17. 07.2018

Блог Дмитрия Вассиярова.

Реобас – залог тихой работы компьютера

Приветствую дорогих читателей моего сайта. Я готов вас порадовать рассказом об одном очень полезном устройстве. Оно сможет обеспечить вас дополнительным комфортом в процессе работы на персональном компьютере. Такую возможность предоставляет реобас, или говоря более понятным языком контроллер-регулятор работы вентиляторов системного блока.

Скажу честно, в сети я не нашел точного объяснения термину «реобас». Но у меня есть предположение, что это как-то связано с «реостатом». Это такой прибор, регулирующий напряжение за счет изменения сопротивления. Что-то общее между ними все-таки есть.

Но есть еще версия:

«Rheobase» это биологический термин, означающий минимальный ток при котором сокращается мышца.

И это объяснение близко по смыслу, поскольку и нам нужно так уменьшить ток, подаваемый на кулер, чтобы тот еще мог вращаться.

Последствия наращивания мощности

Но перейдем к делу, для чего все-таки нужен этот реобас? Я думаю ни для кого не секрет, что имеет место тенденция к постоянному росту мощностей персональных компьютеров. Увеличивается производительность процессора и видеокарты, расширяется объем основной и оперативной памяти.

Усугубляют ситуацию новые компьютерные игры с 4K разрешением. А так же ресурсоемкие программы для видеомонтажа и создания 3D анимации. Ради их стабильной работы без подтормаживаний владельцы ПК вынуждены делать кардинальный апгрейд своих машин, зачастую сопровождающийся разгоном процессора. Как вы понимаете, все это порождает цепочку взаимосвязанных процессов:

Содержимое системника потребляет намного больше энергии;
Затраченные киловатты трансформируются в тепло, выделяемое микросхемами и другими деталями;
Для исключения перегрева устанавливаются дополнительные и более мощные вентиляторы, общее количество которых в корпусе ПК может достигать 8-10 штук;
Какими бы тихоходными современные кулеры не были, их совместная работа «в оркестре» создает не только мощный поток воздуха, но и достаточно громкий и весьма неприятный шумовой фон. Который, в некоторых случаях, может вызывать головные боли.

Я думаю, конечная проблема обрисована ярко. И многие из вас уже наверняка задумывались о том, как сделать вентиляционное охлаждение более тихим. Тем более, что такая теоретическая возможность существует: компьютер ведь не всегда работает на своей максимальной мощности.

Вот это правильно, и умные люди об этом тоже уже подумали и создали устройство реобас. Оно отлично справляется с регулировкой оборотов кулеров в зависимости от загруженности системы.

Какие бывают реобасы?

Принцип работы контроллера вентиляторов прост и понятен каждому: регулировка скорости вращения за счет изменения параметров тока, подаваемого на электродвигатель кулера. Вроде бы все ясно. Но на деле реобасы отличаются конструкцией и техническими решениями, позволяющими по-разному реализовать основную функцию.

Давайте посмотрим, из чего состоит простой ручной реобас. Во-первых, это кабель для соединения с блоком питания и отдельные провода (контролеры) подключаемые для питания и контроля вентиляторов или их групп. Наибольшее распространение получили четырёхканальные приборы. В них выделяют три основных линии на БП, процессор, видеокарту и один, на усмотрение пользователя.

На каждом канале устанавливается регулятор, поворотом которого вручную можно установить нужную частоту вращения лопастей. Контролируется этот процесс небольшим ЖК дисплеем, располагаемым вместе с ручками регулировки на панели. Девайс устанавливается в 5,25 дюймовый отсек на фронтальной части системного блока. Главным в такой схеме является программируемы чип со специальной программным управлением.

Но, как вы понимаете, от ручной регулировки толку немного. А в случае с охлаждением процессора такой способ может и навредить. Поэтому я сразу предлагаю рассмотреть конструкцию реобаса, который способен с максимальной эффективностью управлять шумом и энергопотреблением вентиляторов в полностью автоматическом режиме. Главные ее отличия – это наличие отдельных термодатчиков на каждый канал и более сложный алгоритм работы.

Как работает авторегулирование?

После включения компа такая система сначала раскручивает кулеры по максимуму, фиксирует эти значения частоты вращения и принимает их за 100%. Далее обороты по каждому каналу искусственно снижаются. И уже потом автоматически регулируются в зависимости от загруженности и нагрева отдельных модулей.

При этом пользователь компа может и самостоятельно устанавливать и регулировать обороты вращения для отдельных вентиляторов. Для более удобной работы с реобасом на их панели устанавливается информативный дисплей, который в некоторых случаях делается сенсорным и цветным. С его помощью можно в удобном виде получать текущие сведения:

какова частота вращения кулеров;
температура в зоне их размещения;
потребляемая мощность подключенных кулеров;

Так же на дисплей выводится информация о неисправностях. В некоторых моделях реобасов имеется возможность работать со специальным ПО, которая упрощает процесс управления вентиляторами.

Технология регулирования оборотов

Кстати, о регулировке частоты оборотов. Не все двигатели способны изменять ее вследствие уменьшения или увеличения напряжения. Да и сама эта технология несовершенна, ведь при минимальных значениях U, созданного вращающего момента может оказаться недостаточно, чтобы провернуть вентилятор с грязными лопастями или с загустевшей смазкой.

