке корпуса компьютера. Если вы хотите вообще не использовать вентилятор блока питания, тогда элементы D3 и R8 из схемы необходимо исключить.

Питание схемы осуществляется от свободного разъема для питания 3.5’ дисковода или любого другого разъема имеющего +12 В (провод жёлтого цвета).

Тестирование производилось в комнате с температурой +25 градусов Цельсия. При прослушивании музыки или работе в Microsoft Office температура процессора составила +36 градусов, скорость вентилятора процессора - 1918 об/мин, шум – минимальный. Скорости других вентиляторов не измерялись из-за отсутствия в них датчиков скорости. Визуально дополнительный вентилятор вращался с небольшой скоростью (300-400об/мин) не создавая шума.

При кодировании видео кодеком DivX (загрузка процессора около 100%) в течение 4 часов температура составила +56 градусов, а скорость вентилятора – 3560 об/мин (максимальная скорость вентилятора при обычном подключении – 4500 об/мин а температура в этом режиме составляет +52 градуса).





Примечание: не все материнские платы имеют одинаковый дизайн и при использовании вышеописанного, второго варианта корпуса, процессорное гнездо может оказаться под блоком питания, что делает невозможным установку не только дополнительного вентилятора, но и процессорных вентиляторов больших габаритов (Volcano 6;7 и тд.). В этом случае рекомендуется снять блок питания (открутить четыре винта на задней стенке корпуса) и установить его в нижней части корпуса. Данная мера не только позволяет нормализовать циркуляцию воздушного потока в корпусе, но и в большинстве случаев даёт снижение температуры процессора на 5-10 градусов.

Кстати, всё вышеизложенное справедливо и для систем на базе процессоров Celeron и Pentium III,IV.

В дополнение к данной системе охлаждения применяется программный вентилятор CPU Cool 7.1.2 (для Windows 98,ME) или CPU Cool 7.1.4 (для Windows XP или 2000). Так же, для снижения шума от механизма CD-ROM применяется программа CD Slow 2.1. При прослушивании MР3 диска со скоростью 1х, шум от механизма практически отсутствует. Видео нормально воспроизводится на скорости 8х.

Надеемся, что всё здесь выше сказанное поможет Вам, в какой то мере справиться с таким вредным и актуальным в наши дни явлением как шум.

Если возникли вопросы по изложенному материалу или новые идеи по проблеме борьбы с шумом – пишите.

FR & Пётр Александрович.


Эта статья была прислана на наш второй конкурс.

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Страницы материала
Страница 1 из 0
Оценитe материал
рейтинг: 4.4 из 5
голосов: 8


Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают