Делаем «умную» систему активного охлаждения для мини-компьютера или медиа-приставки
Многие мини-компьютеры или медиа-приставки используют пассивную систему охлаждения. Это могут быть устройства с процессорами Intel Atom и ОС Windows или множество моделей с Android. У части этих устройств есть одна общая проблема — неэффективная система охлаждения. При продолжительной нагрузке и превышении определённого порога температуры начинается троттлинг — процессор начинает снижать частоту, отключать ядра и пр. Производительность падает. Иногда это не сильно заметно, а иногда мешает комфортной работе с устройством. Производители просто не уделяют системе охлаждения достаточно внимания, считая троттлинг нормальным поведением стационарных систем.
Посмотрите, например, тематические форумы, там чуть ли не в каждой второй теме мини-компьютеров или медиа-приставок обсуждаются вопросы модификации системы охлаждения. Изначально пытаются решить проблему доработкой пассивного охлаждения. Если это не удаётся, переходят к активному охлаждению с помощью вентилятора. Я расскажу, как сделать простое «умное» активное охлаждение с минимальными затратами.
Единицы мини-компьютеров и медиаплееров с пассивным охлаждением имеют на плате выводы питания для вентилятора с возможностью настройки режима работы. Обычно берут вентилятор на 5 В и подключают (подпаивают) его к внутренним контактам питания USB разъёма или разъёму питания самой медиа-приставки. Просто и эффективно. В этом случае вентилятор работает постоянно во время работы медиа-приставки, что не всегда приемлемо или комфортно из-за шума.
- Программируемый терморегулятор W1209 (цена от 1,7$)
- Повышающий преобразователь 5 В > 12 В (цена от 0,8$)
- вентилятор на 5 В или 12 В
- паяльник (пайки минимум, она простая)
Программируемый терморегулятор W1209
Это компактное устройство, которое предназначено для поддержания определённой температуры. Сфера его применения очень широкая. Его можно использовать для автоматизации нагрева (например, промерзающих труб или бойлера, обогрев растений, инкубатора), вентиляции (например, теплиц), охлаждения и пр., вариантов множество.
Характеристики W1209:
- Управляющее напряжение 12 В.
- Коммутируемый ток до 14 В (постоянное) / 20 А или до 250 В (переменное) / 5 А.
- Диапазон установки температур от -50 ºС до 110 ºС.
- Диапазон гистерезиса от 0,1 ºС до 15 ºС.
- Регулировка задержки срабатывания до 10 минут.
- Два режима режима работы: C — охлаждение, H — нагрев.
- Размер: 48x40x14,5 мм
Комплект поставки: терморегулятор и датчик температуры.
Принцип работы простой. В режиме C, охлаждение, контакты реле разомкнуты, пока температура ниже установленной. Как только температура превышает установленную, контакты реле замыкаются и остаются в таком положении, пока температура не снизится на величину гистерезиса. Например, к коммутирующим контактам подключен вентилятор, терморегулятор установлен на температуру 70 ºС, гистерезис 15 ºС. Как только терморегулятор фиксируют температуру 70 ºС на датчике, контакты реле замыкаются, и вентилятор начинает работать. Выключится он, когда температура опустится до 55 ºС.
В режиме H, нагрев, принцип работы обратный. Контакты реле замкнуты, пока температура ниже установленной плюс величина гистерезиса. Как только температура превышает установленную плюс величину гистерезиса, контакты реле размыкаются и остаются в таком положении, пока температура не снизится до установленной.
Программировать терморегулятор просто, настройки сохраняются. Нажимаете кнопку SET и с с помощью кнопок + и — выставляете температуру срабатывания. Если держать кнопку SET 5 секунд, то попадёте в меню настроек:
- P0. Режим работы: C или H.
- P1. Гистерезис от 0,1 ºС до 15 ºС.
- P2. Установка максимальной температуры от -45 ºС до 110 ºС (по умолчанию 110 ºС).
- P3. Установка минимальной температуры от -50 ºС до 105 ºС (по умолчанию -50 ºС).
- P4. Коррекция температуры от -7 ºС до 7 ºС.
- P5. Задержка срабатывания от 0 до 10 минут (по умолчанию 0).
- P6. Защита от перегрева. Если включить, то при 110 ºС терморегулятор отключится.
Повышающий преобразователь
Это простой преобразователь 5 В > 12 В. Он нам нужен для того, чтобы обеспечить управляющее напряжение для терморегулятора. Ещё он понадобится, если вы решите использовать вентилятор на 12 В, вместо 5 В.
Все эти устройство нужно будет установить внутри мини-компьютера или медиа-приставки. Вот фотография для оценки размеров:
Я буду рассматривать вариант, когда вся конструкция подключается к внутренним контактам питания одного из USB разъёмов. Конечно, можно подключить и к разъёму питания самой медиа-приставки. Более того, если на входе 12 В, то и преобразователь не понадобится. Схема подключения будет немного иной. Но я буду рассматривать конкретный универсальный вариант.
Для демонстрации я буду использовать вентилятор на 12 В, но подавать на него буду напряжение 5 В. В реальной ситуации так делать не нужно, т.к. эффективность слабая. Вентилятор должен быть рассчитан на напряжение 5 В. Для питания я буду использовать обычный кабель USB, но в реальной ситуации нужно подключить (припаять) провода к внутренним контактам USB на плате медиа-приставки.
Схема подключения очень простая:
Если вы будете использовать вентилятор на 12 В, то его нужно коммутировать к выходам на преобразователе.
Т.к. ток слабый во всей схеме, используйте тонкие гибкие провода для соединения. Для демонстрации я использовал толстые. Дополнительно можете залить термоклеем места пайки для надёжности, нагрева со слабой нагрузкой там нет. Пайку проводов нужно изолировать с помощью термоусадки или изоленты. При необходимости укоротите провод датчика температуры до нужной длины.
Готовая демонстрационная система:
А вот, как система работает:
Размещаете конструкцию внутри корпуса мини-компьютера или медиа-приставки. Датчик температуры крепите к радиатору SoC.
Например, вы можете установить температуру включения вентилятора 70 ºС, а гистерезис 15 ºС. В обычном режиме, при просмотре видео, просмотре веб-страниц и пр., будет использоваться пассивное охлаждение. Но при нагрузке, например, играми, как только радиатор нагреется до 70 ºС, вентилятор включится и будет работать до тех пор, пока температура не опустится ниже 55 ºС.
В итоге за 2,5$ и 30 минут работы мы добавили немного «мозгов» активной системе охлаждения. Минус у этой системы только один — электромеханическое реле, которое издаёт щелчок при замыкании контактов (включение вентилятора). Идеально было бы его заменить на твердотельное реле или транзистор, чтобы работало бесшумно, но это уже другая история…
Источник
Полностью пассивная СВО
(кликните по картинке для увеличения)
Наливаем холодную водичку в кастрюльку идем в комнату, льем мощным потоком в емкость из-под краски и получаем такой же мощный поток воды из разломившегося ватерблока на материнскую плату и видеокарту. Все разбираем, сушим, совершаем «разбор полетов».
Первое. Недостаточный контакт основания радиатора и ЦП — отпечаток термопасты не полный.
Второе. Оказывается при надавливании одного крепления прижимающего куллер к процессору изгибается оргстекло и шов склейки разлетается. Данную проблему решено исправить наклеиванием специального распределителя нагрузки, небольшой полоски оргстекла, который переместит часть усилия с середины площадки на ее края. Также эта полоска улучшит контакт ЦП с радиатором, т.к. немного опустит радиатор.
Исправления произведены. Попытка номер два. Начинает течь в месте склейки штуцера и коробки варетблока. Шланги довольно жесткие, при неаккуратном обращении они выламывают штуцера. Все заново проклеиваем. Решено не дожидаться суточного просыхания. Попытка номер три. Наливаем чашечкой воду, чтобы заполнить ватерблок и шланги, течи нет — отлично. Довольные собой идем в ванную с кастрюлькой, наливаем воду, выплескиваем ее в емкость. Не течет, внимательно смотрим и тут начинает набирается капелька. С малым давлением в системе — все хорошо, когда добавил воды, она продавила невысохший клей. Быстро все разбираю тащу в ванную, по дороге цепляю шланг и ломаю ватерблок. Но ничего, его все равно переклеивать. Все восстанавливаем. Клея уже столько налито на ватерблок, что кажется, что это наслоения льда .
(кликните по картинке для увеличения)
Попытка номер четыре. Все аккуратно устанавливаем. Наливаем немного воды — не течет, доливает до 2 литров в системе — не течет. Супер.
Хочу посмотреть на сколько хватит 2 литров воды, через сколько времени начнется перегрев. В комнате — 25 градусов Цельсия. Включаю комп, загружается Винда, ничего больше не делаю, т.е. режим без нагрузки — температура на ЦП 26 градусов Цельсия. Через 5 минут — 25 градусов, т.е. упала на 1 градус. Через 10 минут — 26 градусов. 15 минут — 27 градусов. 20 минут — 28 градусов. 30 минут — 28 градусов. Визуально конвекцию в прозрачный корпус ватерблока не видно. В емкости с водой видно движение воды только по пылинкам и пузырькам воздуха. При виде сверху через шланг восходящего потока видны ребра радиатора и на фото есть искажения в их геометрии — это конвекция.
(кликните по картинке для увеличения)
В простое все работает, не перегревается. Надо тестить под нагрузкой. Включаю OCCT на 6 минут. Напоминаю, что 1-ая минута и последние 4 — работа без нагрузки.