Поэтому в хороших реобасах с автоматической регулировкой используют широтно-импульсную модуляцию тока.

При этом напряжение остается постоянным – 12 В. Но подается оно на вентилятор с паузами и разной периодичностью.

Это отлично видно на рисунке:

Такая схема питания более сложна в реализации и выполняется с помощью оцифровки сигнала. Поэтому иногда можно встретить 128 уровней настройки частоты вращения. Но зато она позволяет устанавливать не только точные, но и самые минимальные значения, да хоть 1 оборот в минуту.

Определить, поддерживается ли она в реобасе, можно по разъемам для подключения вентиляторов. Если они 2-3-х пиновые – это не то. А вот 4-х проводов как раз достаточно, чтобы подать напряжение, мониторить обороты и управлять ими. Не забывайте и о том, что в автоматических приборах в наличии должны еще быть и кабели с датчиками для мониторинга температур.

Эпилог

И еще небольшой бонус. В дорогих автоматических моделях с большим цветным сенсорным экраном на всю ширину блока ничего «лишнего» вы не найдете. А вот в некоторых простых реобасах с ручками и кнопочками на панели остается немного места. И производители стараются добавить функционала, разместив на ней еще USB порты, SD гнезда или другие приятные плюшки в виде подсветки.

Теперь вы знаете, что такое реобас. И как с его помощью можно заставить компьютер вести себя потише. На этом мой обзор хитрого и полезного устройства окончен.

Всем добра и до новых встреч на страницах моего сайта.

Прошло то время, когда компьютерам было достаточно пассивного охлаждения одними лишь крошечными алюминиевыми радиаторами, когда пользователи всего мира тупо пялились в полукруглые, как линзы, мониторы и не знали, что такое Pentium 4. М-да, это было, поистине, прекрасное время! Заходишь в комнату: слышно, как птички поют, ветерок по улицам гуляет. А компьютер работает себе угрюмый в DOS’e и лишь изредка слышны еле заметные потрескивания жёсткого диска. Красота! Уединение с природой.… Но что сейчас…

В моём системном блоке стоят 6 вентиляторов (включая процессорный и видеокарточный), так что вшестером у них здорово получается портить мне настроение и слуховые перепонки, особенно по ночам. Если ставить мой системник в сравнение с чем-нибудь, то самой темой будет турбина от самолёта. Представили? А теперь представьте, что с этим монстром я сосуществую каждый день. Такое впечатление, что внутри корпуса установлена та самая авиационная турбина, которая вот-вот норовит взлететь в воздух и унести с собой моё железо. Но нет! Со мной такие фокусы не пройдут! Этот вопрос можно решить двумя способами:

Удаление «лишних» вентиляторов — вариант для лентяев.
Спаять контроллер вентилей — вариант для нелентяев (Одно слово).

Я выбрал второй вариант, т.к. относил себя к очень даже нелентяям, и, кроме того, лишних карлесонов у меня в системнике было. Для тех, кто не в курсе: реобас (или RheoBus) - устройство, предназначенное для плавного управления напряжением, подаваемым от блока питания на вентиляторы. Если вам моя речь покажется чересчур наполненной заковыристыми словами, то пусть они вас не пугают, т.к. всё сводится к спайке одной схемы, которая до ужаса проста.

Итак, приступаем. Что нам надо из деталей и расходных материалов:

Транзистор КТ 819 Г - 2 штуки.
Переменный резистор номиналом от 4,3 до 4,8 кОм - 2 штуки. Идеальный вариант - 4,7 кОм, его я и использовал.
Двухпозиционный тумблер, т.е. вкл/выкл - 2 штуки.
Одноканальная пружинная клемма - 1 штука.
3-х дюймовая заглушка - 1 штука.
Салазки от дохлого флопика - 1 штука.

Лирическое отступление (можно пропустить)

С ними у меня вообще целая история вышла. Незадолго до написания этой статьи у моего друга, а он тоже, типа, моддер, заборохлил флоп. Естественно, друг (В целях анонимности я не буду разглашать его имя, а то убьет ещё потом ) уже собрался тащить своего больного ко мне, и уже почти вышел из своей квартиры, как… Вот скажите мне, каким образом можно случайно (Повторяю, случайно!) ударить со всей дури пакетом с флопом о пол, чтобы у него поломалась пополам главная плата, чтобы из него посыпались шурупы и чтобы верхней крышкой чуть не убило домашнего кота по имени Семён? Что, не знаете? Вот и я не знаю. А у него как-то получилось. Я долго потом смеялся…

Так вот, достался мне его флопик (Вернее, то, что от него осталось) всего за 30 рублей. Я тут же благополучно вытащил верхнюю крышку, а остальное отправил в утиль.

Так же ещё нам понадобится:

Малярный скотч
Молекс. Нам нужен тот, в который вставляют (молекс-мама), но никак не тот, который вставляют (молекс-папа).
Ручки на переменные резисторы - 2 штуки.
Радиаторы охлаждения на транзисторы. Не обязательный элемент.
Коннекторы вентиляторов (молекс-мама для вентилятора), т.е. такие штуки, которые стоят на материнских платах и в которые питание вентиляторов подключают. ИМХО смотрите на фотографии - всё поймёте. Купить такие штучки можно в компьютерных магазинах или на радиорынках.

Инструменты:

Паяльник и всё к нему.
Супер - Клей.
Изолента или термоусадка.
Плоскогубцы и кусачки.
Дрель или дремель.
Острый нож, коим могут быть: канцелярский нож, хирургический скальпель и т.д.
Руки, растущие не от нижней чахры кундолинии (т.е. не от попы), а от какого-нибудь другого места. Скажем, от плеч.

Let’s go!

Давайте взглянем на схему по которой мы и будем паять наш реобас.

Как видите, я добавил в свой реобас ещё пружинную клемму и пару переключателей. Зачем? Для разнообразия. Пусть наш реобас будет не просто реобас, а реобас/фэнбас. А клемма даёт 12 вольт прямо на морде системника, что очень удобно. Не надо лишний раз лезть в корпус за молексом.

Приступаем к процессу изготовления.

Сначала срезаем все мешающиеся защёлки на заглушке, благодаря которым она держалась в корпусе.

Теперь немного обработаем клемму, а именно: срезаем боковые пластины, иначе она не влезет в заглушку. Для сравнения взгляните на фотографию с материалами.

Прикладываем наши радиодетали к панели и делаем разметку. Советую сделать немного запаса, иначе потом уже будет поздно что-то менять и панель будет безвозвратно испорчена.

Режем, сверлим, пилим, строгаем…

Квадратное окошко для клеммы сделано скальпелем, нагретым на огне. Круглые - дрелью.

Теперь я, немного обработав получившиеся отверстия, вмонтировал все инструменты регулирования реобаса в заглушку. Говорю сразу: переменники сажал на клей, клемму - тоже на клей, а вот тумблеры прикручивал, благо они уже были снабжены всем необходимым для их крепления.

Советую немного развести скотч от мест крепления, т.к. потом это сделать будет достаточно проблемно.

Теперь приклеиваем молекс-папы для вентиляторов к салазкам.

Средняя нога 1-го переменника (А, соответственно, и средняя нога 1-го транзистора, т.к. они спаяны),
Средняя нога 2-го переменника (Соответственно, средняя нога 2-го транзистора),
Красная кнопка клеммы
Нижние ножки тумблеров (На фотографии я припаял плюс к верхним. Это тоже правильно, но тогда, чтобы включить вентилятор, надо было поставить тумблер в положение «низ», а это не есть гуд, т.к. привычнее включать вверх. К сожалению, этот промах я обнаружил слишком поздно, поэтому паяйте сразу как надо).

Видите, я припаял к средним ножкам. Вы сделайте то же самое.

Все левые ножки коннекторов,
Чёрная кнопка пружинной клеммы.

Потом объединяем эти два провода и припаиваем к чёрному молексному.

Теперь берём общий плюс (На фото сверху это провод, который слева болтается просто так) и припаиваем к красному проводу молекса.

Осталось только закрепить его провода к стенке салазок клеем, чтоб не болтались.

Я приклеил провода так, чтобы молекс находился на некотором расстоянии от салазок. Это делается для того, чтобы было удобнее подключать к нему питание.

Теперь последний штрих - на кнопках клеммы есть мешающие их движению выступы, которые мы беспощадно отрезаем нагретым скальпелем.

А вот, так сказать, готовый девайс в сборе. Остаётся только надеть ручки на сопротивления (продаются в любом радиомагазине) и закрасить все места, где стёрлась краска, чёрным маркером.

Объяснение:

Видите, я нарисовал вокруг ручки переменного резистора окружность и отметил на ней цифры 1, 2 и 3? Так вот, ось Х, т.е. та, которая располагается горизонтально на системе координат - как раз и есть эта окружность, только в развёрнутом виде.

А ось Y (та, которая располагается вертикально) показывает число оборотов в минуту, которые напрямую зависят от подаваемого на вентилятор напряжения. Я взял для примера вентиль, max обороты которого равны 3-м тысячам, так проще. У вас же может быть по-другому. В общем, с возрастанием напруги возрастает число оборотов и, наоборот, с уменьшением напруги уменьшается число оборотов.

Цифра 1 (min) — первое положение, когда ручка переменника полностью закручена.

Цифра 3 (max) — третье положение, когда ручка переменника полностью выкручена.

Цифра 2 - положение, когда на вентилятор подаётся минимальное напряжение, примерно 3В.

Мой девайс предоставляет два вида защиты от шаловливых ручек:

1) Защита раз: если ваш вентилятор способен работать при напряжении в 3В, то это значит, что он никогда не выключится, как бы вы не крутили ручку переменника.

Посмотреть, способен или не способен, можно на сайте производителя.

2) Защита два (если ваш вентилятор не может крутиться при 3В): так как мёртвая зона (т.е. положение 2) находится немного дальше от середины окружности, по которой ходит ручка переменника, а не чётко там, где эта ручка закручена до отказа (положение 1), то вентилятор будет достаточно сложно остановить случайно. А чтобы возможность его случайной остановки снизить до минимума, необходимо отметить положение 2, т.е. мёртвую зону, засечкой на заглушке.

Вывод

Сидишь за компьютером, печатаешь в ворде, птички поют, ветерок по улицам гуляет. В комнате тишина и покой. Вот когда игру загружаешь и весь реобас выкручиваешь до максимума, вот это да! Вспоминается проклятое старое. Но ничего, переживём! Хотя бы в режиме 2-D теперь можно расслабиться и спокойно послушать звуки природы.

Хотите приобрести себе лучший телефон смартфон по хорошей цене?! Тогда именно телефоны МТС с установленым пакетом контрактом, поможет вам экономить на телефоне и разговорах.

Реобас (контроллер) — это регулятор оборотов вентиляторов для компьютера. Некоторые корпуса уже имеют встроенный реобас, например Zalman Z9 Plus с регулятором рассчитанным на подключение двух корпусных вентиляторов. Как правило, реобас приходится покупать отдельно и необходимо определиться с выбором подходящего девайса. Первоначально следует прикинуть, сколько вентилятором будет подключено к регулятору. В данной статье рассматриваются контроллеры предназначенные для управления от 4 до 6 вентиляторами. Все рассматриваемые реобасы можно купить на сайте aliexpress.com.

Alseye a-100l (6 вентиляторов)

Контроллер для шести вентиляторов с жидкокристаллическим дисплеем.

Alseye a-100l (r) с красно-белым дисплеем (для черного корпуса)

Alseye a-100l (b) с сине-белым дисплеем (для черного корпуса)

Обзор реобаса Alseye a-100l смотрите в видео.

AeroCool Touch-2100 (5 вентиляторов)

Данный реобас дополнительно имеет два порта USB 3.0 и разъемы для подключения наушников и микрофона.

Обзор устройства смотрите в видео.

NI5L (5 вентиляторов)

Данный реобас оснащен цветным жидкокристаллическим дисплеем и рассчитан на подключение пяти вентиляторов суммарной мощностью до 10 Вт. Предназначен для установки в пятидюймовый отсек.

Начинка NI5L

STW 5043 (4 вентилятора)

Контроллер STW 5043 интересен тем, что на экране одновременно отображаются обороты всех четырех вентиляторов.

Давным давно, когда я сидел на дорогущем инете по трафику я загнался по моддингу. Визуально оформительская часть этого движения мне была глубоко по барабану, а вот тишины хотелось очень сильно. Наткнулся я на интересный девайс – реобас. Прочитал текстовое описание, с любопытством подгрузил картинки и жестоко обломался – перспектива крутить ручки, выставляя скорость вентиляторов, мне показалась совершенно бредовой. Ну в самом деле, что за фигня? Я же ленивый до безумия, либо выставлю на максимум, чтобы получить нормальное охлаждение и буду сидеть, слушая свист ветра и вой кулеров, либо забуду на минимуме и в итоге получу синий экран смерти из-за перегрева чего либо. Пришлось врубить родимый паяльник и начать изобретать систему управления кулерами.

Пропорциональное управление – залог тишины!
Какая задача ставится перед нашей системой управления? Да чтобы пропеллеры зря не вращались, чтобы зависимость скорости вращения была от температуры. Чем горячее девайс — тем быстрей вращается вентилятор. Логично? Логично! На том и порешим.
Заморачиваться с микроконтроллерами конечно можно, в чем то будет даже проще, но совершенно не обязательно. На мой взгляд проще сделать аналоговую систему управления — не надо будет заморачиваться с программированием на ассемблере.

Будет и дешевле, и проще в наладке и настройке, а главное любой при желании сможет расширить и надстроить систему по своему вкусу, добавив каналов и датчиков. Всё что от тебя потребуется это лишь несколько резисторов, одна микросхема и термодатчик. Ну а также прямые руки и некоторый навык пайки.

Состав:

Чип резисторы размера 1206. Ну или просто купить в магазине – средняя цена одного резистора 30 копеек. В конце концов никто не мешает тебе чуток подправить плату, чтобы на место чип резисторов впаять обычные, с ножками, а уж их в любом старом транзисторном телевизоре навалом.
Многооборотный переменный резистор примерно на 15кОм.
Также потребуется чип конденсатор размера 1206 на 470нф (0.47мкФ)
Любой электролитический кондер напряжением от 16 вольт и выше и емкостью в районе 10-100мкФ.
Винтовые клеммники по желанию – можно просто припаять провода к плате, но я поставил клеммник, чисто по эстетическим соображениям – девайс должен выглядеть солидно.
В качестве силового элемента, который и будет управлять питанием кулера, мы возьмем мощный MOSFET транзистор. Например IRF630 или IRF530 его иногда можно выдрать из старых блоков питания от компа. Конечно для крохотного пропеллера его мощность избыточна, но мало ли, вдруг ты захочешь туда что-нибудь помощней всунуть?
Температуру будем щупать прецезионным датчиком LM335Z он стоит не более десяти рублей и дефицита из себя не представляет, да и заменить его при случае можно каким-нибудь терморезистором, благо он тоже не является редкостью.
Основной деталью, на которой основано все, является микросхема представляющая из себя четыре операционных усилителя в одном корпусе – LM324N очень популярная штука. Имеет кучу аналогов (LM124N, LM224N, 1401УД2А) главное убедись, чтобы она была в DIP корпусе (такой длинный, с четырнадцатью ножками, как на рисунках).

Замечательный режим – ШИМ

Чтобы вентилятор вращался медленней достаточно снизить его напряжение. В простейших реобасах это делается посредством переменного резистора, который ставят последовательно с двигателем. В итоге, часть напряжения упадет на резисторе, а на двигатель попадет меньше как результат – снижение оборотов. Где падляна, не замечаешь? Да засада в том, что энергия выделившаяся на резисторе преобразуется не во что нибудь, а в обычное тепло. Тебе нужен обогреватель внутри компа? Явно нет! Поэтому мы пойдем более хитрым способом – применим широтно-импульсную модуляцию aka ШИМ или PWM . Страшно звучит, но не бойся, тут все просто. Представь, что двигатель это массивная телега. Ты можешь толкать его ногой непрерывно, что равносильно прямому включению. А можешь двигать пинками – это и будет ШИМ . Чем длинней по времени толчок ногой тем сильней ты разгоняешь телегу.

При ШИМ питании на двигатель идет не постоянное напряжение, а прямоугольные импульсы, словно ты включаешь и выключаешь питание, только быстро, десятки раз в секунду. Но двигатель имеет неслабую инерцию, а еще индуктивность обмоток, поэтому эти импульсы как бы суммируются между собой – интегрируются. Т.е. чем больше суммарная площадь под импульсами в единицу времени, тем большее эквивалентное напряжение идет на двигатель. Подаешь узенькие, словно иголки, импульсы – двигатель еле вращается, а если подать широкие, практически без просветов, то это равносильно прямому включению. Включать и выключать двигатель будет наш MOSFET транзистор, а формировать импульсы будет схема.

Пила + прямая = ?
Столь хитрый управляющий сигнал получается элементарно. Для этого нам надо в компаратор загнать сигнал пилообразной формы и сравнить его с каким либо постоянным напряжением. Смотри на рисунок. Допустим у нас пила идет на отрицательный выход компаратора , а постоянное напряжение на положительный. Компаратор складывает эти два сигнала, определяет какой из них больше, а потом выносит вердикт: если напряжение на отрицательном входе больше чем на положительном, то на выходе будет ноль вольт, а если положительное будет больше отрицательного, то на выходе будет напряжение питания, то есть около 12 вольт. Пила у нас идет непрерывно, она не меняет свою форму со временем, такой сигнал называется опорным.

А вот постоянное напряжение может двигаться вверх или вниз, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от температуры датчика. Чем выше температура датчика, тем больше напряжение с него выходит , а значит напруга на постоянном входе становится выше и согласно этому на выходе компаратора импульсы становятся шире, заставляя вентилятор крутиться быстрее. Это будет до тех пор, пока постоянное напряжение не перекроет пилу, что вызовет включение двигателя на полные обороты. Если же температура низкая, то и напряжение на выходе датчика низкое и постоянная уйдет ниже самого нижнего зубчика пилы, что вызовет прекращение вообще каких либо импульсов и двигатель вообще остановится. Загрузил, да? ;) Ничего, мозгам полезно работать.

Температурная математика

В качестве датчика у нас используется LM335Z . По сути это термостабилитрон . Прикол стабилитрона в том, что на нем, как на ограничительном клапане, выпадает строго определенное напряжение. Ну, а у термостабилитрона это напряжение зависит от температуры. У LM335 го зависимость выглядит как 10mV * 1 градус по Kельвину . Т.е. отсчет ведется от абсолютного нуля. Ноль по Цельсию равен двести семьдесят три градуса по Кельвину. А значит, чтобы получить напряжение выходящее с датчика, скажем при плюс двадцати пяти градусах Цельсия, то нам надо к двадцати пяти прибавить двести семьдесят три и умножит полученную сумму на десять милливольт.

(25+273)*0.01 = 2,98В

При других температурах напряжение будет меняться не сильно, на те же 10 милливольт на градус . В этом заключается очередная подстава:
Напряжение с датчика меняется несильно, на какие то десятые доли вольта, а сравнивать его надо с пилой у которой высота зубьев достигает аж десяти вольт. Чтобы получить постоянную составляющую напрямую с датчика на такое напряжение нужно нагреть его до тысячи градусов — редкостная лажа. Как тогда быть?

Так как у нас температура все равно вряд ли опустится ниже двадцати пяти градусов, то все что ниже нас не интересует, а значит можно из выходного напряжения с датчика выделить лишь самую верхушку, где происходят все изменения. Как? Да просто вычесть из выходного сигнала две целых девяносто восемь сотых вольта. А оставшиеся крохи умножить на коэффициент усиления , скажем, на тридцать.

В аккурат получим порядка 10 вольт на пятидесяти градусах, и вплоть до нуля на более низких температурах. Таким образом, у нас получается своеобразное температурное “окно” от двадцати пяти до пятидесяти градусов в пределах которого работает регулятор. Ниже двадцати пяти – двигатель выключен, выше пятидесяти – включен напрямую. Ну а между этими значениями скорость вентилятора пропорциональна температуре. Ширина окна зависит от коэффициента усиления. Чем он больше, тем уже окно, т.к. предельные 10 вольт, после которых постоянная составляющая на компараторе будет выше пилы и мотор включится напрямую, наступят раньше.

