Система охлаждения ноутбука

Для уменьшения теплового сопротивления системы охлаждения ноутбуков оснащаются вентиляторами. Основу всех современных вентиляторов, используемых в ноутбуках, составляет двигатель постоянного тока с напряжением питания 5 В. Кроме двигателя, в вентиляторе имеется схема управления, которая индуцирует вращающееся магнитное поле, в результате чего приводится в движение ротор двигателя. Схема управления вентилятором ноутбука включать в себя и тахометрический контроль для мониторинга скорости вращения, и цепи защиты детектирования остановки вентилятора, и даже термодатчик для контроля температуры радиатора. Вентиляторы могут быть выполнены на подшипниках скольжения (sleeve bearing) и подшипниках качения (ball bearing). Используются также комбинированные схемы из одного подшипника скольжения и одного подшипника качения. Кроме того, могут использоваться два подшипника качения. Следовательно, стоимость вентиляторов ноутбука колеблитца в приделах 1000-2500 рублей.

Вентиляторы на основе подшипников скольжения наиболее просты в изготовлении и дешевы. Однако они довольно шумные, а срок их эксплуатации недолог. Причем со временем уровень шума, создаваемого таким подшипником, только увеличивается. Вентиляторы на основе подшипников качения дороже, но и качественнее. Во-первых, они надежнее в работе, а во-вторых, значительно менее шумные по сравнению с подшипниками скольжения. Все вентиляторы так называемых бес-шумных серий (Silent Series) основаны именно на подшипниках качения. Кроме типов используемых подшипников и особенностей схем контроля работы двигателя, вентиляторы ноутбука характеризуются производительностью, скоростью вращения, типоразмером и уровнем шума. Производительность вентилятора Q является его важнейшей технической характеристикой и определяет объем воздуха, прокачиваемый вентилятором в единицу времени. Производительность вентилятора принято выражать в кубических футах в минуту (Cubic Feet per Minute, CFM). Типичные значения производительности вентиляторов — от 10 до 50 CFM. Скорость вращения вентилятора измеряется в оборотах в минуту (Rotations Per Minute, RPM). Производительность вентилятора непосредственно связана со скоростью вращения: чем быстрее вращается вентилятор, тем больший воздушный поток он создает. Типичные значения скорости вращения вентиляторов — от 1000 до 5000 об/мин. Уровень шума вентилятора ноутбука напрямую зависит от скорости его вращения

Технологии управления скоростью вращения вентиляторов

Современные производительные процессоры ноутбуков нуждаются в эффективной системе охлаждения . Особенно это касается процессоров Intel, которые рассеивают более 100 Вт тепловой мощности. Однако мощные кулеры, которые используются дляохлаждения ноутбуков. создают и высокий уровень шума. Соответственно, кроме проблемы охлаждения процессоров, столь же остро стоит проблема снижения уровня шума. Идеи, заложенные в технологии энергосбережения и снижения тепловыделения, можно использовать и для снижения уровня шума систем охлаждения. Поскольку тепловыделение (а следовательно, и температура) процессора зависит от его загрузки, а при использовании технологий энергосбережения — и от его текущей тактовой частоты и напряжения питания, в периоды слабой активности процессора он остывает. Соответственно, нет необходимости постоянно охлаждать процессор с одинаковой интенсивностью. То есть интенсивность воздушного охлаждения, определяемая скоростью вращения вентилятора ноутбука. должна зависеть от текущей температуры чипа.

Существуют два основных способа динамического управления скоростью вращения вентиляторов.

1. Управление по постоянному току (DC)

2. Управление с использованием широтно-импульсной модуляции напряжения (PWM)

Управление по постоянному току. В технологии управления по постоянному току меняется уровень постоянного напряжения, подаваемого на электромотор вентилятора. Данная схема управления скоростью вращения вентилятора достаточно проста: контроллер на материнской плате, анализируя текущее значение температуры процессора (через

встроенный в процессор термодатчик), выставляет нужное значение напряжения питания вентилятора. До определенного значения температуры процессора напряжение питания минимальное, а следовательно, и вентилятор вращается на минимальных оборотах и создает минимальный уровень шума. Как только температура процессора достигает некоторого порогового значения, напряжение питания вентилятора начинает динамически меняться вплоть до максимального значения в зависимости от температуры. Соответственно меняется и скорость вращения вентилятора, и уровень создаваемого шума. Рассмотренная технология динамического управления скоростью вращения вентилятора реализована на всех современных материнских платах (как для процессоров Intel, так и для AMD). Для ее реализации необходимо установить соответствующую схему управления в BIOS материнской платы и использовать трехконтактный вентилятор. Отметим, что большинство процессорных кулеров являются именно трехконтактными. Два контакта — это напряжение питания вентилятора, а третий контакт — это сигнал тахометра, формируемый самим вентилятором и необходимый для определения текущей скорости вращения вентилятора. Сигнал тахометра представляет собой прямоугольные импульсы напряжения, причем за один оборот вентилятора формируются два импульса напряжения. Зная частоту следования импульсов тахометра, можно определить скорость вращения вентилятора. Например, если частота импульсов тахометра составляет 100 Гц (100 импульсов в секунду), то скорость вращения вентилятора равна 50 об/с, или 3000 об/мин.

Альтернативной технологией динамического управления скоростью вращения вентилятора кулера процессора является широтно-импульсная модуляция (Pulse Wide Modulation, PWM) напряжения питания вентилятора. Идея проста: вместо того чтобы изменять амплитуду напряжения питания вентилятора, напряжение подают на вентилятор импульсами определенной длительности. Амплитуда импульсов напряжения и частота их следования неизменны, меняется только их длительность.Фактически вентилятор периодически включают и выключают. Подобрав частоту следования импульсов и их длительность, можно управлять скоростью вращения вентилятора. Действительно, поскольку вентилятор обладает определенной инертностью, он не может мгновенно раскрутиться и остановиться. Реализация широтно-импульсной модуляции напряжения вентилятора осуществляется с помощью PWM-контроллера на материнской плате. Данный тип управления поддерживается только материнскими платами для процессоров Intel. PWM-контроллер в зависимости от текущей температуры процессора формирует последовательность импульсов напряжения с определенной скважностью. Однако это еще не импульсы напряжения, которые подаются на электродвигатель вентилятора. Последовательность импульсов, формируемая PWM-контроллером, используется для управления электронным ключом (транзистором), отвечающим за подачу напряжения на электродвигатель. Кулеры, поддерживающие PWM-управление, должны быть четырехконтактными. При этом два контакта необходимы для подачи напряжения, третий контакт — это сигнал тахометра. формируемый самим вентилятором и необходимый для определения текущей скорости вращения, а четвертый контакт используется для связи с PWM-контроллером. Как уже отмечалось, при широтно-импульсной модуляции напряжения для изменения скорости вращения вентилятора меняется скважность импульсов, но не частота их следования. Типичная минимально возможная скважность импульсов составляет 30 %, а максимально возможная — 100 %, что соответствует постоянному напряжению на вентиляторе. Частота следования PWM-импульсов равна от 21 до 25 кГц (типичное значение 23 кГц), то есть в течение одной секунды вентилятор включается и отключается приблизительно 23 ООО раз! Скважность PWM-импульсов определяется текущей температурой процессора. Если она ниже некоторого порогового значения, скважность импульсов минимальна. При этом вентилятор будет вращаться на минимальной скорости и издавать минимальный уровень шума. При превышении температуры процессора порогового значения скважность импульсов начинает линейно меняться с температурой, увеличиваясь вплоть до 100 %. Соответственно и скорость вращения вентилятора, В заключение отметим, что для реализации PWM-управления скоростью вращения кулера необходимо активировать данный режим управления в BIOS материнской платы.

Источник: remont-noutbuki.ru

Категория: Электронная почта

Похожие статьи: