Управление вентилятором — это управление скоростью вращения электрического вентилятора. В компьютерах для обеспечения адекватного охлаждения используются различные типы компьютерных вентиляторов , а различные механизмы управления вентиляторами уравновешивают их охлаждающую способность и шум , который они производят. Обычно это достигается за счет того, что материнские платы имеют схему аппаратного мониторинга , которую конечный пользователь может настроить через BIOS или другое программное обеспечение для управления вентилятором. [1]
По мере того, как современные ПК становятся более мощными, растут и их потребности в электроэнергии . Компьютеры выделяют эту электроэнергию в виде тепла , вырабатываемого всеми основными компонентами . Выработка тепла зависит от нагрузки на систему, где периоды интенсивной вычислительной деятельности генерируют гораздо больше тепла, чем время простоя . [1]
Процессоры в большинстве ранних компьютеров на базе x86, вплоть до некоторых ранних 486 , не нуждались в активной вентиляции. Блоки питания нуждались в принудительном охлаждении, а вентиляторы блоков питания также циркулировали охлаждающий воздух через остальную часть ПК со стандартом ATX . Побочным продуктом повышенного тепловыделения является то, что вентилятору(ам) приходится перемещать все большее количество воздуха и, следовательно, они должны быть более мощными. Поскольку они должны перемещать больше воздуха через ту же область пространства, вентиляторы будут становиться более шумными.
Вентиляторы, установленные в корпусе ПК, могут производить уровень шума до 70 дБ . Поскольку шум вентилятора увеличивается с пятой степенью скорости вращения вентилятора , [2] небольшое снижение оборотов в минуту (RPM) потенциально означает значительное снижение шума вентилятора. Это следует делать осторожно, так как чрезмерное снижение скорости может привести к перегреву и повреждению компонентов. [ требуется обновление ] Если все сделано правильно, шум вентилятора можно значительно снизить.
Обычные вентиляторы охлаждения, используемые в компьютерах, используют стандартизированные разъемы с двумя-четырьмя контактами. Первые два контакта всегда используются для подачи питания на двигатель вентилятора, а остальные могут быть опциональными, в зависимости от конструкции и типа вентилятора:
Цвет проводов, подключенных к этим контактам, различается в зависимости от количества разъемов, но роль каждого контакта стандартизирована и гарантированно одинакова в любой системе. Охлаждающие вентиляторы, оснащенные двух- или трехконтактными разъемами, обычно рассчитаны на широкий диапазон входных напряжений, что напрямую влияет на скорость вращения лопастей.
При таком стиле управления вентилятором вентилятор либо включен, либо выключен. Проверяется температура внутри корпуса, и если обнаруживается температура, выходящая за пределы диапазона, вентиляторы устанавливаются на максимальную скорость. Когда температура снова падает ниже порогового значения, вентиляторы снова выключаются. Этот метод управления снижает проблемы с шумом и требования к питанию в периоды низкого использования, но когда система работает на полную мощность, шум вентилятора может снова стать проблемой.
Стандартный вентилятор охлаждения — это двигатель постоянного тока с прикрепленными лопастями. Изменяя входное напряжение в допустимом для вентилятора диапазоне, скорость вентилятора будет увеличиваться (до увеличения напряжения) и уменьшаться (до уменьшения напряжения); более быстрый вентилятор означает большее перемещение воздуха и, следовательно, более высокую скорость теплообмена. Существует несколько способов выполнения этой регулировки, как описано ниже.
Резисторы , последовательно подключенные к выводу питания вентилятора, являются самым простым способом снижения шума вентилятора, но они увеличивают тепло, выделяемое внутри корпуса компьютера . Поскольку падение напряжения пропорционально току, вентилятор может не запуститься. Они должны иметь соответствующую номинальную мощность. Для переменного управления вентилятором можно использовать потенциометры вместе с транзистором , таким как MOSFET , выходное напряжение которого контролируется потенциометром. Вместо этого можно использовать реостат .
