Усовершенствование охлаждения блока питания (49319)

Посмотреть архив целиком


Реферат


Пояснительная записка к дипломному проекту: 65 страниц, 15 рисунков, 11 таблиц, 24 источника, 2 приложения, 3 листа чертежей формата А1.

Объект исследований: усовершенствование охлаждения блока питания

Предмет исследования: блок питания ПК.

В первом разделе рассмотрены общие принципы охлаждения, видов охлаждения ПК и блока питания, более подробно рассмотрены вопросы воздушного охлаждения.

Во втором разделе рассматриваются вопросы усовершенствования охлаждения блока питания ПК.

В третьем разделе выполнен экономический расчет объекта анализа.

В четвертом разделе проведены расчеты вентиляции, природного и искусственного освещения, уровня шума. Полученные значения сопоставлены с нормативными.

БЛОК ПИТАНИЯ, ВЕНТИЛЯТОР, МОДДИНГ, ОХЛАЖДЕНИЕ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВЕНТИЛЯТОРА, ТЕРМОРЕЛЕ, УРОВЕНЬ ШУМА


Содержание


Реферат

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

Введение

1. Системы охлаждения блока питания ПК

1.1 Виды блоков питания

1.2 Охлаждение, виды охлаждения

1.3 Охлаждение блока питания

1.3.1 Устройство вентилятора

1.3.2 Характеристики вентиляторов

2. Усовершенствование охлаждения блока питания

3. Технико-экономическое обоснование объекта разработки

3.1 Расчет расходов на стадии проектирования (разработки) КД нового изделия

3.2 Расчет расходов на стадии производства изделия

4. Охрана труда

4.1 Требования к производственным помещениям

4.1.1 Окраска и коэффициенты отражения

4.1.2 Освещение

4.1.3 Параметры микроклимата

4.1.4 Шум и вибрация

4.1.5 Электромагнитное и ионизирующее излучения

4.2 Эргономические требования к рабочему месту

4.3 Режим труда

4.4 Расчет освещенности рабочего места

4.5 Расчет вентиляции

4.6 Расчет уровня шума

Выводы

Перечень ссылок

Приложение



Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов


АЦП - аналого-цифровой преобразователь

БИС - большая интегральная схема

БП - блок питания

КМОП - комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник

МПС - микропроцессорная система

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство

ПО - программное обеспечение

ПС - программные средства

СО - система охлаждения

ЦП - центральный процессор

ЦПУ - центральное процессорное устройство


Введение


Тема дипломной работы - "Усовершенствование охлаждения блока питания", которая является предметом исследования.

Цель работы - усовершенствовать систему охлаждения блока питания персонального компьютера.

Задачами исследования является определение оптимальной системы охлаждения блока питания компьютера и внесения предложений по усовершенствованию системы охлаждения последнего.

Если рассматривать домашний или офисный компьютер, следует рассматривать дешевые и надежные системы охлаждения.

Работу можно разбить на этапы:

ознакомление с системой охлаждения блока питания ПК;

на основе полученных знаний, усовершенствовать систему охлаждения блока питания компьютера, которая будет следить за нормальным состоянием температуры.

Компьютерный блок питания - блок питания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией. В его задачу входит преобразование сетевого напряжения до заданных значений, их стабилизация и защита от незначительных помех питающего напряжения. Также, будучи снабжён вентилятором, он участвует в охлаждении системного блока.

От блока питания, как у человека от еды, зависит работа всего компьютера. Поэтому поддержание нормальной температуры блока питания для работы компьютера актуальная тема. С увеличением мощности компьютера растет и тепло выделяемое активными элементами.


1. Системы охлаждения блока питания ПК


1.1 Виды блоков питания


Блок питания компьютера (БП) предназначен для питания электроэнергией всех компонентов (устройств) компьютера. Блок питания преобразует напряжение получаемое от электрической сети и передаваемое устройствам компьютера. Он стабилизирует напряжение и защищает от некоторых электрических помех. Кроме этого он входит в систему охлаждения компьютера, так как имеет вентилятор.

Одним из основных качественных параметров БП является потребляемая из электрической сети пиковая мощность. На сегодняшний день она лежит в диапазоне от 250 до 1000 Вт. Блоки питания компьютера называют импульсными (SMPS - Switching Mode Power Supply). Они дают выходные напряжения в 5, 12, +3,3В.

Блоки питания постоянно развиваются, так же как и другие компоненты компьютера. Со временем идет эволюция их стандартов.

Существуют виды блоков питания:

Блоки питания стандарта АТ

Стандарт АТ первым использовался в компьютерных блоках питания. Он появился на свет одновременно с первыми IBM-совместимыми компьютерами и применялся вплоть до 1995 года. На выходе этих блоков питания было четыре постоянных напряжения +5, - 5, +12, - 12 Вольт. Но при высоких темпах развития компьютерной техники росла и суммарная мощность которая была необходима ПК. К тому же возросшая потребность в линии на +3,3 Вольт (которой не было на выходе БП АТ) сказывалась. Это напряжение приходилось брать с самой материнской платы, для чего на нее монтировался специальный стабилизатор. Блоки питания АТ были неудобными при монтаже их в системный блок, а так же не обеспечивали должного охлаждения в виду не рациональной конструкции.

Как и следовало ожидать, в 95-м году прошлого века на смену устаревшему формату АТ пришел новый формат блоков питания - ATX.

Блоки питания стандарта ATX

В новом стандарте блоков питания ATX увеличилось число линий напряжения на выходе. Стандарту AT необходимо было напряжение в +3,3 В, соответственно такая линия и была добавлена, а также линия +5 В SB (Stand-By).

Линия в +5 В SB предназначалась для расширения функционала по управлению питания компьютера. Это были такие функции как запуск компьютера по сигналу от клавиатуры, от модема или локальной сети, и для воплощения режима Suspend-to-ram. В последнем режиме при "засыпании" компьютера все временные данные находятся в оперативной памяти при выключенном ПК.

Конечно же для реализации такого режима напряжение должно подаваться все время, не зависимо выключен ПК или включен (хотя он должен быть включен в розетку). Для этого был придуман "хитрый" стабилизатор, который по сути маленький блок питания внутри основного, и работающий постоянно.

В сравнении с БП AT, в которых кнопка вкл/откл фактически убирала с него напряжение 220 Вольт, то в новом формате по нажатию кнопки идет команда на остановку ШИМ-контроллера основного стабилизатора. А в блоке питания продолжает работать стабилизатор +5 В Stand-By для обеспечения быстрого "пробуждения" компьютера.

Что бы полностью обесточить такой блок питания его необходимо физически отсоединить от розетки.

Некоторое время блоки питания ATX потихоньку модернизировались, но ни чего кардинально нового не появлялось. Но с появлением более мощных и быстрых процессоров и соответственно потребляющих больше мощности пришлось и подавать им соответствующее питание - 12 Вольт на стабилизатор процессора.


Рисунок 1.1 - Схема цоколевки


Таблица 1.1 - Назначение выводов

вывода

Обозначение

1

+3,3v

2

+3,3v

3

GND

4

+5v

5

GND

6

+5v

7

GND

8

Power Good

9

+5VSB

10

+12v

11

+3,3v

12

-12v

13

GND

14

PS ON#

15

GND

16

GND

17

GND

18

+5v

19

+5v

20

+5v


Блоки питания стандарта ATX 12V (ATX 2.03)

Переход на новые блоки питания был обусловлен появлением в 2000 году нового мощного процессора Intel Pentium 4. Как известно, до него стабилизатор процессора питался от шины +5 Вольт. Если посчитать силу тока по этой шине для процессора мощностью, например, 50 Ватт то получится что она равно 10 А. А это довольно много. Минусов у этого много: и возможный перегрев контактов при неплотном соединении, и сложность монтажа большого разъема на материнской плате и т.д.

Конечно было найдено решение этой проблемы. Произошел переход на запитку стабилизатора центрального процессора от шины + 12 Вольт. Из законов физики нам известно, что при увеличении напряжения в 2,4 раза, ток уменьшится во столько же, при одинаковой потребляемой мощности, а так же увеличится коэффициент полезного действия стабилизатора.

Но тут пришлось решать еще одну проблему - в питающем разъеме стандарта ATX был всего один проводок для напряжения +12 Вольт. Что конечно же было мало при увеличении числа потребителей этого напряжения и увеличении силы проходящего тока (это могло привести к подгоранию контактов от перегрева). Решение этой проблемы пришло в виде нового, отдельного четырех контактного разъема дополнительного питания материнской платы. Этот разъем имел два дополнительных провода питания + 12 В и так как был компактным мог размещаться рядом с стабилизатором питания центрального процессора, чему разработчики материнских плат были конечно рады.

Кроме введения нового разъема в стандарте ATX 12V произошло ужесточение требований к характеристикам блоков питания, а именно была установлена нижняя граница макс. тока по шине +12 Вольт (10 Ампер).

Внешний вид новых блоков питания не отличался от выпускаемых ранее, разве что только наличием нового дополнительного разъема питания материнки. И сразу же на рынке появились переходники разных видов для обеспечения возможности подключения старых блоков питания к материнских платам сделанным уже по новому стандарту питания - ATX12V. Для компьютеров с сравнительно не большой потребляемой мощностью использование таких переходников было оправдано, а использование их в системах с большим энергопотреблением было чревато.

Стандарт ATX12V 1.2

Это очередное изменение стандарта 12V которое сделало необязательным присутствие на выходе блока питания напряжения - 5 Вольт. Это напряжение использовалось для запитки устаревшей уже на тот момент шины ISA и больше ни чего другого не питало. Соответственно новые блоки питания выпускались уже без наличия этого вывода.


1.2 Охлаждение, виды охлаждения


Надо отметить тот факт, что блок питания компьютера первым обзавелся активной системой охлаждения. Первоначально в нем устанавливался вентилятор размерностью 80х80. Но со временем появления микропроцессоров Pentium IV, размер и расположение вентиляторов в БП изменились. Сегодня повсеместно применяются вентиляторы размером 120х120 с малой частотой вращения, и как следствие, меньшим уровнем шума. В топовых блоках питания скорость вращения вентилятора изменяется в зависимости от суммарной нагрузки БП.

Холодный воздух тяжелый, и поэтому спускается вниз, а горячий, напротив, легкий, и по сему стремиться в высь. Это несложная теорема играет ключевую роль при организации грамотного охлаждения. Поэтому воздуху нужно обеспечить вход как минимум в нижней передней части системного блока и выход в его верхней задней части. Причем совсем необязательно ставить вентилятор на вдув. Если система не очень горячая, вполне достаточным будет простое отверстие в месте входа воздуха.

Рассчитаем необходимую мощность корпусной системы охлаждения. Для расчетов используем такую формулу:


Q = 1,76*P/ (Ti - To), (1.1)


Где P - полная тепловая мощность компьютерной системы;

Ti - температура воздуха внутри системного корпуса;

Тo - температура свежего воздуха, всасывающегося в системный блок из окружающей среды;

Q - производительность (расход) корпусной системы охлаждения.

Полная тепловая мощность (P) находится путем суммирования тепловых мощностей всех компонентов. К ним относятся процессор, материнская плата, оперативная память, платы расширения, жесткие диски, приводы ROM/RW, БП. В общем, то, что установлено внутри системного блока.

За температуру в системе (Ti) нужно взять желаемую нами температуру внутри системного блока. Например - 35оС.

В качестве To возьмите максимальную температуру, какая вообще бывает в самое жаркое время года в нашем климатическом поясе. Возьмем 25оС.

Когда все нужные данные получены, подставляем их в формулу. Например, если P=300 Вт, то расчеты буду выглядеть следующим образом:


Q = 1,76*300/ (35-25) = 52,8 CFM


То есть в среднем суммарное количество оборотов всех корпусных вентиляторов, включая вентилятор в БП, должно быть не ниже 53 CFM. Если пропеллеры будут крутиться медленнее, это чревато выгоранием какого-либо компонента системы и выхода ее из строя.

Также в теории охлаждения существует такое понятие, как системный импеданс. Он выражает сопротивление, оказываемое движущемуся внутри корпуса воздушному потоку. Это сопротивление может оказываться всем, что не является этим потоком: платы расширения, шлейфы и провода, крепежные элементы корпуса и прочее. Именно поэтому желательно связывать всю проводку хомутами и размещать в каком-нибудь углу воздуха, чтобы она не стала помехой на пути воздушного потока.

Теперь, когда мы определились с общей мощностью корпусной СО, подумаем, сколько именно вентиляторов нам нужно и где их разместить. Помним, что один, но установленный с умом вентилятор принесет больше пользы, чем два, но поставленные неграмотно. Если при расчете P мы получили не большее 115 Вт, то без особой необходимости нет смысле устанавливать дополнительные корпусные вентиляторы, вполне хватит одного вентилятора в БП. Если системы выделяет тепла более чем на 115 Вт, для сохранности ее жизни на долгие годы придется добавить вентиляторов в корпус. Как минимум, нужно поставить один вентилятор "на выдув" на задней стенке системного блока помимо вентилятора в блоке питания.

