“Анатомия” компьютерных вентиляторов. Тихое жужжание кулеров Строение кулера для компьютера

Простому блоку питания нужен “умный вентилятор”, который охлаждает радиатор 317-й микросхемы. Причем не «тупой», который крутится постоянно, создавая лишний шум и пожирая лишнюю энергию, а такой, который работает ровно столько, сколько нужно, включаясь тогда, когда нужно. Вентилятор позволяет сэкономить на радиаторе – а стало быть, на размерах корпуса блока питания. В наш век компьютеров, вентилятор подходящих размеров добыть не проблема.

А вот управлять его работой – другой вопрос, с которым я и столкнулся.
Можно соорудить схему управления вентилятором на микроконтроллере. Нужен датчик температуры, ШИМ и программа управления. Казалось бы: что может быть проще с точки зрения схемотехники?

Но тут в дело вступает простая экономика. Самый дешевый из распространенных микроконтроллеров, нужный для этих целей – это ATTiny13. Он стоит недорого, но стОит. И где его взять колхознику? Далее: его ШИМ нужно усилить полевиком, который тоже стоит денег на рынке, недоступном для замкадовца… И самое главное: микроконтроллеру на вход, чтоб все было безупречно, надо подключить датчик температуры 1wire типа DS18B20. А он тоже стоит денег. И крепить на радиатор его неудобно. Если все эти «стоит» просуммировать, получится приличная сумма.

И тут я вспомнил о своем «аналоговом» прошлом, и помог мне в этом мой старый товарищ по радиолюбительству. Простой усилитель на составном транзисторе обеспечит мои нужды в управлении мотором вентилятора. Составной транзистор можно собрать из двух биполярных советских транзисторов, коих масса в старой теле- аудиоаппаратуре.

А вот где взять аналоговый датчик температуры, да такой, за которым не надо ехать на радиорынок и платить за него деньги? Причем, этот датчик (в отличие от DS18B20 и простых термосопротивлений) должен обеспечивать БЕСПРОБЛЕМНОЕ крепление к радиатору микросхем БП, при этом имея максимальный тепловой контакт с этим самым радиатором. Тут пришлось «покумекать» самому.

Поиски в Интернете привели к использованию в этом качестве советских транзисторов серии КТ81… Эксперименты с ними дали неутешительные результаты. И тут мой взгляд упал на выпаянные из дохлых компьютерных БП сборки диодов Шоттки. Тип, оказавшийся у меня – PHOTRON PSR10C40CT. Я замерил сопротивление двух встречно включенных диодов, и оказалось, что оно крайне зависимо от температуры.

В результате, я построил такую схему:

Вход схемы подключается к выпрямительному мосту БП. В зависимости от настройки, вентилятор может включаться даже при изменении температуры корпуса диодной сборки от комнатной до температуры пальцев человека. Прикрутить такой «датчик» к радитору БП не представляет проблем: сборка имеет отверстие для крепежа под винт М3 и нехилую площадь теплового контакта с радиатором.

Напряжение на входе схемы не должно превышать максимально допустимое напряжение микросхемы-стабилизатора. Настройка сводится к изменению сопротивления подстроечного резистора при выбранной температуре так, чтобы вентилятор начал вращаться. При повышении температуры, частота вращения будет увеличиваться.

Вот из этих радиоэлементов я собирал свою схему:

Слева направо:

– подстроечный резистор

– трехвыводный стабилизатор напряжения LM7815

– диодная сборка PSR10C40CT

– транзистор КТ815В

– транзистор BC547

На все это выглядит вот так:

А посмотрев вот это видео, можно сразу понять принцип работы собранного устройства:

Вместо предисловияЗанимаясь как-то компьютером на базе Р166ММХ, среди прочего я обнаружил неработающий вентилятор блока питания. Из слов хозяина выяснилось, что вентилятор как-то с год назад застучал – чему были подтверждением физические повреждения лопастей и внутренней поверхности корпуса, стук прекратился почти сразу же – вместе с жизнью самого вентилятора, сам хозяин сразу же про это забыл. Запаса мощности обычного 200-ваттного блока питания вполне хватало, чтобы обеспечить работоспособность системного блока, не выходя из рабочего температурного режима. Техника с тех пор не стояла на месте, процессорные частоты выросли на порядок, увеличилась общая потребляемая мощность системных блоков, и только паспортные мощности блоков питания существенно не выросли, а значит температурные режимы работы ключевых элементов достаточно тяжёлые, и неисправность вентилятора блока питания может привести к непоправимым последствиям. Стимулом к разработке описываемого ниже устройства явилась установка в стандартный блок питания второго вентилятора, работающего на вдув из системного блока и работа обоих вентиляторов при напряжении питания в 9В. Если работу штатного блока питания можно проверить, подставив ладонь под выдуваемый поток воздуха, то работу второго проверить достаточно сложно даже визуально. Из этого исходило главное "техническое задание" - обеспечить визуальный контроль режима работы вентилятора. Стоимостные характеристики с самого начала не выдвигались на первый план, но в итоге оказалось, что стоимость готового устройства не превышает стоимости самого вентилятора. Занимаемый объём готового устройства, которое помимо сигнализации режима работы вентилятора в окончательном виде выполняет ещё ряд функций – обеспечивает двигатель вентилятора пониженным напряжением питания с фильтрацией импульсных помех от него и плавным запуском при включении, не превышает объёма спичечного коробка.

При минимальной доработке схемы устройство может обеспечивать авторегулировку частоты вращения от температуры.

Внутри вентилятора

Электрические схемы всех вентиляторов приблизительно одинаковы, с двумя их вариантами можно познакомиться на приведённых ниже схемах из журнала "Радио":

В этой же статье ("Ремонт вентиляторов электронных устройств" Р.Александрова) можно ознакомиться и с принципом их работы.

Реальные схемы вентиляторов могут отличаться лишь типом применяемых элементов и степенью их интеграции. В большинстве своём "двухпроводные" вентиляторы выполнены аналогично первой схеме. "Трёхпроводные" вентиляторы имеют в своей схеме дополнительный маломощный транзистор, включённый по схеме "с открытым (неподключённым) коллектором" - типовые схемы включения таких вентиляторов можно найти, например, в "даташите" на микросхему мониторинга системной платы W83781D.

Вот так выглядит плата одного из таких такого вентиляторов (вид с обеих сторон):

В схеме этого вентилятора датчик Холла интегрирован с ключевыми транзисторами, сигнал для датчика частоты вращения снимается с маломощного транзистора из серии ZGA.

Типовую схему включения и будем иметь в виду при разработке датчика вращения двигателя вентилятора. Вот его схема:

При работающем вентиляторе будут светиться оба светодиода, подборкой сопротивления резистора R4 добиваются их одинаковой яркости свечения, при этом при остановке двигателя должно быть заметно изменение яркости свечения. В случае остановки двигателя будет гореть только один из них. При движении с прерываниями будет заметно моргание светодиодов. При подключении в разрыв между R2 и базой транзистора конденсатора ёмкостью около 50мкФ при изменении частоты вращения будет изменяться и яркость свечения светодиодов. При использовании ещё нескольких радиоэлементов можно обеспечить аварийное отключение системного блока при выходе вентилятора из рабочего режима или задействование запасного.

В качестве схемы датчика вращения "двухпроводного" вентилятора можно было взять такую (впрочем, эта схема годилась и для "трёхпроводного" вентилятора).

При этом яркость свечения светодиода обратно зависела бы от тока потребления вентилятора – максимальное свечение при обрыве по цепи питания вентилятора, отсутствие свечения при коротком замыкании. Настройка подобного устройства сводилась бы к подбору сопротивлений двух резисторов – подбором R1 (~ 5 Ом) устанавливаем падение напряжения на нём при номинальном токе потребления вентилятора в районе 0.5-0.75В, подбором R2 добиваемся ощутимого изменения яркости свечения светодиода при остановке двигателя. Схема имеет "право на жизнь", но мы пойдём другим путём – превратим "двухпроводной" вентилятор в "трёхпроводной", ничего не меняя в его схеме. Сделать это достаточно легко. Для снятия сигнала, частота которого пропорциональна частоте вращения крыльчатки вентилятора, подходит коллектор любого из ключевых транзисторов. При этом датчиком вращения может быть первая схема с удалённым из неё резистором R1 без изменения параметров остальных элементов схемы. Остаётся только снять крыльчатку для доступа к элементам схемы, найти коллектор одного из транзисторов, припаять и зафиксировать провод и снова собрать. Заодно, если вентилятор уже побывал в работе, провести регламентные работы по удалению пыли и смазке вала.

Необходимый вывод транзистора найдём прозвонкой выводов относительно плюсового провода питания схемы на наличие низкоомной цепи сопротивлением в ~60 Ом и припаяем к нему провод.

На этом доработку двухпроводных вентиляторов можно считать законченной. Если не забыть, как его собрать.

Борьба с шумом

Редкий пользователь, установив вентилятор в корпус, не начинает борьбу с шумом. Причём, как правило, это заключается в подсоединении питания двигателя между проводами +12В и +5В. Как правило, любые доводы противников такого подключения не принимаются в расчет его сторонниками. Я тоже решил "вложить свою копейку" в этот спор. Для этого я немного изменил входные цепи старой звуковой карты Genius SM32х и использовал её в качестве осциллографа для снятий пульсаций по обеим шинам питания +12В и +5В одновременно с помощью звукового редактора Sony Sound Forge 7.0.
Первая "осциллограмма" относится к случаю подключения вентилятора к шинам +12В и 0.

Верхняя осциллограмма относится к шине +12В, нижняя – к +5В.

А вот что представляет собой осциллограмма при подключении вентилятора к шинам +12В и +5В.

Если шина +12В спокойно перенесла такое подключение, то обратите внимание на появившиеся импульсы по шине +5В в положительных значениях. Эти импульсы есть ни что иное, как коммутационные помехи ключевых транзисторов схемы управления двигателем и импульсные помехи его катушек. Помехи эти достаточно сильные – при измерении пикового значения с помощью осциллографа С1-55 для коммутационных помех данного вентилятора было получено значение более 0.2В – при использовании процессорного кулера для охлаждения интегрированного 4-х канального усилителя мощности ЗЧ суммарной мощностью в 120Вт с питанием через интегральный стабилизатор КР142ЕН8 фон удалось убрать только при подключении конденсатора ёмкостью не менее 1000мкФ. Именно это значение ёмкости является рекомендуемым и для схемы понижения напряжения питания двигателя вентилятора, о которой будет рассказано чуть ниже. А сейчас выясним, как уменьшается производительность кулера при понижении питания. Для этого снимем зависимости частоты вращения крыльчатки от напряжения питания двигателя для разных вентиляторов (все они представлены на первой фотографии), зависимость частота/напряжение для "двухпроводных" вентиляторов, оказавшихся под переделкой, была подобной зависимости для третьего вентилятора с номинальной частотой вращения в 2400об./мин.

Видим, что частота вращения линейно зависит от напряжения питания вплоть до границы рабочего участка напряжения питания. Однако зависимость проходящего объёма воздуха от частоты вращения можно принять за квадратичную – исходя из этого можно понять, что чем тихоходнее двигатель, тем меньше в производительности мы потеряем при одинаковом уменьшении питающего напряжения по сравнению с более скоростными. При снижении напряжения питания, на мой взгляд, достаточно остановиться на границе в 8-9 вольт – во-первых, именно тут происходит резкое уменьшение акустического шума от вращающейся крыльчатки, и, во-вторых, падение производительности не так ещё ощутимо. Так как помимо снижения акустического шума мы преследуем ещё и задачи снижения импульсных помех, и нам предстоит параллельно питающим выводам двигателя вентилятора подключить конденсатор большой ёмкости, то следует каким-то образом ограничить начальный пусковой ток, значение которого будет складываться из тока заряда конденсатора и пускового тока самого двигателя – измеренные значения пускового тока у разных вентиляторов дали его значение не меньше удвоенного значения номинального тока. Лучшим решением этой задачи следует признать использование мощного полевого MOSFET-транзистора – из-за большого входного сопротивления затвора можно ограничиться во времязадающих цепях конденсаторами небольшой ёмкости – до 100мкФ.

Окончательной редакцией явилась следующая схема, настройка которой заключается в подборе ёмкости C1, при которой происходит плавное нарастание потребляемого тока при включении. В зависимости от типа полевого транзистора, можно получить на выходе напряжение в пределах 9.5-8.5 В. Я остановил свой выбор на IRFZ24N (по отношению цена/технические характеристики) – с ним напряжение на выходе при входном напряжении в 12В получается 8.8В. Эту схему можно слегка доработать – напряжение на затвор можно подавать со среднего выхода потенциометра, подключенного к питающим проводам, при шунтировании одного из плеч этого потенциометра терморезистором можно получить на выходе напряжение прямо или обратно пропорциональное изменению температуры. Кроме того, при необходимости повысить выходное напряжение, можно выводы стока и истока зашунтировать резистором сопротивлением около 50Ом.
В окончательном виде устройство выглядит так:

Полевой транзистор установлен на припаянный к контактной площадке медный фланец от подобного корпуса, перед припайкой которого следует снять фаску по его контуру. Температурный режим работы транзистора под нагрузкой в "один вентилятор" при таком охлаждении – 40 градусов. Монтаж выполнен на двухсторонней плате с использованием радиоэлементов для поверхностного монтажа (от старых плат ISA-устройств). Крепёж платы – по месту. Светодиоды выносятся на лицевую панель.

Автоматическое включение резервного вентилятора

Рассмотрим полную схему получившегося устройства.

Видим, что если исключить резистор R1 из схемы, то можно открывать ключ VT2 с помощью схемы, которая бы работала по следующему алгоритму – есть сигнал на открытие ключа при остановке двигателя другого вентилятора, нет сигнала – при нормальной работе двигателя вентилятора. Реализуем этот алгоритм с помощью простейшего детектора состояния датчика работы вентилятора.

При наличии вращения конденсатор C2 перезаряжается, что вызывает появление переменной составляющей на резисторе R6, положительная полуволна которой открывает транзистор VT2 и подзаряжает конденсатор C3, который не даёт закрыться транзистору VT2 во время отрицательной полуволны, которая через диод VD3 "садится" на схемный ноль. Для более чёткой работы детектора на месте этого диода лучше применять диоды с низким прямым напряжением, например, германиевые типа Д9. Я применил диод Д18. При отсутствии вращения конденсатор C3 разряжается через резисторы R6 и R7, а также через эмиттерный переход VT2. При этом напряжение на коллекторе VT2 повышается, что ведёт к открыванию полевого транзистора и подаче на резервный вентилятор напряжения питания.
Подбирая ёмкость конденсатора C3 можно обеспечить "тестирование" работы резервного вентилятора при первом включении в течение времени заряда этого конденсатора.
При замене основного вентилятора на исправный резервный вновь останавливается.

Вот полная схема такого устройства:

А вот его внешний вид в собранном состоянии:

Две платы датчика работы вентилятора установлены на кросс-плату, на которой находится детектор. Вентиляторы подсоединяются к стандартным трёхконтактным вилкам подключения вентиляторов. Питание можно подать, например, через стандартный разъём подключения вентиляторов (как на снимке). Вместо пар светодиодов можно применять двуханодные двухцветные светодиоды.

Литература по теме

1. Журнал "Радио" №12, 2001г. "Ремонт вентиляторов электронных устройств", Р.Александров, стр.33-35.
2. Журнал "Радио" №2, 2002г. "Звуковой сигнализатор неисправности вентилятора", Д.Фролов, стр.34

В процессе реанимации и модернизации усилителя Солнцева пришлось избавиться от громоздкого блока питания выполненного на трансформаторе ТС-180. Был изготовлен импульсный блок питания на IR2153 мощностью 200 Вт. Однако в процессе эксплуатации при снимаемой мощности порядка 130 Вт был выявлен нагрев импульсного трансформатора. Не критичный, но все же присутствовал. Кроме того, достаточно заметно грелись стабилизаторы L7815, L7915. Установить большие радиаторы не позволял плотный монтаж на плате.

Для устранения данного эффекта решил применить кулер. Выбор остановился на малогабаритном вентиляторе мощность 0,96 Вт при питании 12 вольт и токе потребления 0,08 А. Так как трансформаторный БП для него будет иметь неприемлемые массогабаритные размеры, решил собрать с гасящим конденсатором.

Схема

Бестрансформаторный источник питания в общем случае представляет собой симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора. Конденсатор С1 для переменного тока представляет собой емкостное (реактивное, т.е. не потребляющее энергию) сопротивление Хс, величина которого определяется по формуле:

где f — частота сети (50 Гц); С —емкость конденсатора С1, Ф. Тогда выходной ток источника можно приблизительно определить так:

где Uc — напряжение сети (220 В).

При токе потребления 0,08 А емкость С1 должна иметь номинал 1,2 мкф. Ее увеличение позволит подключить нагрузку с большим током потребления. Приблизительно можно ориентироваться на 0,06 А на каждую микрофараду емкости С1. У меня под рукой оказался 2,2 мкф на 400 вольт.

Резистор R1 служит для разряда конденсатора после выключения БП. Особых требований к нему нет. Номинал 330 кОм - 1 Мом. Мощность 0,5 - 2 Вт. В моем случае 620 кОм 2 Вт.

Конденсатор С2 служит для сглаживания пульсаций выпрямленного мостом напряжения. Номинал от 220 мкф до 1000 мкф с рабочим напряжением не менее 25 вольт. Мною был установлен 470 мкф на напряжение 25 вольт.

В качестве выпрямительных диодов применены 1N4007 из отработавшей свое энергосберегающей лампы.

Стабилитрон (12 Вольт) служит для стабилизации выходного напряжения и его заменой можно добиться практического любого необходимого напряжения на выходе БП.

При сборке схемы следует иметь ввиду, что подключение вентилятора следует выполнить безошибочно изначально. Ошибка в неправильной полярности припаивания проводов вентилятора приведет к выходу вентилятора из строя. А само подключение (припаивание) следует выполнить, заранее, поскольку напряжение на холостом ходу в точках присоединения вентилятора может составлять 50-100 вольт. Если полярность безошибочна (красный провод, это плюсовая шина питания), то при включении в сеть 220 В на вентиляторе будет примерно +12 вольт.

Печатная плата выполнена методом ЛУТ. Травление проводилось перекисью водорода, лимонной кислотой и поваренной солью из расчета 50 мл перекиси, 2 ч.л. кислоты и чайная ложка соли.

В дополнение привожу схему (может кому понадобится) регулировки частоты вращения вентилятора.

По сути, это регулятор напряжения, подаваемого на двигатель вентилятора. Изменение напряжения приводит к изменению частоты вращения вентилятора. В схему специально введён постоянный резистор R2, назначение которого ограничить минимальные обороты вентилятора, для того, чтобы даже при самых низких оборотах, т.е. при самом низком напряжении, обеспечить его надёжный запуск.

Представляет собой несложную конструкцию, обычно состоящую из бесколлекторного электродвигателя постоянного тока и лопастей крыльчатки, которые приводятся в движение для перемещения воздушных масс. Это устройство давно стало стандартным компонентом в системах охлаждения современных , однако для производства вентиляторов до сих пор применяются различные технологии и принципы. В этом материале мы попробуем разобраться с одним из наиболее часто возникающих вопросов по этим, казалось бы, банальным комплектующим: типу и характеристикам подшипников.

Возможно, вы могли видеть, как на упаковках кулеров производители указывают слово бесколлекторный (brushless) применительно к типу используемого вентилятора. Но какой же смысл несет данное обозначение? Чтобы понять это, следует сначала разобраться, как работает коллекторный (brushed) электромотор.

В простейшем случае, так называемый коллекторный электродвигатель постоянного тока (словосочетание “постоянный ток” повторяется нами вновь, так как именно DC, Direct Current, служит источником питания для компьютерных вентиляторов) является неким металлическим цилиндром, вокруг которого закручена медная проволока. Более корректным языком следует называть эту пару ротором с обмоткой. На цилиндре закреплен вал, и в совокупности это соединение подвижно. Таким образом, при движении цилиндра, вращение передается на вал, который, в свою очередь, уже может быть соединен со следующими движимыми компонентами системы. В частности, именно на валу закреплена крыльчатка интересующих нас кулеров.

При подаче энергии на обмотку прежде нейтрального цилиндра, он превращается в электромагнит, генерирующий магнитное поле между двумя полюсами (называемыми северным и южным). Кроме того, вокруг мотора дополнительно помещаются два магнита с противоположной полярностью (поляризующих магнита, статора). В то время, когда генерируемое рабочим электромагнитом магнитное поле оказывается противоположным создаваемому статичными магнитами, мотор приходит в движение; действует пара сил Ампера (ведь одноименные магнитные полюса отталкиваются друг от друга, а разноименные - притягиваются). Мы отобразили данный начальный этап на первом рисунке.

Однако при описанной выше конфигурации после поворота на 180 градусов, цилиндр вместе с валом вновь придут в состояние покоя, прекратив движение; система окажется в равновесии.
Получается, что для дальнейшего вращения мотора, требуется инвертировать полярность рабочего электромагнита. При этом обратится формируемое мотором магнитное поле, и цикл с поворотом на 180 градусов до остановки (как на первом шаге) повторится.

Таким образом, для того, чтобы заставить мотор постоянно вращаться, необходим механизм, который бы автоматически изменял полярность ротора. Самый простой и дешевый вариант решения этой задачи - щёточно-коллекторный узел. Такие узлы бывают технически сложными, но для простого примера достаточно рассмотреть такой мотор, у которого движимая часть соединяется с недвижимым источником подачи тока через пару щёток. Они находятся на концах обмотки ротора и соприкасаются с контактами коллектора каждый раз при повороте на половину оборота, тем самым инвертируя полярность. Стоит отметить, что щётки получили свое название из-за первых, не слишком долговечных и надежных реализаций идеи скользящих контактов. Описанные в данном абзаце этапы работы мотора показаны на следующем изображении:
Естественно, приведенное описание сильно упрощено; существуют намного более сложные двигатели, однако сам принцип коллекторных моторов и в них остается неизменным. К сожалению, работающие таким образом электродвигатели не слишком подходят для персональных компьютеров: их срок службы оставляет желать лучшего, как и надежность при вращении на больших скоростях, не говоря уже о высоком уровне шума и возможном возникновении искры при контакте щёток с коллектором. Такие двигатели нередки в профессиональных электрических инструментах, где щётки часто являются расходным материалом.

Этот статья посвящена такой немаловажной части современного компьютера, как кулер (двигатель-вентилятор, если быть точным). От него зависит охлаждение системы, а значит нормальная работа компьютера. Подробно о принципе работы кулера можно прочитать в журнале"Радио-#12 за 2001 г.
Большинство вентиляторов выполнены в виде бесколлекторных двигателей с внешним ротором, снабженным крыльчаткой. Напряжение питания обычно 12 Вольт, потребляемый ток, в зависимости от размеров и мощности, от 70 мА до 0,35 А (у наиболее мощных). Коллекторные двигатели не применяют, так как их щетки довольно быстро изнашиваются и создают сильные шумы и вибрации, а также электрические помехи.

На роторе бесколлекторного двигателя установлены постоянные магниты, а на находящемся внутри него статоре - обмотки. Переключение тока в обмотках производится с помощью узла, определяющего положение ротора по воздействию магнитного поля на датчик Холла. Такие датчики внешне напоминают транзисторы и имеют три вывода - напряжение питания, выход и общий. Напряжение на выходе может изменяться или пропорционально напряженности поля, или скачком, в зависимости от конкретной модели датчика.

На рисунке 1 приведена схема двигателя SU8025-M. На статоре двигателя расположены четыре идентичные катушки, содержащие по 190 витков. Намотаны они сложенным вдвое проводом. В зависимости от углового положения датчика Холла относительно ротора, на выходе датчика будет низкий или высокий уровень напряжения.

Если уровень высокий, то открыт транзистор VT1, VT2 закрыт, и через обмотки группы А протекает ток. Ротор поворачивается, вместе с ним поворачивается и его магнитное поле. Когда уровень сигнала на выходе ВН1 сменится низким, VT1 закроется, а VT2 откроется, пропуская ток в группу обмоток Б. Ротор вращается дальше, ток снова переключается в обмотки группы А, и процесс повторяется снова и снова...

В моменты переключения тока на обмотках двигателя возникают выбросы напряжения (благодаря явлению самоиндукции). Для уменьшения этих выбросов параллельно участкам коллектор-эмиттер транзисторов VT1 и VT2 подключены конденсаторы С1 и С2. Диод на входе защищает остальную схему от повреждений в случае неправильного подключения питания.

Есть и другие варианты схем вентиляторов.

В процессе эксплуатации, возможно высыхание смазки, что приводит к повреждению поверхности оси ротора и втулки, а это в свою очередь приводит к усилению вибрации или даже заклиниванию ротора. Так что, если появился гул, который исчезает после нескольких минут работы, - это характерный признак того, что в подшипниках нет смазки. Еще одной проблемой является загустевание смазки, по причине низкого качества или попадание пыли, что является прекрасным тормозом для ротора. Для устранения необходима разборка и смазка.

Другой тип неисправностей - электрические. Как и в любом другом устройстве, неисправности эти бывают двух видов - "нет контакта, где должен быть, или он есть там, где его не должно быть" - обрыв или замыкание. У обмоток статора малое "омическое" сопротивление, поэтому при пробое коммутирующего транзистора или остановке крыльчатки (попадание туда чего-либо или заклинивание подшипника) ток в обмотке значительно возрастает, а это может привести к перегоранию проводов.

Для ограничения тока в случае возможной аварии последовательно в цепь питания вентилятора необходимо включить резистор сопротивлением 10 Ом. Если возникло желание (просто непреодолимое) перемотать сгоревшие обмотки, следует использовать провода марок ПЭВ-2, ПЭТВ-2, ПЭЛБО, ПЭЛШО подходящего диаметра. Точно соблюдайте число витков, иначе новые обмотки будут перегреваться.

