Устройство снижения температуры системного блока ПК

Многие ресурсоёмкие приложения  на компьютере выполняются на максимальных загрузках, что ведёт к повышению температуры  процессора. Дополнительное повышение температуры вызывает несвоевременная чистка радиатора кулера от бытовой пыли. 

Держать системный  блок с открытой боковой  крышкой или добавлять несколько дополнительных вентиляторов, не выход из положения  -  растёт шум, повышается расход энергии, что приводит к перегрузке блока питания.

Если  открыть приложение - «Диспетчер задач»,  то по хронологии загрузки можно отследить достаточно ли памяти для данного файла загрузки,  как всегда её не хватает, при запредельной загрузке снижается    быстродействие  вплоть до зависания системы, а после перегрева процессора и перегрузки блока питания возникают затруднения с запуском компьютера после перезагрузки. Максимальное использование физической памяти требует повышенного расхода энергоресурсов материнской платой  и  системой охлаждения  радиокомпонентов. Вентиляторов в системном корпусе компьютера  установлено более чем  достаточно: на видеокарте, на винчестере, блоке питания, мощный вентилятор  установлен  на радиаторе кулера  процессора, но перегрев радиокомпонентов материнской платы избежать не удаётся. При длительной перегрузке центрального процессора  ресурсоёмкими приложениями температура   возрастает до критических величин и система  не входит в нормальный режим при перезагрузке или «тормозит» при  работе.

Характеристика хронологии загрузки указывает на  перегрузку   центрального процессора с выходом в красную - аварийную зону,   снижается  быстродействие системы  из-за  критического повышения температуры кристалла процессора.

После  аварийного  отключения источника питания, при  критическом расходе энергии, продолжается  рост температуры  радиатора кулера, при отсутствии обдува боковым вентилятором, радиатор   дополнительно разогревается от перегретого процессора. Инерционность перехода тепла от кристалла процессора на радиатор кулера связана с плохим контактом поверхности процессора и радиатора и теплопроводностью используемого  металла.

Очистка и продувка радиатора процессора от пыли и волокон незначительно   ускоряет  быстродействие системы. Выявлено, также, что при недостаточной мощности  блока питания для выбранной комплектации, он перегревается, что приводит к срабатыванию тепловой защиты и его отключению, к тому же радиатор  процессора находится под блоком питания. Поток теплого воздуха с радиатора процессора произвольно  поступает в   вентилятор блока питания   и приводит к дополнительному нагреву его  элементов.

Следует учесть ухудшение вентиляции   при установке системных блоков  в компьютерную мебель, выполненную без учёта температурных режимов, корпуса системных блоков также имеют разнообразное расположение основных и дополнительных  вентиляторов  - слабое поступление  свежего   воздуха  извне недостаточно снижает температуру радиокомпонентов и процессора, охлаждение в основном происходит за счёт перемешивания  внутреннего воздуха системного блока вентилятором кулера.

Остальные компоненты охлаждаются за счёт выноса перегретого  воздуха вентилятором блока питания или дополнительного вентилятора, установленного при сборке на задней стенке.

Нахождение в течении нескольких секунд компьютера без питания,  после   аварийного отключения,  не позволяет запустить  системный блок,    происходит повторное отключение системы питания. Требуется несколько минут времени для снижения  температуры. Запуск системы после этого происходит практически   без сбоя.
Неприятность аварийного отключения  состоит    в возможной  потере оперативных данных и повреждении   жёстких дисков винчестера, или  его полного выхода из строя. Если повреждение произойдёт в недоступном для восстановления  секторе жёстких дисков, перезагрузить систему не удастся и придется менять винчестер с неполным переносом данных с неисправного винчестера на новый.

Удержать систему от аварийного отключения при обработке ресурсоёмких приложений достаточно простой установкой дополнительного вентилятора бокового обдува радиатора кулера процессора,  предварительно определив его мощность и положение в системном блоке, дополнительная  электронная схема позволит регулировать обороты,   с целью устранения  дополнительного шума.

Дополнительный вентилятор  должен выполнять функцию обдува радиатора кулера свежим внешним воздухом,   напор воздуха должен иметь направление перпендикулярное боковой стороне рёбер кулера.

При бюджетной установке  вытяжного вентилятора на задней стенке корпуса системного блока, возможно напротив кулера процессора, его следует переустановить ниже или закрепить на верхней крышке, при наличии вентиляционных  отверстий, на его место устанавливается дополнительный нагнетательный вентилятор.

Снижать  обороты вентиляторов кулера процессора  электронными  схемами, рекомендованными в журналах - с целью  снижения шума, ни в коем случае нельзя, это приведёт к дополнительному росту температуры процессоров.

Главное преимущество нагнетательного вентилятора с независимым питанием от отдельного сетевого адаптера -  в бесперебойной работе, потеря питания вентиляторами системного блока при повышении температуры  повлияет незначительно, так как дополнительный вентилятор будет обдувать радиатор кулера - до полного  снижения температуры -  в более короткое время, это не приведёт к сбоям системы при повторном запуске. Для снижения шума, дополнительный вентилятор  предварительно включен на средние обороты, при критическом  повышении температуры радиатора кулера  выше заданных параметров, схема переводит вентилятор  на максимальные обороты. Снижение температуры будет продолжаться и при кратковременном отсутствии   напряжения питания  на вентиляторе бюджетного  кулера, что позволит ускоренно  снизить температуру внутри системного блока.

Шум кулера процессора при загрузке не превышает  шума при рабочем  режиме. Вентилятор кулера процессора не выходит на максимальные обороты  (имея свои бюджетные датчики), так как этого не требуется из- за пониженной температуры радиатора процессора при дополнительном  охлаждении.

Схема устройства снижения температуры системного блока компьютера состоит (Рис.1)  из: усилителя тока датчика температуры RК 1 на оптопаре U1, который позволяет увеличить чувствительность почти в десять раз;  мультивибратора прямоугольных импульсов на аналоговом программируемом таймере DA1 ; выходном усилителе мощности на транзисторе VT2 ;блоке  питания на силовом трансформаторе с выпрямителем и цепей отрицательной обратной связи с усилителем тока  ошибки на транзисторе VT1.

Назначение устройства: увеличение быстродействия  системы,  дополнительное снижение температуры процессора при критических загрузках  и шума  кулеров.

Характеристики устройства:
Напряжение питания 220 Вольт.
Вторичное напряжение 15 Вольт.
Ток нагрузки   до 500 мА.
Отслеживание температуры  45-60 град.
Вентилятор  12 Вольт  0,25 А.
Мощность устройства 18 ватт.

Электронная схема устройства   аварийного снижения  температуры процессора компьютера состоит из автогенератора на аналоговом интегральном таймере с минимальным количеством внешних элементов DA1, внутренняя структура которого состоит   из :   верхнего и нижнего компаратора на операционных усилителях  RS - триггера, ключевого внутреннего транзистора для разрядки внешнего конденсатора и усилителя мощности на полевом  транзисторе. Таймер DA1 управляется по двум входам компараторов  2 и 6,  имеется мощный выход для подключения нагрузки – 3, вывод сброса – 4, вспомогательный вывод – 7  и контрольный вывод - 5 доступа к точке делителя напряжения для получения модификаций схемы. Схема обладает высокой чувствительностью из-за применения на входе  оптронного усилителя  U1 с гальваническим разделением датчика температуры и электронной схемы.

В схеме имеется мощный каскад усиления на полевом  транзисторе VT2 для питания и регулирования скорости нагнетательного вентилятора М1.

Для устойчивой работы вентилятора с выхода схемы на генератор импульсов подаётся напряжение ошибки, для автоматической модификации режима работы таймера на м/с DA1.

Изменение сопротивления терморезистора RK1 приводит к изменению тока светодиода оптопары U1, фототранзистор оптопары   при освещении светодиодом  изменяет сопротивление и модифицирует   время паузы между импульсами положительной полярности. При пониженной температуре процессора время паузы максимальное, вентилятор М1 работает на пониженных оборотах с минимальной мощностью.

При повышении температуры радиатора кулера процессора сопротивление транзистора оптопары резко снижается, время паузы сокращается - обороты вентилятора возрастают до максимального значения.

Питание на устройство прибора подаётся от сетевого трансформатора Т1 через выпрямительный мост на диодах VD2-VD5, двигатель вентилятора подключен к источнику питания без стабилизации, на питание таймера  DA1 с внешними цепями - стабилизированное напряжение подаётся со стабилизатора на диоде VD1.