(кликните по картинке для увеличения)
Ну что ж — неплохо. Идем дальше. Прогрев 15 минут.
Отлично. Надо тестить подольше.
(кликните по картинке для увеличения)
Час под нагрузкой 100% при 2 литрах воды в системе — я этого никак не мог ожидать. Я не был уверен в работоспособности системы, а она такое показывает!
Запускаю тест Эвереста, пять экземпляров CPU-Burn и OCCT на час.
(кликните по картинке для увеличения)
Все работает — не перегревается. Уже ночь на дворе — еще парочку тестов на хорошо прогретой системе.
Итого по первому дню. Система работает без перегрева. Максимум под нагрузкой — чуть больше 40 градусов Цельсия, при снятии нагрузки — быстрое падение температуры до 35 градусов.
День второй. Часовый прогон для разогрева системы.
(кликните по картинке для увеличения)
Все в порядке, как вчера.
Решил померить сколько времени будет остывать система с 35 градусов до 30, т.е. прогреваем систему каким-нибудь тестом, останавливаем его, температура быстро опустится до 35, засекаем время, компьютер работает, ничего особо не делает, медленно остывает. Через 2 часа температура упала до 30 градусов.
Жизненно необходим длительный тест. Три часа кажется должно хватить.
(кликните по картинке для увеличения)
А трех часов-то и не хватило, под нагрузкой температура росла-подростала, но длинной горизонтальной площадки так и не получилось. Да — водяное охлаждение — довольно инертная система.
Решено подлить водички до 7 литров и поставить на 8 часовой прогон. Доливаем воду и. Я где-то это уже видел — течет! Моя система абсолютно не держит давление. 40-50 см водяного столба и ватерблок трещит по швам. Пытаюсь все быстро поотключать и перетащить в ванную. Очередной маленький потоп . Хорошо, что все доливы я производил на выключенной системе, даже удлинитель выдергивал из розетки (хотя на него вода и не попадала).
(кликните по картинке для увеличения)
Все сушим, собираем с воздушным охлаждением. Материнка стартует с пятого раза, не издает ни каких звуков. — погибла. Она нам еще была нужна для тестов с воздушным охлаждением, для сравнения, но не в этот раз. Скажу на словах, без графиков. Активная система воздушного охлаждения работала хуже, чем пассивная водянка. Проигрыш был не большой 2-5 градусов. Да, конечно, воздушный куллер не мега монстр, но он чуть лучше боксового и значительно тише.
Материалы, использованные для работы:
— небольшие куски оргстекла, толщина 2 мм (желательно брать потолще);
— клей силиконовый для аквариумов, кислотный (использовал, т.к. это экспериментальный образец, надо клеить нейтральным или другим клеем )
— штуцера 4 шт., у двух из них отрезал часть с резьбой и вклеил в ватерблок, два остальных вкрутил в емкость через резиновые прокладки и затянул гайками;
— 4 резиновые прокладки (для крепления штуцеров в емкость);
— 2 гайки (для крепления штуцеров в емкость);
— пара метров шланга для полива садов и огородов ;
— боксовый куллер для 478 сокета;
Выводы
Пассивная система водяного охлаждения работает. Не знаю, как она себя поведет на горячих процессорах, но на холодном камушке П4 1,8 она работает отлично.
Ватерблок (самую сложную часть системы) можно быстро и легко сделать из подручных средств. Единственное — его надо делать мега антивандальным.
В системе необходимо делать слив. Мои беганья в ванную с материнкой, болтающейся на шлангах из которых брызчала вода — это довольно весело, но лучше без них.
Что можно улучшить:
Если кто владеет теорией по конвекции, то чего-то даже и посчитать .
Взять за основу ватерблока хороший башенный куллер с большим расстоянием между ребрами.
Вместо шлангов сделать каналы такого же сечения, что и вход-выход из ватерблока, т.е. чтобы вода текла без изменения формы и площади сечения. По возможности каналы делать прямолинейными с плавными закруглениями в местах изменения тока жидкости. Нисходящий канал должен заходить снизу радиатора, а не в бок.
Емкость должна хорошо рассеивать тепло, неплохой вариант, когда стенки будут выполнены в виде ребристой поверхности. Емкость необходимо делать довольно высокую, чтобы создалась разница температур в верхних (теплых) и нижних (холодных) слоях.
Конец восходящего канала должен выходить не в нижнюю часть емкости, а в верхнюю. Это повысит эффективность.
Вход нисходящего канала и выход восходящего в емкости можно разносить не только по вертикали но и по горизонтали.
Как я уже раньше говорил необходимо сделать систему слива воды.
Пока у меня не на чем тестировать, я надеюсь, что найдутся любители смастерить подобную систему, лучшую, чем моя, на более горячем железе и не только на ЦП!
Удачи!
Источник