Вышедшие из строя транзисторы лучше заменять более высоковольтными, подходящими по параметрам (ну и по размерам тоже...), если сможете такие найти. Скорее всего, придется искать другой сгоревший вентилятор для разборки.

Если установленные в двигателе конденсаторы рассчитаны на напряжение меньше 50 Вольт, их рекомендуют заменять более высоковольтными. Хотя рассмотреть на мелких деталях маркировку бывает и затруднительно...

Ремонт платы, вероятно, будет затруднен из-за ее малых габаритов и особенностей поверхностного монтажа. Обратите внимание на качество пайки - при работе двигатель довольно сильно вибрирует, и иногда детали просто отваливаются.
После окончания ремонта и установки кулера на место проверьте, не мешают ли его вращению шлейфы и провода, иначе придется повторять процедуру ремонта снова.

Cигнализатор вращения кулера

Итак, двигатель вертится, и все вроде в норме. Хорошо, если плата способна контролировать обороты вентиляторов, но ведь у многих еще работают "раритеты", которые и не подозревают о существовании кулеров с датчиками оборотов. Что можно предпринять в этом случае?

Можно попробовать приобрести устройство, описанное в одном из номеров "UPGRADE", - называется оно просто и незатейливо: TTC-ALC Fan Alarm. К этому устройству подключаются до трех вентиляторов, и при остановке любого из них раздается звуковой сигнал. Cигнал будет звучать до тех пор, пока не начнет вращаться вентилятор или не отключится питание. Только вот на снижение оборотов (без полной остановки вентилятора) эта штука не реагирует... Указанная стоимость "сторожа" составляла 11 долларов.

А почему бы не попробовать сделать такого "Большого Брата" для кулера самому? Вот и схема для заинтересовавшихся - рис. 2.

Схема предназначена для контроля оборотов двигателя с датчиком вращения. Выход датчика - транзистор с "открытым коллектором", при работе этот транзистор открывается и закрывается (два импульса на каждый оборот ротора). База транзистора VT1 будет периодически соединяться с общим проводом, и транзистор будет закрыт. При снижении оборотов "замыкание" базы VT1 на корпус будет происходить все реже, и напряжение на С1 начнет увеличиваться (ведь он заряжается через R1).

Как только напряжение станет достаточным для открытия транзистора, засветится индикатор HL1 и заработает мультивибратор на транзисторах VT2 и VT3. Если вентилятор все еще пытается вращаться, то сигналы принимают вид коротких звуковых и световых импульсов.

При полной остановке ротора сигнал становится непрерывным. Недостаток данной схемы выяснился в процессе опытной проверки - если ротор полностью останавливается в определенном положении относительно статора, тревожный сигнал не подается, хотя на уменьшение оборотов схема реагирует нормально. (Возможно, просто вентилятор такой неудачный попался...)

Еще одна схема, которая рассчитана на подключение к двигателю без тахометрического датчика. Реагирует она и на замедление вращения ротора, и на полную его остановку (рис.3).

Последовательно с двигателем включен резистор R1, который ограничивает ток, подающийся на двигатель в аварийных ситуациях. В процессе работы прохождение тока через обмотки носит импульсный характер, соответственно, на R1 будут появляться импульсы напряжения. При токе через резистор, примерно равном 130 мА, падение напряжения на нем составит чуть больше 1 Вольта (в полном соответствии с законом Ома). Импульсы поступают на базу VT1, который выполняет роль "усилителя". С его коллектора через конденсатор С1 эти импульсы управляют транзистором VT2, который периодически открывается этими импульсами и разряжает конденсатор С2.

Напряжение на С2 недостаточно для открывания VT3, сигнализация молчит. При замедлении вращения ротора двигателя импульсы поступают все реже, и когда напряжение на С2 достигнет величины, достаточной для открывания транзистора VT3, загорится светодиод и зазвучит тональный сигнал. Мультивибратор - такой же, как и в предыдущей схеме. Схема, возможно, далека от оптимальной, но работает вполне надежно.

В "вопросах по железу" встретился вопрос о программе, которая бы отрубала всю деятельность процессора по превышению определенной температуры, например, при остановке кулера. Программ, которые бы отрубали процессор, вроде пока не было (если не считать команды на окончание работы и отключение).

Программы, контролирующие обороты кулеров и напряжение на плате, есть, но они работают с современными платами. А что делать остальным? Ответ такой - собрать и опробовать схему, описанную выше, и ввести туда диод, цепь которого показана штриховыми линиями. Возможно, придется увеличить емкость конденсатора С2, чтобы сброс происходил при очень малых оборотах вентилятора, недостаточных для нормального охлаждения процессора. Работать схема будет так же, как и раньше, но вдобавок при остановке кулера кроме срабатывания сигнализации будет происходить непрерывный "сброс". Световая сигнализация в данном случае просто необходима, чтобы сразу установить причину тревоги.

Еще один вариант такой схемы (рис.4), работает аналогично предидущей схеме. Индикация осуществляется светодиодом "Power", который обычно подключается к хорошо знакомому разъему "Power led" на материнской плате. Логика работы проста: если светодиод горит - все нормально, если нет - пора извлекать кулер для "профилактики".

Вопросы по изготовлению

В схемах применимы транзисторы, подобные по параметрам обычным КТ315, КТ361 с граничным рабочим напряжением коллектор-эмиттер не менее 15 Вольт. Светодиоды - любые, желательно красного цвета свечения - сигнал тревоги все-таки... Закрепить их можно в крышке свободного отсека (например, 5").