Но ведь мы не используем ни микроконтроллера, ни средства компьютера, как же мы будем делать все эти вычисления? А тем же операционным усилителем. Он ведь не зря назван операционным, его изначальное назначение это математические операции. На них построены все аналоговые компьютеры — потрясающие машины, между прочим.

Чтобы вычесть одно напряжение из другого нужно подать их на разные входы операционного усилителя. Напряжение с термодатчика подаем на положительный вход , а напряжение которое надо вычесть, напряжение смещения, подаем на отрицательный . Получается вычитание одного из другого, а результат ещё и умножается на огромное число, практически на бесконечность, получился еще один компаратор.

Но нам же не нужна бесконечность, так как в этом случае наше температурное окно сужается в точку на температурной шкале и мы имеем либо стоящий, либо бешено вращающийся вентилятор, а нет ничего более раздражающего чем включающийся и выключающийся компрессор совкового холодильника. Аналог холодильника в компе нам также не нужен. Поэтому будем понижать коэффициент усиления, добавляя к нашему вычитателю обратные связи .

Суть обратной связи в том, чтобы с выхода сигнал загнать обратно на вход. Если напряжение с выхода вычитается из входного, то это отрицательная обратная связь, а если складывается, то положительная. Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления, но может привести к генерации сигнала (автоматчики называют это потерей устойчивости системы). Хороший пример положительной обратной связи с потерей устойчивости это когда ты включаешь микрофон и тычешь им в динамик, обычно сразу же раздается противный вой или свист – это и есть генерация. Нам же надо уменьшить коэффициент усиления нашего операционника до разумных пределов, поэтому мы применим отрицательную связь и заведем сигнал с выхода на отрицательный вход.

Соотношение резисторов обратной связи и входа дадут нам коэффициент усиления влияющий на ширину окна регулирования. Я прикинул, что тридцати будет достаточно, ты же можешь пересчитать под свои нужды.

Пила
Осталось изготовить пилу, а точнее собрать генератор пилообразного напряжения. Состоять он будет из двух операционников. Первый за счет положительной обратной связи оказывается в генераторном режиме, выдавая прямоугольные импульсы, а второй служит интегратором, превращая эти прямоугольники в пилообразную форму.

Конденсатор в обратной связи второго операционного усилителя определяет частоту импульсов. Чем меньше емкость конденсатора, тем выше частота и наоборот. Вообще в ШИМ генерации чем больше тем лучше. Но есть один косяк, если частота попадет в слышимый диапазон (20 до 20 000 гц) то двигатель будет противно пищать на частоте ШИМ , что явно расходится с нашей концепцией бесшумного компьютера.

А из добиться из данной схемы частоты больше чем пятнадцать килогерц мне не удалось – звучало отвратительно. Пришлось пойти в другую сторону и загнать частоту в нижний диапазон, в район двадцати герц. Движок начал чуток вибрировать, но это не слышно и ощущается только пальцами.

Такс, с блоками разобрались, пора бы и на схемку поглядеть. Думаю большинство уже догадались что тут к чему. А я все равно поясню, для большей ясности. Пунктиром на схеме обозначены функциональные блоки.

Блок #1
Это генератор пилы. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, чтобы подать в генератор половину питающего, в принципе они могут быть любого номинала, главное, чтобы были одинаковыми и не сильно большого сопротивления, в пределах сотни килоом. Резистор R3 на пару с конденсатором С1 определяют частоту, чем меньше их номиналы тем больше частота, но опять повторюсь, что мне не удалось вывести схему за звуковой диапазон, поэтому лучше оставь как есть. R4 и R5 это резисторы положительной обратной связи. Также они влияют на высоту пилы относительно нуля. В данном случае параметры оптимальные, но если не найдешь таких же то можно брать примерно плюс минус килоом. Главное соблюдать пропорцию между их сопротивлениями примерно 1:2. Если сильно снизить R4 то придется снизить и R5.

Блок #2
Это блок сравнения, тут происходит формирование ШИМ импульсов из пилы и постоянного напряжения.

Блок #3
Это как раз схема устраивающая вычисление температуры. Напряжение с термодатчика VD1 подается на положительный вход, а на отрицательный вход подается напряжение смещения с делителя на R7 . Вращая ручку подстроечного резистора R7 можно сдвигать окно регулирования выше или ниже по температурной шкале.

Резистор R8 может быть в пределах 5-10кОм больше нежелательно, меньше тоже – может сгореть термодатчик. Резисторы R10 и R11 должны быть равны между собой. Резисторы R9 и R12 также должны быть равны между собой. Номинал резисторов R9 и R10 может быть в принципе любым, но надо учитывать, что от их отношения зависит коэффициент усиления определяющий ширину окна регулирования. Ku = R9/R10 исходя из этого соотношения можно выбирать номиналы, главное, чтобы он был не меньше килоома. Оптимальным, на мой взгляд, является коэффициент равный 30, что обеспечивается резисторами на 1кОм и 30кОм.

Монтаж

Девайс выполнен печатным монтажом, чтобы быть как можно компактней и аккуратней. Рисунок печатной платы в виде Layout файла выложен . Сама же печатная плата выполняется на раз-два посредством .

