Управление вентилятором компьютера
Управление вентилятором – это управление скоростью вращения электровентилятора. В компьютерах различные типы компьютерных вентиляторов используются для обеспечения достаточного охлаждения , а различные механизмы управления вентиляторами балансируют их охлаждающую способность и шум создаваемый ими . 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]
Необходимость управления вентилятором [ править ]
По мере того как современные ПК становятся все более мощными, растут и их требования к электроэнергии . Компьютеры излучают эту электрическую энергию в виде тепла , вырабатываемого всеми основными компонентами . Выработка тепла зависит от загрузки системы: периоды интенсивной вычислительной деятельности выделяют гораздо больше тепла, чем время простоя . [1]
Процессоры большинства ранних компьютеров на базе x86, вплоть до некоторых ранних 486-х , не нуждались в активной вентиляции. Блоки питания требовали принудительного охлаждения, а вентиляторы блоков питания также циркулировали охлаждающий воздух по остальной части ПК по стандарту ATX . Побочным продуктом повышенного тепловыделения является то, что вентилятору(ам) приходится перемещать все большее количество воздуха и, следовательно, он должен быть более мощным. Поскольку им приходится перемещать больше воздуха через одну и ту же площадь пространства, вентиляторы становятся более шумными.
Вентиляторы, установленные в корпусе ПК, могут создавать уровень шума до 70 дБ . вентилятора Поскольку шум вентилятора увеличивается с пятой степенью скорости вращения , [2] уменьшение количества оборотов в минуту (об/мин) на небольшую величину потенциально означает значительное снижение шума вентилятора. Это необходимо делать осторожно, так как чрезмерное снижение скорости может привести к перегреву и повреждению компонентов. [ нужно обновить ] Если все сделать правильно, шум вентилятора можно значительно снизить.
Разъемы для вентиляторов [ править ]
Обычные вентиляторы охлаждения, используемые в компьютерах, используют стандартные разъемы с двумя-четырьмя контактами. Первые два контакта всегда используются для подачи питания на двигатель вентилятора, а остальные могут быть дополнительными, в зависимости от конструкции и типа вентилятора:
- Земля – общая земля
- Vcc (Питание) – номинально питание +12 В, хотя оно может меняться в зависимости от типа вентилятора и желаемой скорости вращения вентилятора.
- Выход датчика (или тахометра) вентилятора — выдает сигнал, который пульсирует дважды для каждого оборота вентилятора в виде последовательности импульсов, с частотой сигнала, пропорциональной скорости вентилятора.
- Вход управления – входной сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ), используемый, когда узел охлаждающего вентилятора имеет внутреннюю схему драйвера двигателя. Вентиляторные агрегаты с данным управляющим входом обеспечивают возможность регулирования скорости вращения вентилятора без изменения входного напряжения, подаваемого на охлаждающий вентиляторный блок. Переменная скорость вращения позволяет регулировать скорость охлаждения в соответствии с потребностями, снижая шум вентилятора и экономя энергию, когда полная скорость не требуется.
Цвет проводов, подключаемых к этим контактам, варьируется в зависимости от количества разъемов, но роль каждого контакта стандартизирована и гарантированно одинакова в любой системе. Вентиляторы охлаждения, оснащенные двух- или трехконтактными разъемами, обычно рассчитаны на широкий диапазон входных напряжений, что напрямую влияет на скорость вращения лопастей.
Виды контроля [ править ]
Термостатический [ править ]
В этом стиле управления вентилятором вентилятор либо включается, либо выключается. Проверяется температура внутри корпуса, и если обнаруживается, что температура выходит за пределы допустимого диапазона, вентиляторы устанавливаются на максимальную скорость. Когда температура снова падает ниже порогового значения, вентиляторы снова отключаются. Этот метод управления снижает проблемы с шумом и снижает требования к электропитанию в периоды низкой нагрузки, но когда система работает на полную мощность, шум вентилятора может снова стать проблемой.
напряжения регулирование Линейное
Стандартный охлаждающий вентилятор представляет собой двигатель постоянного тока с прикрепленными лопастями. Изменяя входное напряжение в допустимом диапазоне для вентилятора, скорость вентилятора будет увеличиваться (при увеличении напряжения) и уменьшаться (при уменьшении напряжения); более быстрый вентилятор означает перемещение большего количества воздуха и, следовательно, более высокую скорость теплообмена. Существует несколько способов выполнения этого регулирования, как описано ниже.
Резисторы [ править ]
Резисторы , включенные последовательно с выводом питания вентилятора, являются самым простым способом снижения шума вентилятора, но они увеличивают тепло, выделяющееся внутри корпуса компьютера . Поскольку падение напряжения пропорционально току, вентилятор может не запуститься. Они должны иметь соответствующую номинальную мощность. Для переменного управления вентилятором потенциометры можно использовать вместе с транзистором, например МОП-транзистором , выходное напряжение которого контролируется потенциометром. Вместо него можно использовать реостат .