Диод , включенный последовательно с вентилятором, уменьшит выходное напряжение на вентилятор. Кремниевый диод обеспечивает относительно постоянное падение напряжения около 0,7 В на диод; в технических характеристиках конкретного диода указано его падение напряжения, например, падение напряжения кремниевого диода 1N4001 варьируется от приблизительно 0,7 до 0,9 В при изменении тока от 0,01 до 1 А. [3] Следует отметить номинальную мощность , и некоторым диодам может потребоваться охлаждение для работы при номинальном токе. Падение напряжения на диоде будет падать с температурой, заставляя вентилятор ускоряться.
Как и другие последовательные стабилизаторы, диод рассеивает мощность, равную падению напряжения на нем, умноженному на проходящий через него ток.
Напряжение, которое получает вентилятор охлаждения компьютера, определяется разницей между проводом напряжения (+12 В) и проводом заземления (+0 В). При подключении одного или обоих проводов к другому напряжению напряжение, которое получает вентилятор, будет отличаться от стандартного значения 12 В, на которое рассчитан вентилятор.
Увеличить напряжение [4] по сравнению со стандартными 12 В можно, например, подключив линию питания −12 В или −5 В вместо заземляющего провода в разъеме вентилятора и подключив линию питания 5 В к входу +12 В разъема вентилятора. С помощью этой процедуры можно получить напряжения 10, 17 и 24 В, причем напряжения, превышающие 12 В, потенциально опасны для компьютерных вентиляторов, рассчитанных на 12 В. Однако сочетание современных блоков питания, которым больше не требуется обеспечивать линию питания −5 В, и ограниченной возможности подачи питания линии −12 В (обычно менее 1 А тока) снижает общую мощность вентиляторов с вольтмодифицированным питанием в современных системах.
Подключение линии питания +5 В к входу +12 В вентилятора снижает напряжение, получаемое вентилятором, до +5 В. Некоторые вентиляторы вообще не будут работать при таком низком напряжении, в то время как некоторые другие вентиляторы могут работать при +5 В, как только они начнут вращаться с разумной скоростью. [ необходима цитата ]
Другой способ снижения скорости вращения вентилятора [5] — перемещение провода 5 В в классическом разъеме питания Molex на место провода заземления, идущего к вентилятору, тем самым подавая на вентилятор напряжение +7 В (12 В − 5 В = 7 В). Однако это потенциально рискованный метод, поскольку линия блока питания +5 В предназначена только для подачи тока, а не для его отвода, поэтому блок питания, скорее всего, будет поврежден, если нагрузка на линии блока питания 5 В будет ниже нагрузки, создаваемой вентиляторами 7 В (например, когда ПК переходит в режим ожидания/сна). Кроме того, компоненты внутри компьютера, использующие питание +5 В, могут подвергнуться воздействию напряжения более 5 В в случае короткого замыкания в вентиляторе.
Обычные ИС регуляторов напряжения, такие как популярная серия LM78xx, иногда используются для подачи переменного или постоянного напряжения на вентиляторы. При термическом соединении с корпусом компьютера одна из этих ИС может обеспечивать ток до 1 А при напряжении 6, 8, 9 или 10 В для LM7806, LM7808, LM7809 и LM7810 соответственно. [6] Также существуют регулируемые версии, такие как популярная LM317 ; в сочетании с потенциометром эти регулируемые регуляторы позволяют пользователю изменять скорость вращения нескольких вентиляторов при токах, значительно превышающих то, что может выдержать стандартный потенциометр. [7]
Для более высоких токов дискретные линейные регуляторы относительно просты в изготовлении с использованием мощного транзистора или МОП-транзистора и транзистора с малым сигналом или стабилитрона в качестве опорного напряжения. Хотя для дискретных регуляторов требуются дополнительные компоненты (минимум два транзистора, три резистора и небольшой конденсатор), они допускают произвольно высокие токи, что позволяет регулировать дополнительные вентиляторы и аксессуары.