Возможно питание схемы от сетевого адаптера с напряжением 13-16 вольт и током нагрузки 250-500 мА.

Электродвигатель М1 вентилятора  состоит из статора с обмотками и внутренней  схемой переключения.  На роторе   установлен постоянный магнит  и вентилятор. Электронная схема электродвигателя представляет переключающее устройство на транзисторах,  работа которого основана на использовании эффекта Холла.

При повышении температуры внутри системного блока компьютера растёт ток через светодиод оптопары U1, время заряда конденсатора C2 в схеме не меняется T1 = 0.69 R3 C2. Время разряда варьируется от состояния сопротивления перехода R[1-5] U1,  и транзистора оптопары U1, Т2= 0,69 (R2 + R [1-5] + R4 ) C2. При высокой температуре сопротивление перехода близко к нулю, при низкой - максимальное значение. Порог включения  вентилятора при заданной температуре можно установить резистором R1, для предания вентилятору М1 начального вращения. Повышение температуры  процессора приведёт к снижению  сопротивления терморезистора PK1, время разряда  конденсатора С2 уменьшится и снизится  время паузы T2, напряжение на выходе 3 таймера DA2 возрастёт, обороты двигателя вентилятора станут  максимальными, что приведёт  к снижению температуры внутри системного блока.

Электролитический конденсатор  С2, установленный в цепи питания, сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Конденсатор С1 - зарядной RC -цепи таймера. Конденсаторы С3, C4 устраняют помехи  электродвигателя, воздействие которых может отрицательно повлиять на работу устройства.

Транзистор VТ1  обладает большим усилением, что благоприятно сказывается на динамические характеристики работы вентилятора кулера. Резистор R12 в цепи истока  транзистора VT2 ограничивает  импульс тока и защищает от пробоя. С подстроечного резистора R11 снимается сигнал ошибки для отрицательной обратной связи цепи модификации работы таймера  DA1. Светодиодный индикатор  HL1 указывает на наличие питания схемы устройства, индикатор HL 2 - на максимальные режимы оборотов вентилятора М1.

Наладку схемы начинают с проверки цепей питания и наличия импульсов на выходе 3 таймера DA1. Резистором R1 устанавливается в минимальное значение, подстроечным резистором  R11 устанавливается порог запуска двигателя вентилятора   при комнатной температуре.   При прогреве терморезистора RK1  до 60 градусов обороты   вентилятора должны быть максимальными.

В схеме устройства нет дефицитных радиодеталей: силовой трансформатор типа ALG 12V 500мА или ТПП-114 2*6. Аналогом интегрального таймера  является микросхемы серии 555 или 7555 с пониженным энергопотреблением. Транзистор VT1 можно заменить на КТ312Б, транзистор VT2 с характеристиками : напряжение не ниже 100 вольт и ток не менее 1 Ампера. Резисторы установлены на мощность 0,125 ватт типа МЛТ или С29. R1, R10 - типа - СП5-3 или  СП 23. Конденсаторы применены типа КМ и электролитические типа К50-35 или Rabicon.

Вентилятор используется типа Corolful DC 12V 0,25 A или SUNON, главное чтобы они подходили по креплению.
Транзистор VT2 установлен с радиатором размерами 10*20*5мм.
Схема устройства собрано в корпусе БП1 заводского исполнения.

Принципиальная схема выполнена печатным монтажом на одностороннем стеклотекстолите, трансформатор, предохранитель и выключатель сети установлены отдельно от печатной платы. Мотор вентилятора  и терморезистор соединены со схемой многожильным проводом  диаметром 0,25 мм.
Терморезистор RK1 закрепляется в верхней части радиатора  кулера с гальваническим  зазором от металла.

Литература:
1. В.Коновалов  Снижение температуры в системном блоке компьютера. Радио №3,2006 г., стр.26.
2. Вентиляторы для охлаждения электронной аппаратуры  JAMICON. Радиомир 10/2003 стр. 44.
3. Интегральный таймер КР1006ВИ1. Радио №7,1986 стр.57.

Автор: Владимир Коновалов, Александр Вантеев. Творческая лаборатория "Автоматики и телемеханики" Центра детского творчества.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}