Диоды [ править ]
Диод , включенный последовательно с вентилятором, уменьшит напряжение, подаваемое 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 на кремниевом диоде 1N4001 варьируется примерно от 0,7 до 0,9 В, а ток варьируется от 0,01 до 1 А. [3] Следует учитывать номинальную мощность , а некоторым диодам может потребоваться охлаждение для работы при номинальном токе. Падение напряжения на диоде будет падать с ростом температуры, что приведет к увеличению скорости вращения вентилятора.
Как и другие последовательные стабилизаторы, диод будет рассеивать мощность, равную падению напряжения, умноженному на ток, проходящий через него.
Модификация напряжения («модификация напряжения») [ править ]
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 напряжения по умолчанию 12 В, для которого был разработан вентилятор.
Увеличение напряжения [4] Повышенное напряжение выше 12 В по умолчанию можно получить, например, подключив линию питания −12 В или −5 В вместо заземляющего провода в разъеме вентилятора, а также подключив линию питания 5 В ко входу +12 В разъема вентилятора. С помощью этой процедуры можно получить напряжение 10, 17 и 24 В, при этом напряжение, превышающее 12 В, потенциально может повредить компьютерные вентиляторы, рассчитанные на 12 В. Однако сочетание современных источников питания больше не требуется для обеспечения напряжения −5 В. линия электропередачи и ограниченная способность подачи мощности по линии -12 В (обычно ток менее 1 А) снижают общую мощность вентиляторов с модификацией напряжения 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, а некоторые другие вентиляторы могут один раз запуститься при +5 В. они начали вращаться с разумной скоростью. [ нужна цитата ]
Еще один метод уменьшения скорости вращения вентилятора [5] заключается в перемещении провода 5 В в классическом разъеме питания Molex на место провода заземления, идущего к вентилятору, тем самым подавая на вентилятор +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 потребления, поэтому блок питания, скорее всего, выйдет из строя, если нагрузка на линию блока питания 5 В окажется ниже нагрузки, создаваемой 7 Вентиляторы V (например, когда ПК переходит в состояние ожидания/сна). Кроме того, компоненты внутри компьютера, использующие питание +5 В, могут подвергнуться воздействию напряжения более 5 В в случае короткого замыкания вентилятора.
линейные регуляторы дискретные Интегрированные или
Общие микросхемы стабилизатора 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 микросхем может обеспечивать ток до 1 А при напряжении 6, 8, 9 или 10 В для LM7806, LM7808, LM7809 и LM7810 соответственно. [6] регулируемые версии, такие как популярный LM317 Также существуют ; В сочетании с потенциометром эти регулируемые регуляторы позволяют пользователю изменять скорость вращения нескольких вентиляторов при токах, значительно превышающих то, с чем может справиться стандартный потенциометр. [7]
Для более высоких токов относительно просто сконструировать дискретные линейные стабилизаторы с использованием силового транзистора или МОП-транзистора и малосигнального транзистора или стабилитрона в качестве источника опорного напряжения. Хотя дискретные регуляторы требуют дополнительных компонентов (минимум два транзистора, три резистора и небольшой конденсатор), они допускают сколь угодно большие токи, что позволяет регулировать дополнительные вентиляторы и аксессуары.
Как и в случае с другими линейными регуляторами, выделяемое тепло будет примерно P = ( V in - V out ) I out . [8]
Широтно-импульсная модуляция [ править ]
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — распространенный метод управления компьютерными вентиляторами. Вентилятор с поддержкой ШИМ обычно подключается к 4-контактному разъему (распиновка: Земля, +12 В, сенсор, управление). Сенсорный контакт используется для передачи скорости вращения вентилятора, а управляющий контакт представляет собой выход с открытым стоком или открытым коллектором, для которого требуется повышение напряжения до 5 В или 3,3 В на вентиляторе. В отличие от линейного регулирования напряжения, при котором напряжение вентилятора пропорционально скорости, вентилятор приводится в действие постоянным напряжением питания; регулирование скорости осуществляется вентилятором на основании управляющего сигнала.
Управляющий сигнал представляет собой прямоугольную волну с частотой 25 кГц, рабочий цикл которой определяет скорость вращения вентилятора. 25 кГц используется для повышения звучания сигнала выше диапазона человеческого слуха; использование более низкой частоты может вызвать слышимый гул или вой. Обычно вентилятор может вращаться со скоростью от 30% до 100% номинальной скорости вентилятора, используя сигнал с рабочим циклом до 100%. Точное поведение скорости на низких уровнях управления (линейное, выключение до порогового значения или минимальная скорость до порогового значения) зависит от производителя. [9]
Многие материнские платы оснащены прошивкой и программным обеспечением, которое регулирует работу вентиляторов в зависимости от температуры процессора и корпуса компьютера.
Регуляторы скорости вентилятора [ править ]
Другой метод, популярный среди энтузиастов компьютерного оборудования, — это ручной регулятор скорости вращения вентилятора. 5,25 или 3,5 дюйма Их можно установить в слот расширения, отсек для накопителя или встроить в корпус компьютера. С помощью переключателей или ручек скорость подключенных вентиляторов можно регулировать одним из вышеперечисленных методов.