Когда все детали будут в сборе, а плата вытравлена, то можно приступать к сборке. О том как надо правильно паять , поэтому повторяться не буду. Резисторы и конденсаторы можешь припаивать без опаски, т.к. они почти не боятся перегрева. Особую осторожность следует проявить с MOSFET транзистором.

Дело в том, что он боится статического электричества. Поэтому прежде чем его доставать из фольги, в которую тебе его должны завернуть в магазине, рекомендую снять с себя синтетическую одежду и коснуться рукой оголенной батареи или крана на кухне. Микруху можно перегреть, поэтому когда будешь паять ее, то не держи паяльник на ножках дольше пары секунд. Ну и еще, напоследок, дам совет по резисторам, а точнее по их маркировке. Видишь цифры на его спинке? Так вот это сопротивление в омах, а последняя цифра обозначает число нулей после. Например 103 это 10 и 000 то есть 10 000 Ом или 10кОм.

Апгрейд дело тонкое.
Если, например, захочешь добавить второй датчик для контроля другого вентилятора, то совершенно не обязательно городить второй генератор, достаточно добавить второй компаратор и схему вычисления, а пилу подать из одного и того же источника. Для этого, конечно, придется перерисовать рисунок печатной платы, но я не думаю, что для тебя это составит большого труда.

Итог:
Сижу, печатаю эту статью, проц не загружен. Системник, стоящий у меня почти под ухом, лениво шуршит вентиляторами в пол силы. За окном прохладно, приоткрыл форточку – компьютер вообще затаился. Автоматика, блин. Благодать! Думаю тишина стоит того, чтобы ради нее посидеть вечерок с паяльником, как считаешь? Удачи, коллега!

Комментариев:

Быстродействие современного компьютера достигается достаточно высокой ценой — блок питания, процессор, видеокарта зачастую нуждаются в интенсивном охлаждении. Специализированные системы охлаждения стоят дорого, поэтому на домашний компьютер обычно ставят несколько корпусных вентиляторов и кулеров (радиаторов с прикрепленными к ним вентиляторами).

Получается эффективная и недорогая, но зачастую шумная система охлаждения. Для уменьшения уровня шума (при условии сохранения эффективности) нужна система управления скоростью вращения вентиляторов. Разного рода экзотические системы охлаждения рассматриваться не будут. Необходимо рассмотреть наиболее распространенные системы воздушного охлаждения.

Чтобы шума при работе вентиляторов было меньше без уменьшения эффективности охлаждения, желательно придерживаться следующих принципов:

Вентиляторы большого диаметра работают эффективнее, чем маленькие.
Максимальная эффективность охлаждения наблюдается у кулеров с тепловыми трубками.
Четырехконтактные вентиляторы предпочтительнее, чем трехконтактные.

Основных причин, по которым наблюдается чрезмерный шум вентиляторов, может быть только две:

Плохая смазка подшипников. Устраняется чисткой и новой смазкой.
Двигатель вращается слишком быстро. Если возможно уменьшение этой скорости при сохранении допустимого уровня интенсивности охлаждения, то следует это сделать. Далее рассматриваются наиболее доступные и дешевые способы управления скоростью вращения.

Способы управления скоростью вращения вентилятора

Вернуться к оглавлению

Первый способ: переключение в BIOS функции, регулирующей работу вентиляторов

Функции Q-Fan control, Smart fan control и т. д. поддерживаемые частью материнских плат, увеличивают частоту вращения вентиляторов при возрастании нагрузки и уменьшают при ее падении. Нужно обратить внимание на способ такого управления скоростью вентилятора на примере Q-Fan control. Необходимо выполнить последовательность действий:

Войти в BIOS. Чаще всего для этого нужно перед загрузкой компьютера нажать клавишу «Delete». Если перед загрузкой в нижней части экрана вместо надписи «Press Del to enter Setup» появляется предложение нажать другую клавишу, сделайте это.
Открыть раздел «Power».
Перейти на строчку «Hardware Monitor».
Заменить на «Enabled» значение функций CPU Q-Fan control и Chassis Q-Fan Control в правой части экрана.
В появившихся строках CPU и Chassis Fan Profile выбрать один из трех уровней производительности: усиленный (Perfomans), тихий (Silent) и оптимальный (Optimal).
Нажав клавишу F10, сохранить выбранную настройку.

Вернуться к оглавлению

Второй способ: управление скоростью вентилятора методом переключения

Рисунок 1. Распределение напряжений на контактах.

Для большинства вентиляторов номинальным является напряжение в 12 В. При уменьшении этого напряжения число оборотов в единицу времени уменьшается — вентилятор вращается медленнее и меньше шумит. Можно воспользоваться этим обстоятельством, переключая вентилятор на несколько номиналов напряжения с помощью обыкновенного Molex-разъема.

Распределение напряжений на контактах этого разъема показано на рис. 1а. Получается, что с него можно снять три различных значения напряжений: 5 В, 7 В и 12 В.

Для обеспечения такого способа изменения скорости вращения вентилятора нужно:

Открыв корпус обесточенного компьютера, вынуть коннектор вентилятора из своего гнезда. Провода, идущие к вентилятору источника питания, проще выпаять из платы или просто перекусить.
Используя иголку или шило, освободить соответствующие ножки (чаще всего провод красного цвета — это плюс, а черного — минус) от разъема.
Подключить провода вентилятора к контактам Molex-разъема на требуемое напряжение (см. рис. 1б).

Двигатель с номинальной скоростью вращения 2000 об/мин при напряжении в 7 В будет давать в минуту 1300, при напряжении в 5 В — 900 оборотов. Двигатель с номиналом 3500 об/мин — 2200 и 1600 оборотов, соответственно.

Рисунок 2. Схема последовательного подключения двух одинаковых вентиляторов.

Частным случаем этого метода является последовательное подключение двух одинаковых вентиляторов с трехконтактными разъемами. На каждый из них приходится половина рабочего напряжения, и оба вращаются медленнее и меньше шумят.

Схема такого подключения показана на рис. 2. Разъем левого вентилятора подключается к материнке, как обычно.

На разъем правого устанавливается перемычка, которая фиксируется изолентой или скотчем.

Вернуться к оглавлению

Третий способ: регулировка скорости вращения вентилятора изменением величины питающего тока

Для ограничения скорости вращения вентилятора можно в цепь его питания последовательно включить постоянные или переменные резисторы. Последние к тому же позволяют плавно менять скорость вращения. Выбирая такую конструкцию, не следует забывать о ее минусах:

Резисторы греются, бесполезно затрачивая электроэнергию и внося свою лепту в процесс разогрева всей конструкции.
Характеристики электродвигателя в различных режимах могут очень сильно отличаться, для каждого из них необходимы резисторы с разными параметрами.
Мощность рассеяния резисторов должна быть достаточно большой.

Рисунок 3. Электронная схема регулировки частоты вращения.

Рациональнее применить электронную схему регулировки частоты вращения. Ее несложный вариант показан на рис. 3. Эта схема представляет собой стабилизатор с возможностью регулировки выходного напряжения. На вход микросхемы DA1 (КР142ЕН5А) подается напряжение в 12 В. На 8-усиленный выход транзистором VT1 подается сигнал с ее же выхода. Уровень этого сигнала можно регулировать переменным резистором R2. В качестве R1 лучше использовать подстроечный резистор.

Если ток нагрузки не более 0,2 А (один вентилятор), микросхема КР142ЕН5А может быть использована без теплоотвода. При его наличии выходной ток может достигать значения 3 А. На входе схемы желательно включить керамический конденсатор небольшой емкости.

Вернуться к оглавлению

Четвертый способ: регулировка скорости вращения вентилятора с помощью реобаса

Реобас — электронное устройство, которое позволяет плавно менять напряжение, подаваемое на вентиляторы.

В результате плавно изменяется скорость их вращения. Проще всего приобрести готовый реобас. Вставляется обычно в отсек 5,25”. Недостаток, пожалуй, лишь один: устройство стоит дорого.

Устройства, описанные в предыдущем разделе, на самом деле являются реобасами, допускающими лишь ручное управление. К тому же, если в качестве регулятора используется резистор, двигатель может и не запуститься, поскольку ограничивается величина тока в момент пуска. В идеале полноценный реобас должен обеспечить:

Бесперебойный запуск двигателей.
Управление скоростью вращения ротора не только в ручном, но и в автоматическом режиме. При увеличении температуры охлаждаемого устройства скорость вращения должна возрастать и наоборот.

Сравнительно несложная схема, соответствующая этим условиям, представлена на рис. 4. Имея соответствующие навыки, ее возможно изготовить своими руками.

Изменение напряжения питания вентиляторов осуществляется в импульсном режиме. Коммутация осуществляется с помощью мощных полевых транзисторов, сопротивление каналов которых в открытом состоянии близко к нулю. Поэтому запуск двигателей происходит без затруднений. Наибольшая частота вращения тоже не будет ограничена.

Работает предлагаемая схема так: в начальный момент кулер, осуществляющий охлаждение процессора, работает на минимальной скорости, а при нагреве до некоторой максимально допустимой температуры переключается на предельный режим охлаждения. При снижении температуры процессора реобас снова переводит кулер на минимальную скорость. Остальные вентиляторы поддерживают установленный вручную режим.

Рисунок 4. Схема регулировки с помощью реобаса.

Основа узла, осуществляющего управление работой компьютерных вентиляторов, интегральный таймер DA3 и полевой транзистор VT3. На основе таймера собран импульсный генератор с частотой следования импульсов 10-15 Гц. Скважность этих импульсов можно менять с помощью подстроечного резистора R5, входящего в состав времязадающей RC-цепочки R5-С2. Благодаря этому можно плавно изменять скорость вращения вентиляторов при сохранении необходимой величины тока в момент пуска.

Конденсатор C6 осуществляет сглаживание импульсов, благодаря чему роторы двигателей вращаются мягче, не издавая щелчков. Подключаются эти вентиляторы к выходу XP2.

Основой аналогичного узла управления процессорным кулером являются микросхема DA2 и полевой транзистор VT2. Отличие только в том, что при появлении на выходе операционного усилителя DA1 напряжения оно, благодаря диодам VD5 и VD6, накладывается на выходное напряжение таймера DA2. В результате VT2 полностью открывается и вентилятор кулера начинает вращаться максимально быстро.