Вентиляторам, как известно, свойственно шуметь. Если шум особенно досаждает, можно прибегнуть к такому способу решения проблемы: вместо одного быстрого и шумного поставить два более медленных и тихоходных. Разделить нагрузку, так сказать. Например, вместо одного 80-миллиметрового с 3000 об. /мин. прикрутить два таких же (или даже 120-миллиметровых) по 1500 оборотов каждый. Менять один меньшего диаметра на два большего диаметра предпочтительно тем, что крупная крыльчатка будет прогонять за минуту больше кубов воздуха, чем мелкие лопасти. В некоторых случаях можно даже ограничиться просто заменой одного меньшего вентилятора на один больший.

Охлаждение бывает пассивным и активным.

Пассивное представляет собой просто радиатор, прислоненный на поверхность кристалла и прикрепленный к "сокету" или "слоту". Уже давно не применяется для охлаждения большинства CPU, иногда ставится на GPU и активно используется для охлаждения модулей RAM, видеопамяти и чипсетов. Такое охлаждение основывается на естественной конвекции воздуха. Радиатор должен быть желательно медным (лучше отводит тепло, чем алюминиевый) и игольчатым (без заострений на конце иголок). Главное - общая площадь его поверхности. Чем она больше, тем эффективнее теплоотвод. Подошва радиатора должна быть гладкой, иначе контакт с чипом (а, следовательно, и теплопередача) будет нарушен. Всем радиаторам присуща такая характеристика, как температурное сопротивление. Оно показывает, насколько изменится температура процессора при увеличении потребляемой им мощности на 1 Ватт. Чем это сопротивление меньше, тем лучше. Радиаторы монтируются к чипу либо специальным креплением (к разъему процессора), либо приклеиваются термоклеем (на чипы памяти, чипсет). В первом случае на поверхность процессора нужно сначала тонким слоем нанести термопасту (создать термоинтерфейс). Самые распростряненные термопасты - КПТ-8 и АлСил.

Активное охлаждение. Может быть воздушным, водяным, криогенным и нитрогенным.


Рисунок 1.2 - Воздушное охлаждение


Воздушное. Его еще называют аэрогенным. Это пассивное охлаждение + кулер, то есть радиатор с установленным сверху вентилятором. Кулер - это, как известно, вентилятор, устанавливаемый на какой-либо чип, например, на процессор или на графическое ядро. Абсолютно всем вентиляторам присуща масса характеристик, по котором можно оценить их профпригодность:

Размеры вентилятора. Выражается как высота х ширина х высота. Например, 80х80х20. Все значения выражаются в мм (миллиметрах). Тут есть разница между размером корпуса вентилятора (размер кулера, записывается как длина х ширина) и размером собственно квадрата, в который вписана окружность крыльчатки (размер вентилятора, длина х ширина). Размер кулера по всем параметрам на пару миллиметров выше, чем размер вентилятора. Обычно про размеры кулера говорят не 80х80х20, а просто 80х80 (восемьдесят на восемьдесят). Кулеры бывают размером 40х40, 50х50, 60х60, 70х70, 80х80 и 120х120. Самые распространенные - 40х40, 80х80 и 120х120.

Тип подшипника. Крыльчатка вентилятора крутится либо подшипником скольжения (sleeve), либо подшипником качения (ball). У обоих свои преимущества и недостатки.

Подшипник скольжения. Его устройство следующее: во втулку, смазанную смазкой, вставляется ротор. Вентилятор с таким подшипником просто весь оброс недостатками, к коим относятся: невысокий срок службы по сравнению с подшипником качения, который еще и сокращается при нахождении вентилятора с таким подшипником вблизи температуры выше 50оС; разбалансировка крыльчатки - при трении ротора со втулкой последняя изнашивается не равномерно (то есть не по всех окружности), а только по двум сторонам, в результате чего в поперечном сечении со временем становится не кругом, овалом. Из-за этого появляется биение ротора и, как следствие, шум. К тому же, со временем смазка начинает вытекать из зазора между втулкой и ротором, что явно не способствует прекращению биения. Достоинств у кулеров с подшипником скольжения только два - они очень дешевы по сравнению со своими ball-собратьями и тише работают, пока не износится втулка или не закончится смазка. Последнее решается разбором мотора и заменой смазки.

Подшипник качения. Устройство несколько другое: между втулкой и ротором вместо смазки помещаются шарики, по которым и вращается ротор. Втулка с двух сторон закрывается специальными кольцами, что препятствует высыпанию шариков. Недостатки таких кулеров обратны достоинствам sleeve-кулеров - ball дороже и шумнее, чем sleeve. В плюсах - стойкость к высокой температуре, передаваемой радиатором, и большая долговечность.

Существует также комбинированное решение:

Вентилятор, который вращают и sleeve - и ball-подшипник. В данном случае второй увеличивает долговечность и снижает уровень шума. Также бывают вентиляторы с подшипником скольжения, но на их роторе нарезана резьба, которая при вращении не дает смазке стекать в низ, благодаря чему она непрерывно циркулирует внутри втулки.

Количество оборотов в минуту. Скорость вращения крыльчатки вентилятора. Измеряется данный параметр в RPM (Rotations Per Minute) и чем больше это значение, тем лучше. Как правило, составляет от 1500 до… трудно сказать сколько, так как значение rpm постоянно повышается производителями. Чем быстрее крутится вентилятор, тем громче он шумит. Тут уж приходится выбирать: или скорость, холод и шум, или тишина и высокие температуры. Работу любого вентилятора можно замедлить, снизив подаваемое на мотор напряжение. Это можно сделать подключением к каналу 7 или даже 5 V вместо 12 V, либо впайкой резистора 10-70 Ом в разрыв провода питания вентилятора. Но при подаче слишком низкого напряжения (ниже 6 V) вентилятору может просто не хватить силы, и он не начнет вертеться, не обеспечит должного охлаждения.

Объем прогоняемого воздуха за одну минуту. Также называют эффективностью. Измеряется в CFM (Cubic Feet per Minute). Чем выше CFM, тем громче шум, издаваемый вентилятором.

Уровень шума. Измеряется в дБ. Зависит от величины двух предыдущих параметров. Шум может быть механическим и аэродинамическим. На механические шумы влияют величины RPM и CFM. Аэродинамический зависит от угла загиба крыльчатки. Чем он выше, тем сильнее бьется воздух о лопасти и тем громче гул.

Способ подключения питания. PC Plug (напрямую к БП) либо Molex (к материнской плате).

Следующий вид охлаждения - водяное охлаждение. Состоит из ватерблока, радиатора, резервуара с водой или хладагентом, помпы и соединительных шлангов. Ватерблок с двумя разъемами (штуцерами) для входного и выходного шланга устанавливается на процессоре. К радиатору по входному шлангу из помпы закачивается охлажденная вода (хладагент), проходит через него и по выходному шлангу, будучи нагретой теплом процессора, движется ко второму радиатору (на который устанавливается вентилятор), чтобы отдать тепло, взятое у CPU.


Рисунок 1.3 - Водяное охлаждение


После этого вода попадает обратно в помпу, и цикл перекачки повторяется. У водяной СО только два параметра: объем резервуара и мощность помпы. Первый измеряют в л (литрах), а мощность - в л/час. Чем выше мощность, тем выше издаваемый помпой шум. Водяное охлаждение имеет преимущество перед воздушным, так как используемое охлаждающее вещество имеет намного большую теплоемкость, чем воздух, и поэтому эффективнее отводит тепло от греющихся элементов. Но, не смотря ни на что, водяное охлаждение не очень распространено в силу своей дороговизны относительно воздушного охлаждения и опасности короткого замыкания в случае разгерметизации и протечки.

Криогенное охлаждение. СО, которая охлаждает чип при помощи специального газа - фреона. Состоит она из компрессора, конденсатора, фильтра, капилляра, испарителя и втягивающей трубки. Работает следующим образом: газообразный фреон поступает в компрессор и там нагнетается. Далее газ по давлением попадает в конденсатор, где превращается в жидкость и выделяет энергию в тепловом виде. Эта энергия рассеивается конденсатором в окружающую среду. Далее фреон, уже будучи жидкостью, перетекает в фильтр, где очищается от случайного мусора, который может попасть в капилляр и, закупорив его, вывести систему охлаждения из строя. По капилляру жидкий фреон попадает в испаритель, где под действием передаваемого от испарителя тепла начинает кипеть, активно поглощая получаемую от процессора тепловую энергию, и по всасывающей трубке попадает обратно в компрессор и цикл повторяется.


Рисунок 1.4 - Криогенное охлаждение


Не распространена в силу своей дороговизны и необходимости пополнения фреона, так как он со временем улетучивается и его приходится добавлять с систему охлаждения. Также эффективна при разгоне, так как способна создавать минусовые температуры.

Нитрогенное охлаждение. Вся система охлаждения состоит из средних размеров емкости с залитым туда жидким азотом. Ничего и никуда не надо не подводить, не отводить. При нагревании процессором жидкий азот испаряется, и, достигая "потолка" емкости, становится жидким и вновь попадает на дно и снова испаряется. Нитрогенное охлаждение, также как и фреонное, способно обеспечить минусовую температуру (приблизительно - 196оС). Неудобство в том, что жидкий азот, также, как и фреон, имеет способность выкипать, и приходится добавлять его в немалых количествах. Кроме того, азотное охлаждение весьма дорого.


Рисунок 1.5 - Нитрогенное охлаждение


Принцип действие элемента Пельтье основан на работе полупроводников p - и n-типа.


Рисунок 1.6 - Элемент Пельтье


Еще одно устройство охлаждения, состоящее из двух полупроводниковых пластин. При пропускании через них электрического тока одна пластина начинает морозить, а другая, наоборот, излучать тепло. Причем температурный промежуток между температурами двух пластин всегда одинаков. Используется элемент Пельтье следующим образом: "морозящая" сторона крепиться на процессор. Опасность его использования связана с тем, что при неправильной установке элемента есть вероятность образования конденсата, что повлечет за собой выход оборудования из строя. Так что при использовании элемента Пельтье следует быть чрезвычайно аккуратным.

При исследовании СО приходим к выводу, что для нашего случая наиболее приемлемый вариант - воздушное охлаждение. Остается выбрать приемлемый вариант вентилятора (малый уровень шума и побольше производительность).


1.3 Охлаждение блока питания


Для переноса воздуха в системах охлаждения используют вентиляторы.


1.3.1 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


1.3.2 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).


Таблица 1.3 - Уровень шума различных вентиляторов Titan


Жирным шрифтом выделены самые популярные типы вентиляторов.

Наклонным шрифтом выделены расчётные данные.

Посчитав коэффициент пропорциональности потока воздуха и уровня шума к оборотам, видим почти полное совпадение. Считаем отклонения от среднего: меньше 5%. Таким образом, мы получили три линейные зависимости, по 5 точек каждая. Гипотезу считаем подтверждённой.

Объёмная производительность вентилятора пропорциональна количеству оборотов крыльчатки, то же самое справедливо и для уровня шума.

Используя полученную гипотезу, мы можем экстраполировать полученные результаты методом наименьших квадратов (МНК): в таблице эти значения выделены наклонным шрифтом. Исследованная зависимость линейна в некотором диапазоне скоростей вращения; логично предположить, что линейный характер зависимости сохранится и в некоторой окрестности этого диапазона; но при очень больших и очень малых оборотах картина может существенно измениться.

Теперь рассмотрим линейку вентиляторов другого производителя: GlacialTech SilentBlade 80×80×25 мм, 92×92×25 мм и 120×120×25 мм. Составим аналогичную таблицу 1.4


Таблица 1.4 - Уровень шума различных вентиляторов GlacialTech


Наклонным шрифтом выделены расчётные данные.

Общий вид вентиляторов этой серии изображен на рисунке 1.10.


Рисунок 1.10 - Общий вид вентиляторов GlacialTech


Как было сказано выше, при значениях скорости вращения вентилятора, существенно отличающихся от исследованных, линейная модель может быть неверна. Полученные экстраполяцией значения следует понимать как приблизительную оценку.

Обратим внимание на два обстоятельства. Во-первых, вентиляторы GlacialTech работают медленнее, во-вторых, - эффективнее. Очевидно, это результат использования крыльчатки с более сложной формой лопастей: даже при одинаковых оборотах, вентилятор GlacialTech переносит больше воздуха, чем Titan (см. графу прирост). А уровень шума при одинаковых оборотах примерно равен: пропорция соблюдается даже для вентиляторов разных производителей с различной формой крыльчатки.

Нужно понимать, что реальные шумовые характеристики вентилятора зависят от его технической конструкции, создаваемого давления, объёма прокачиваемого воздуха, от типа и формы преград на пути воздушных потоков; то есть, от типа корпуса компьютера. Поскольку корпуса используются самые разные, невозможно напрямую применять измеренные в идеальных условиях количественные характеристики вентиляторов - их можно только сравнивать между собой для разных моделей вентиляторов.


2. Усовершенствование охлаждения блока питания


Моддинг (англ. modding, происходит от слова modify - модифицировать, изменять) - внесение креативных изменений в аппаратное обеспечение компьютера. Самый распространённый объект моддинга - "case", корпус компьютера. Моддинг может делаться для улучшения параметров оборудования (то есть разгона), но, по словам самих энтузиастов, основная цель моддинга - "получение эстетического удовлетворения от вещи, которую мы любим, а также выражение собственной индивидуальности". Как относительно массовое явление, моддинг сформировался в США и странах западной Европы ориентировочно в конце 1999 - начале 2000 года. На территории Украины моддинг начал зарождаться под конец 2001 - начало 2002 года, а резкий набор популярности начался примерно в 2004 году.

Моддинг блока питания - это процесс модификации серийного компьютерного блока питания для придания ему эксклюзивности и непохожести на другие БП, улучшение системы охлаждения и повышение удобства его эксплуатации. Моддинг блока питания является составной частью моддинга компьютера, в процессе которого применяют, в основном, все те же концепции и идеи, что и при моддинге корпуса, так что можно сказать, что моддинг БП - это моддинг компьютера в миниатюре.

Ну что, следует заняться моддингом блока питания.

Мы уже в предыдущем разделе рассмотрели почти все недостатки относительно температуры БП. В основном в блоке питания используется вентиляторы на "выдув". С одной стороны это правильное решение, т.к согласно физике воздуха, холодный воздух с нижней части компьютера втягивается, проходя через блок питания, затем нагревается элементами блока питания и затем высасывается вентилятором, продолжая обдувать теплым потоком остальные составляющие компьютера, подымаясь вверх. Если же мы рассмотрим, когда вентилятор работает на "вдув", то окажется, что холодный воздух поступает на обдув элементов блока питания и далее уже ослабленный поток обдувает остальные блоки компьютера разогретым БП воздухом. Как видим и у того и у другого варианта есть свои преимущества и недостатки.

Пойдем по пути усовершенствования охлаждения блока питания с наименьшими затратами.

Установим дополнительный вентилятор на "вдув", а вентилятор на "выдуве" снабдим электронным термореле.

Схемы расположения вентиляторов, для различных вариантов показаны на рисунке 2.1 и 2.2 до переделки и после.


а)


б)

Рисунок 2.1 - Расположение вентиляторов в БП до переделки (а) и после переделки (б) первый вариант


а)

б)

Рисунок 2.2 - Расположение вентиляторов в БП до переделки (а) и после переделки (б) второй вариант


На рисунке показано направление движения воздуха. В первом варианте мы устанавливаем вентилятор на "вдув" (Рис.2.1, б), во втором на "выдув" (Рис.2.2, б).

Схема блока питания ПК до усовершенствования представлена на рисунке 2.3. Питание вентилятора осуществляется с выводов 12 В.

Тип вентилятора выбирается аналогичный установленному.

В принципе схема усовершенствованного варианта ничем не будет отличаться от схемы, которая была до усовершенствования, лишь параллельно рабочему вентилятору подключиться вводимый вентилятор.

При тестировании работы вентиляторов до усовершенствования и после.


Рисунок 2.3 - Схема блока питания ПК до усовершенствования


Были получены следующие варианты температур, которые изображены на графике (Рис.2.4).


Рисунок 2.4 - Зависимость температуры БП до усовершенствования (ряд 1) и после усовершенствования (ряд 2); на вертикальной оси ˚С


На сегодняшний день существует два пути для облегчения работы охлаждающего процессор вентиляторов: софтовое охлаждение и использование реобасов.

Софтовое охлаждение подразумевает инсталляцию специальной утилиты (например WaterFall, CPUIdle и пр), которая отслеживает время, в которое процессор простаивает, и в этот временной промежуток как бы переводит его в режим сна, то есть снижает количество его тактов (MHz) и подаваемое на CPU напряжение. Но такое применение в современных операционных системах теряет актуальность, так как управлением процессора занимается сама ОС.

Очень полезным прибором для мониторинга и регулировки скорости вращения вентиляторов является реобас. Это панелька, которая вставляется в свободный 5”-отсек. На ней размещается жк-дисплей (или циферблаты со стрелочками), показывающий температуру CPU, GPU и системы (при установке на эти компоненты термодатчиков), скорость всех вентиляторов, которые подключены к реобасу и крутящиеся рукоятки, управляющие скоростями вентиляторов.

Панелька проводами соединяется проводами со всеми регулируемыми компонентами системы и с БП. Недостаток в том, что тут нет никакой автоматики: нам придется следить за температурой, скажем БП, и если она позволяет, при желании занижать количество оборотов.

Для того, чтобы оградить БП от перегрева разработаем простейшую схему включения вентилятора (Рисунок 2.5).

Конечно можно разработать и более сложную и надежную схему управления вентилятором, например на микроконтроллере, но при этом существенно увеличиться стоимость разрабатываемого устройства. Конструкция собрана для того, чтобы вентилятор не работал постоянно.

Если температура опуститься ниже 30˚С вентилятор отключиться.


Схема не содержит дорогих и дефицитных элементов. Питается схема от общей схемы питания компьютера +12В. Спецификация элементов приведена в Приложении А.


Рисунок 2.5 - Схема принципиальная электрическая термореле для включения вентилятора жесткого диска


Транзистор КТ814А можно закрепить непосредственно на корпусе компьютера предварительно освободив "площадку" от краски - получится своего рода теплоотвод. Терморезисторы ММТ подверглись небольшой доработке. Паяльником нагреваем корпус и извлекаем сам терморезистор - так он быстрее будет реагировать на изменение температуры. Разместим терморезисторы на БП приклеяв их эпоксидной смолой к корпусу БП, а если рядом находится еще один блок, который требует обдува вентилятором, второй резистор можно разместить на последнем. Резистор 1,5 КОм подобран экспериментально, на температуру срабатывания около 30 градусов. Данное устройство можно применить и в других блоках компьютера, когда требуется охлаждение, а постоянная работа вентилятора нежелательна.

Подключение вентилятора и термореле.

Вентиляторы охлаждения компьютера стандартно запитываются напряжением +12 В. Питание подаётся при помощи специальных трёх - или четырёхконтактных разъёмов, или разъёмов для питания жёстких дисков и оптических приводов (их часто называют молекс, по имени разработавшей их фирмы Molex) (Рисунок 2.6).


Рисунок 2.6 - Разъемы фирмы Molex


Ключом разъёма служат скошенные углы с одной из сторон. Провода подключены следующим образом: два центральных - "земля", общий контакт (чёрный провод); +5 В - красный, +12 В - жёлтый. Для питания вентилятора через молекс-разъём используются только два провода, обычно чёрный ("земля") и красный (напряжение питания). Подключая их к разным контактам разъёма, можно получить различную скорость вращения вентилятора. Стандартное напряжение в 12 В запустит вентилятор со штатной скоростью, напряжение в 5-7 В обеспечивает примерно половинную скорость вращения.

Часто для ограничения скорости вращения вентилятора примеряются постоянные или переменные резисторы, включенные последовательно в цепи питания. Изменяя сопротивление переменного резистора, можно регулировать скорость вращения: именно так устроены многие ручные регуляторы скорости вентиляторов. Конструируя подобную схему нужно помнить, что, во-первых, резисторы греются, рассеивая часть электрической мощности в виде тепла, - это не способствует более эффективному охлаждению; во-вторых, электрические характеристики электродвигателя в различных режимах работы (запуск, разгон, стабильное вращение) не одинаковы, параметры резистора нужно подбирать с учётом всех этих режимов. Чтобы подобрать параметры резистора, достаточно знать закон Ома; использовать нужно резисторы, рассчитанные на ток, не меньший, чем потребляет электродвигатель. Не приветствуем ручное управление охлаждением, так как считаем, что компьютер - вполне подходящее устройство, чтобы управлять системой охлаждения автоматически, без вмешательства пользователя.


Рисунок 2.7 - Схема блока питания после усовершенствования


Кроме рассмотренного нами активного охлаждения можно применить относительно блока питания и пассивную систему охлаждения.

Пассивными системами охлаждения принято называть такие, которые не содержат вентиляторов. Пассивным охлаждением могут довольствоваться отдельные компоненты компьютера, при условии, что их радиаторы помещены в достаточный поток воздуха, создаваемый "чужими" вентиляторами: например, микросхема чипсета часто охлаждается большим радиатором, расположенным вблизи места установки процессорного кулера. Популярны также пассивные системы охлаждения (Рисунок 2.8).