Аппаратное обеспечение [ править ]
Большинство современных материнских плат оснащены микросхемами 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 специального программного обеспечения после загрузки операционной системы.
Процессоры выделяют разный уровень тепла в зависимости от нагрузки системы, поэтому имеет смысл снизить скорость вентиляторов во время простоя , чтобы уменьшить шум, создаваемый вентиляторами, работающими на полной скорости, до тех пор, пока нагрузка не увеличится, после чего необходимо отрегулировать скорость вентилятора. сразу во избежание перегрева. Современные чипы аппаратного монитора, однажды настроенные, способны независимо запускать этот цикл мониторинга без какой-либо необходимости в работающем BIOS или операционной системе. Это автоматическое управление, предлагаемое некоторыми чипами, можно назвать режимом Thermal Cruise для поддержания теплового диапазона, а также режимом Fan Speed Cruise для автоматического поддержания определенной скорости вращения вентилятора. [10] : §12
Однако не все программное обеспечение имеет доступ к этим расширенным параметрам конфигурации, предоставляемым некоторыми микросхемами, и очень часто общее программное обеспечение реализует только самый простой интерфейс с микросхемами, а именно, явную настройку рабочего цикла для каждого управления вентилятором. настройка, впоследствии выполняющая регулировку рабочего цикла в программном обеспечении и, таким образом, требующая, чтобы как операционная система, так и само стороннее программное обеспечение продолжали работать на основном процессоре для выполнения цикла мониторинга. [10] : §11.3 Это может не быть проблемой до тех пор, пока система или энергосистема не выйдет из строя, после чего система может перегреться из-за неспособности вентиляторов поддерживать достаточное охлаждение при работе на пониженном напряжении и скорости.
Программное обеспечение [ править ]
Многие компании теперь предоставляют программное обеспечение для управления скоростью вращения вентиляторов на своих материнских платах под управлением Microsoft Windows или Mac OS X/MacOS. На разных материнских платах используется разное программное обеспечение. Существуют также сторонние программы, которые работают на различных материнских платах и позволяют широко настраивать поведение вентилятора в зависимости от показаний температуры материнской платы, процессора и графического процессора, а также позволяют осуществлять ручное управление. Две такие программы — SpeedFan [11] и Аргус Монитор. [12]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б с Константин Александрович Муренин (17 апреля 2007 г.). "1. История". Универсальное взаимодействие с аппаратными мониторами микропроцессорной системы . Материалы Международной конференции IEEE по сетям, зондированию и управлению 2007 г., 15–17 апреля 2007 г. Лондон, Великобритания: IEEE . стр. 901–906. дои : 10.1109/ICNSC.2007.372901 . ISBN 978-1-4244-1076-7 . IEEE ICNSC 2007, стр. 901–906.
- ^ Барбер, Энтони (1992). Справочник по контролю шума и вибрации — Энтони Барбер — Google Книги . Передовые технологии Elsevier. ISBN 9781856170796 . Проверено 1 января 2014 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 сентября 2012 г. Проверено 26 февраля 2015 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Перекрутите своих фанатов» . Архивировано из оригинала 9 июня 2002 г. Проверено 05 апреля 2017 г.
- ^ «Получите 12 В, 7 В или 5 В для своих поклонников» . Архивировано из оригинала 18 сентября 2008 г. Проверено 03 сентября 2016 г.
- ^ «LM7808» . fairchildsemi.com . Архивировано из оригинала 02 апреля 2015 г. Проверено 13 августа 2014 г.
- ^ «LM317 — Одноканальный LDO — Линейный регулятор (LDO) — Описание и параметры» . ti.com .
- ^ «Тепловые соображения для линейных регуляторов» . 28 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 02 апреля 2015 г. Проверено 26 февраля 2015 г.
- ^ «Спецификация 4-проводных вентиляторов с ШИМ-управлением» (PDF) . Сентябрь 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2011 г. Проверено 21 июля 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Константин Александрович Муренин (21 мая 2010 г.). Аппаратные датчики OpenBSD — мониторинг окружающей среды и управление вентиляторами ( диссертация на степень магистра математики ). Университет Ватерлоо : UWSpace. hdl : 10012/5234 . Идентификатор документа: ab71498b6b1a60ff817b29d56997a418.
- ^ «SpeedFan — Доступ к датчику температуры на вашем компьютере» .
- ^ «Argus Monitor — программное обеспечение для управления процессором, графическим процессором и системными вентиляторами с использованием любого доступного источника температуры ПК» . 9 июля 2021 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Спецификация 4-проводных вентиляторов с ШИМ-управлением, версия 1.3 , Intel
- 3-проводные и 4-проводные разъемы для вентиляторов , Intel
- Распиновка 3-проводного , 4-проводного разъема вентилятора материнской платы, AllPinouts
- Зачем и как управлять скоростью (2/3/4-проводного) вентилятора для охлаждения электронного оборудования , аналоговых устройств
- Управление скоростью вращения вентилятора в Linux на материнских платах с ШИМ, Thinkpads и ASUS Eee PC