Желательно будет подписать, какой индикатор к какому вентилятору относится. Величину ограничительного резистора R1 необходимо уточнить - главное, чтобы при работе в нормальном режиме напряжение на нем было чуть более 1 Вольта.

Некоторые пользователи хотят разогнать в своем компьютере абсолютно все, включая вентиляторы. Например, пришел вопрос такого рода: "Есть желание поиздеваться над своим кулером Golden Orb, поиграть с напряжением (в основном, с повышенным). Подключил его к внешнему источнику, а хотелось бы знать и количество оборотов. Как его подключить к матери, чтобы ничего не спалить и обороты определялись?" Для ответа на этот вопрос приводится схема на рисунке 5.

Минус внешнего источника соединяется с минусовым проводом вентилятора и разъема. Плюсовой провод от вентилятора подключается к выводу внешнего источника. Выход датчика оборотов не трогаем.

Помните, что обычно для регулировки оборотов напряжение меняют в пределах 7...13,5 Вольт. Если хотите подать больше - ваше дело, только потом не говорите, что вас не предупреждали... И лучше всего держите наготове запасной кулер...

Устройство термоконтроля

Основная проблема, которая связана с работой кулера - шум, который со временем сильно надоедает. Особенно это касается небольших офисов, где на "двадцати квадратах"- может размещаться 5-6 машин. И это притом, что на таких машинах, как правило, работают программы не требующие больших ресурсов. Частично избавится от шума возможно, например, снизив скорость вращения крыльчатки вентилятора, подключив минусовой провод кулера (обычно черный) не к общему, а к +5в (красный провод питания) тем самым, снизив напряжение питания кулера до 7 вольт, или запитать кулер через стабилитрон в обратном включении. Хотя это и небезопасно, так как может привести к выходу из строя компонентов компьютера в результате недостаточного охлаждения. С вентиляторами, которые подключаются к материнской плате, еще как-то можно бороться, но с основным источником шума - вентилятором в источнике питания дело обстоит сложнее, хотя бы потому что этот вентилятор обеспечивает охлаждение системы в целом. Конечно, дорогие фирменные источники оснащены системой регулирующей работу кулера, но в большинстве компьютеров таких систем нет. Дело в том что производители компьютеров стараются максимально снизить стоимость своей продукции, применяя дешевые источники питания.
Чтобы понизить звук, издаваемый вентиляторами персонального компьютера, можно пойти по пути разумного снижения скорости их вращения. В самом деле, всегда ли нужен пропеллер, гоняющий воздух (и пыль) на полную мощность? Принудительный обдув необходим, если температура охлаждаемого объекта превышает некоторую определенную величину, а ниже нее вентиляторы могут работать вполсилы или не работать вообще, постепенно ускоряясь до своей максимальной скорости с повышением температуры. Так, например, радиаторы современных блоков питания для ПК остаются практически холодными при типовой нагрузке (обычно она заведомо меньше половины максимальных возможностей блока), то есть, нет никакой необходимости "гонять" вентилятор блока питания на полных оборотах, тем более что часто именно он дает основной вклад в шум системного блока.

Чтобы снизить тепловыделение процессора во время даже кратковременных (доли секунды) простоев применяются различные программные охладители (например, CPUidle, Waterfall и др.) которые при помощи специальных команд "усыпляют" процессор во время пауз в работе, благодаря чему его температура резко снижается. Более того, подобные средства программного охлаждения уже встроены в ядро многих современных опера систем (Windows, Linux и др.), и достаточно лишь их активизировать (например, надо установить Windows при включенной в BIOS материнской платы опции ACPI, и эти команды начнут работать автоматически). При этом температура процессора во время вашей активной работы с Word"ом, Photoshop"ом, почтой или браузером вряд ли будет подниматься выше 35 градусов! В этих ситуациях вполне логично замедлить вращение вентилятора процессорного кулера, уменьшив его шум и существенно увеличив срок службы.

Для каждого применения критическая температура регулировки вентиляторов может быть своя, однако в большинстве случаев внутри системного блока вполне подойдет единая универсальная настройка. До температуры термодатчика (расположенного в нужном месте) в 35-40 градусов Цельсия (такая температура далека от критической для любых компьютерных компонентов) вентилятор может вообще не работать, либо работать с минимальным количеством оборотов. При этом издаваемый им звук будет намного тише обычного (на 10-15 дБ при вращении на половинной скорости), а долговечность работы вырастет в несколько раз! По мере повы температуры примерно до 55 градусов вентилятор должен разгоняться на полную скорость и выше 55 градусов - работать на максимальной скорости.

Предлагаемая ниже схема обеспечивает простую регулировку оборотов вентилятора без контроля оборотов. В устройстве использованы отечественные транзисторы КТ361 и КТ814.

Рис.7 Принципиальная схема регулятора.

Конструктивно плата размещается непосредственно в блоке питания, на одном из радиаторов и имеет дополнительные посадочные места для подключения второго датчика (внешнего) и возможность добавить стабилитрон, ограничивающий минимальное напряжение, подаваемое на вентилятор.

Рис.8 Внешний вид и топология печатной платы.

Существуют и более сложные схемы регулировки, например - FANSpeed (рис.9)

Рис.9 Принципиальная схема и внешний вид регулятора FANSpeed.

Функция такого управления скоростью вентилятора от термодатчика реализована в простой электронной схеме (рис.9). Схема содержит простейший операционный усилитель типа КР140УД7 (можно применить и КР140УД6), один транзистор (КТ814 или КТ816 любой буквы - только для вентиляторов с максимальным током не более 220 мА), стабилитрон VD1 (любой из КС162 или КС168), несколько резисторов и конденсаторов (допуск номиналов для резисторов - 10 %, для конденсаторов - любой), и обычные кремниевые диоды общего применения (например, КД521, КД522 и др.) в качестве термодатчиков VD3 и VD4. Элементы R9, HL2 и VD6 необязательны и служат только для индикации величины выходного напряжения по яркости свечения светодиода HL2, однако светодиод HL1 необходим, поскольку стабилизирует работу схемы при измене питания.

Работа схемы регулировки скорости вращения вентиляторов от температуры основана на уменьшении с нагревом напряжения на p-n переходе диода (около 2 мВ на градус Цельсия). Настройка рабочего режима схемы сводится к установке подстроечным резистором R4 выходного напряжения, подаваемого на вентилятор, равным примерно 6,5 Вольт при температуре датчика в 37 градусов Цельсия и разомкнутом джампере JP1. Для этого этого датчик на минуту засовывают в подмышку (сухую - чтобы исключить электроконтакт с проводящей кожей). Термочувствительность схемы (скорость увеличения выходного напряжения с температурой) определяется в частности номиналом резистора R6 и для варианта с одним диодом составляет примерно 0,3 Вольта на градус, то есть при данной калибровке на выходе будет 12 Вольт при температуре примерно 55 градусов.

Большинство из 12-вольтовых вентиляторов (как больших для блоков питания, так и поменьше для процессоров и видеокарт) способны стабильно вращаться при напряжении питания 3-5 Вольт (при этом их скорость примерно вдвое меньше номинальной). Однако для уверенного запуска часто необходимо более высокое напряжение 6,5-7 Вольт. Именно с этим расчетом в схему введены диод VD5 и двухпиновых джампер JP1 - при замкнутом джампере напряжение на вентиляторе не опустится ниже примерно 6,5 Вольт даже при температуре 20-25 градусов, что обеспечит бесперебойное вращение вентилятора на низкой скорости. Если вы хотите, чтобы при температуре ниже 30 градусов вентилятор останавливался совсем, джампер надо оставить разомкнутым. Для работы схемы можно использовать один или два диодных термодатчика, включенных параллельно. В последнем случае диоды VD3 и VD4 надо подобрать с примерно одинаковым прямым падением напряжения при одинаковой температуре, а номинал резистора R6 увеличить до 20 кОм. Схема будет срабатывать по более горячему датчику, поэтому, расположив их в разных местах, можно одной приставкой контролировать сразу две температуры. Например, на фотографии один термодатчик расположен прямо на печатной плате приставки и контролирует температуру окружающего воздуха, а другой - выносной на один из радиаторов. При монтаже термодатчиков на радиаторах следует тщательно избегать электрического контакта (и утечек) между выводами диода и другими металлическими частями компьютера, иначе схема будет работать неправильно.

Изменив некоторые номиналы схемы, можно заменить диоды VD3, VD4 на стандартный выносной термодатчик для материнских плат (например, 10-кОмный термистор, см. фото) - конструкция его термочувствительной части больше подходит для монтажа на процессорных кулерах, однако и стоит он намного дороже обычного диода.

Если вентилятор оснащен датчиком скорости вращения (три провода вместо двух), то этот третий провод (контакт ј3 разъема на вентиляторе) идет в обход схемы. При этом датчик вращения будетисправно работать до напряжения на вентиляторе 4,5-5 Вольт, выдавая меандр с логическими уровнями 0 и 5 вольт и удвоенной частотой вращения ротора: два противоположно расположенных на роторе (для равновесия) магнитика по очереди "включают" датчик Холла в статоре, имеющий выход типа открытый сток (коллектор), "подтянутый" на системной плате резистором к питанию +5 В. Однако при низких скоростях вращения (обычно ниже 2600 об./мин. для питания вентилятора меньше 6,5 В) многие материнские платы не способны адекватно считать обороты, выдавая при этом 0. Уверенный счет чаще начинается с 2800-3000 об./мин., так что это нужно учитывать в работе, чтобы попусту не пугаться.

Для уменьшения шума рекомендуется применять проволочную решетку (круглого сечения) для вентиляторов блоков питания и системных блоков (трехдюймовый типоразмер). Снижает свист ветра и улучшает воздуходув по сравнению со штампованными отверстиями в жести корпусов (рис.10).

Защита системного блока от пыли. Обмен опытом.

Есть два устройства, которые создают внутри себя низкое давление, одно из них пылесос, другое компьютер:)

Сложно сказать чем руководствовались разработчики, применив именно такую систему охлаждения, но, тем не менее, так оно есть. И единственный способ борьбы с ней - это установка дополнительных вентиляторов в нижнюю часть передней стенки корпуса и защита их фильтрами. Вентиляторов лучше ставить два - для создания внутри повышеного давления. Нагнетаемый ими воздух частично будет вытягиваться вентилятором блока питания, частично через щели корпуса.

Литература

1. Александр Долинин (