Как и в случае с другими линейными регуляторами, отходящее тепло, которое вырабатывается, будет примерно равно P = ( V вх - V вых ) I вых . [8]
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — распространенный метод управления компьютерными вентиляторами. Вентилятор с поддержкой ШИМ обычно подключается к 4-контактному разъему (распиновка: заземление, +12 В, датчик, управление). Датчик используется для передачи скорости вращения вентилятора, а управляющий контакт — это выход с открытым стоком или открытым коллектором, требующий подтяжки до 5 В или 3,3 В в вентиляторе. В отличие от линейного регулирования напряжения, где напряжение вентилятора пропорционально скорости, вентилятор приводится в действие постоянным напряжением питания; управление скоростью осуществляется вентилятором на основе управляющего сигнала.
Управляющий сигнал представляет собой квадратную волну, работающую на частоте 25 кГц, при этом рабочий цикл определяет скорость вращения вентилятора. Частота 25 кГц используется для повышения громкости сигнала выше диапазона человеческого слуха; использование более низкой частоты может привести к слышимому гудению или вою. Обычно вентилятор может работать в диапазоне от 30% до 100% от номинальной скорости вращения вентилятора, используя сигнал с рабочим циклом до 100%. Точное поведение скорости на низких уровнях управления (линейное, выключено до порогового значения или минимальная скорость до порогового значения) зависит от производителя. [9]
Многие материнские платы оснащены встроенным ПО и программным обеспечением, которые регулируют работу вентиляторов в зависимости от температуры процессора и корпуса компьютера.
Другой метод, популярный среди энтузиастов компьютерного оборудования, — это ручной регулятор скорости вращения вентилятора. Они могут быть установлены в слот расширения или отсек для дисков 5,25" или 3,5" или встроены в корпус компьютера. Используя переключатели или ручки, можно регулировать скорость вращения подключенных вентиляторов одним из вышеперечисленных методов.
Большинство современных материнских плат оснащены чипами аппаратного мониторинга , которые способны управлять вентиляторами, [1] обычно с помощью метода ШИМ , как описано выше. Эти чипы можно настроить через BIOS , [10] : §11.1 или с помощью специализированного программного обеспечения после загрузки операционной системы.
Процессоры выделяют разное количество тепла в зависимости от нагрузки на систему, поэтому имеет смысл снижать скорость вращения вентиляторов во время простоя , чтобы уменьшить шум, производимый вентиляторами, работающими на полной скорости, пока нагрузка не увеличится, после чего скорость вращения вентиляторов должна быть быстро отрегулирована, чтобы избежать перегрева. Современные чипы аппаратного мониторинга, будучи однажды настроенными, способны независимо запускать этот цикл мониторинга без какой-либо необходимости в функционирующем BIOS или операционной системе. Это автоматическое управление, предлагаемое некоторыми чипами, может называться режимом теплового круиза для поддержания теплового диапазона, а также режимом круиза скорости вентилятора для автоматического поддержания определенной скорости вращения вентилятора. [10] : §12
Однако не все программное обеспечение способно получить доступ к этим расширенным параметрам конфигурации, предоставляемым некоторыми микросхемами, и очень часто общее программное обеспечение реализует только самое базовое взаимодействие с микросхемами, а именно, явную настройку рабочего цикла для каждой настройки управления вентилятором, впоследствии выполняя корректировку рабочего цикла в программном обеспечении и, таким образом, требуя, чтобы и операционная система, и само это стороннее программное обеспечение продолжали работать на основном ЦП для выполнения цикла мониторинга. [10] : §11.3 Это может не быть проблемой до тех пор, пока система или утилита не дадут сбой, и в этот момент система может перегреться из-за того, что вентиляторы не смогут поддерживать адекватное охлаждение при работе на пониженном напряжении и скорости.
Многие компании теперь предоставляют программное обеспечение для управления скоростью вращения вентиляторов на своих материнских платах под управлением Microsoft Windows или Mac OS X/MacOS. Разные материнские платы используют разное программное обеспечение. Существуют также сторонние программы, которые работают на различных материнских платах и позволяют широко настраивать поведение вентиляторов в зависимости от показаний температуры с материнской платы, ЦП и датчиков ГП, а также позволяют осуществлять ручное управление. Две такие программы — SpeedFan [11] и Argus Monitor. [12]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )