После написания статей о сборке простой охлаждающей подставки для ноутбука я не планировал возвращаться к этой теме некоторое время, предполагая поработать с подставкой на практике и дав проекту созреть для определения и уточнения последующих доработок.
Но первый же комментарий, последовавший буквально через несколько минут после публикации третьей части статьи ясно дал понять, что, несмотря на низкую популярность у читателей, сама тема ещё далеко не закрыта.
Звучал он так:
Скажите, а с чем связан выбор питания от 5В? Возможно было бы проще запитать от блока питания ноутбука. Ведь его использование с подставкой вероятнее всего подразумевает подключение внешнего источника питания. Осмелюсь предложить такую схему: блок питания от ноутбука подключается к подставке и питает стабилизатор для вентиляторов, параллельно выводится шнур для питания самого ноутбука. Понижающая схема для питания вентиляторов может быть любой — хоть линейной, хоть импульсной.
Скажу честно, о такой возможности организации электропитания я изначально даже не думал. И сама идея показалась мне довольно интересной.
Использовать для питания подставки и ноутбука не два различных блока питания, а всего один, родной ноутбучный.
Не повышать напряжение, а наоборот, понижать.
Попутно получив при этом общий ток потребления подставки не 900-1200 миллиампер, как сейчас, а в разы меньший. Именно за счёт понижения питающего напряжения.
Согласитесь, при всей своей простоте идея выглядит не только логичной и очевидной, но и красивой и довольно заманчивой.
А высказал её один из подписчиков, ведущий канала "Личный блог. Полезные самоделки. Размышления.".
На Дзене он не так давно, всего несколько месяцев. И новые читатели и подписчики и ваша читательская поддержка ему бы очень пригодились.
Загляните на его канал. Публикаций там пока ещё не очень много. Но уверен, даже те, что уже есть будут интересны и компьютерщикам-оверклокерам, собирающим системы водяного охлаждения, и людям, использующим в своей работе системы автоматизированного проектирования, тот же "Компас 3D", и интересующимся вопросами 3D-печати и 3D-принтерами, и ардуинщикам, и программистам на Python, работающим с Linux, и домашним самодельщикам разнообразных конструкций. А возможно и тем, кто вплотную занимается нейросетями и искусственным интеллектом. Да и просто размышления и высказанные автором канала мысли читать интересно.
А когда, спустя совсем непродолжительное время аналогичную идею высказал в комментариях и Петр, Радиолюбитель, мысль о необходимости ещё одной переделки электропитания подставки окончательно отложилась в моей голове.
Пусть это будет ещё один возможный альтернативный вариант питания, более лучший. Третий путь. Вдобавок ко всем планируемым доработкам.
И хотя сама идея здесь буквально "переворачивает изначальный принцип электропитания с ног на голову", на уже готовой фанерной основе подставки переделки будут совсем незначительны.
А именно:
- Модуль повышающего преобразователя напряжения MT3608 заменяется почти аналогичным по размерам модулем импульсного понижающего DC-DC преобразователя на микросхеме LM2596S;
- Добавляется буквально один дополнительный отрезок двухпроводного кабеля длиной примерно 65 см с разъёмом-штекером для отвода питания на ноутбук.
Подставка при этом подключается к блоку питания ноутбука напрямую, а сам ноутбук получает стандартное питание 19V уже от подставки, через неё.
В итоге можем отказаться от отдельного дополнительного блока питания подставки, как это было в первоначальных альтернативных вариантах.
К остальным сопутствующим доработкам можно отнести:
- установку дополнительного выключателя питания для большего удобства использования;
- установку дополнительного выключателя, переводящего подставку из режима максимальных оборотов вентиляторов в режим ручной регулировки оборотов, чтобы снизить их шумность, когда усиленное охлаждение не требуется;
- установку обычного переменного резистора для ручной регулировки оборотов вентиляторов в "тихом режиме".
Четвёртая статья о сборке простой охлаждающей подставки для ноутбука будет именно об этих доработках.
1. Схема электрическая принципиальная.
Схема электрическая принципиальная выглядит так.
(Скачать схему электрическую принципиальную в формате .JPG, .PNG, .PDF).
(И ставшее уже стандартным примечание: Если некоторые изображения данной статьи на вашем устройстве выглядят не очень отчётливо, можно открыть их в отдельном окне, щёлкнув на них мышью, либо открыть в полном размере в новой соседней вкладке вашего браузера).
Обороты вентиляторов регулируются напряжением питания, снимаемого с выхода модуля на микросхеме LM2596S.
Подстроечным резистором RV2 устанавливаем на выходе модуля постоянное и максимальное напряжение 12 вольт.
Переменным резистором RV1 можно регулировать обороты вентиляторов в ручном режиме. На выходе модуля напряжение при этом меняется примерно от 5 до 12 вольт.
Выключатель SW1, коммутируя резисторы, позволяет переключаться между режимами "Ручной" и "Максимальный".
С помощью выключателя SW2 электропитание подставки можно вообще отключать. При этом отключаются только модуль LM2596S и вентиляторы подставки, электропитание на ноутбук продолжает подаваться.
Девятиконтактные D-Sub разъёмы и трёхконтактные SIL-разъёмы использованы только для большего удобства при сборке-разборке подставки и для быстрой замены её модулей. При желании можно вполне обойтись и без них, заменив простой пайкой проводов и контактов.
Модуль импульсного понижающего преобразователя напряжения LM2596S может быть заменён обычным линейным стабилизатором напряжения, например, модулем на микросхеме LM317 (TIXER.RU, AliExpress). В этом случае сама микросхема LM317 должна быть установлена на гораздо более массивный теплоотвод из-за возможного нагрева при работе. Подробнее об этом читайте в конце статьи.
2. Монтажная схема соединения элементов.
Монтажная схема соединения элементов (для большей наглядности) представлена ниже.
(Скачать монтажную схему соединения элементов в формате .JPG, .PNG, .PDF).
Родной подстроечный резистор сопротивлением 10 кОм выпаивается с платы модуля LM2596S и с помощью двухпроводной линии цветного монтажного провода выносится в блок управления.
Блок управления состоит из выключателя SW1, выключателя SW2, переменного резистора RV1 и подстроечного резистора RV2.
Конструктивно блок управления расположен на отрезке алюминиевого уголка, закреплённого под верхней плоскостью подставки, с левой стороны. Его местоположение выбрано для как можно более удобного доступа при производящихся ручных регулировках.
3. Разметка блока управления и чертёж верхней плоскости подставки с вносимыми изменениями.
Разметка блока управления для регулировки оборотов вентиляторов выглядит так.
(Скачать разметку панели управления в формате .JPG, .PNG, .PDF).
Общий чертёж верхней плоскости подставки представлен ниже.
(Скачать чертёж верхней плоскости подставки в формате .JPG, .PNG, .PDF).
Внесённые в начальную конструкцию изменения и дополнения отмечены на чертеже зелёным цветом.
А именно:
- отрезок алюминиевого уголка, на котором располагаются органы управления с двумя отверстиями для его крепления к плоскости винтами M3;
- дополнительные отверстия в плоскости между вентиляторами для прокладки и крепления с помощью пластиковых стяжек кабеля, подводящего электропитание к ноутбуку;
- модуль импульсного понижающего DC-DC преобразователя напряжения LM2596S, заменивший модуль повышающего преобразователя напряжения MT3608.
4. Перечень необходимых для переделки подставки компонентов и расходных материалов.
Если вы собираете эту подставку впервые, то для ознакомления с перечнем необходимых комплектующих, расходных материалов и инструментов читайте предыдущие статьи по теме. Ссылки на них приводятся в конце данной статьи.
А для переделки уже собранной ранее подставки нам потребуются:
1. Модуль импульсного понижающего DC-DC преобразователя напряжения LM2596S (TIXER.RU, AliExpress)
2. Два девятиконтактных D-Sub разъёма (ЧИП и ДИП: мама, папа)
3. Выключатель питания MIRS-201 (ЧИП и ДИП, TIXER.RU, AliExpress)
4. Выключатель MTS-102 (на 1 группу контактов, с фиксацией, с положением on-on) (ЧИП и ДИП, TIXER.RU, AliExpress)
5. Переменный резистор сопротивлением 1-2 кОм и ручка для него. У меня такого не нашлось, использовал сдвоенный, сопротивлением 2 кОм с параллельно включёнными секциями. (ЧИП и ДИП: резистор, ручка)
6. Разъём питания (штекер длина 9.5 мм или 14 мм, внешний диаметр 5.5 мм, внутренний 2.5 мм) (ЧИП и ДИП: такой или такой)
7. Разъём питания (гнездо, внешний диаметр 5.5 мм, внутренний 2.1 мм) (ЧИП и ДИП)
8. Трёхконтактный SIL-разъём (шаг между контактами 2.54 мм) (ЧИП и ДИП: мама, папа, TIXER.RU: мама, папа)
9. Шнур питания (сетевой кабель с гнездом и D-Sub мама-разъёмом) от старого альтернативного варианта питания номер 2 на 12 вольт
10. Отрезок алюминиевого уголка длиной 110 мм и шириной стороны 20 мм (Яндекс.Маркет)
11. Отрезок двухпроводного сетевого кабеля длиной 65 см
12. Разноцветные многожильные монтажные провода (ЧИП и ДИП)
13. Медный обмоточный провод в эмалевой изоляции диаметром 1 мм (ЧИП и ДИП)
14. Термоусадочные трубки для изоляции контактов после пайки и для дополнительной фиксации проложенных проводов (TIXER.RU: красная, чёрная, синяя и широкая)
15. Кабельные пластиковые стяжки, белые, длиной 100 мм, шириной 2.5 мм 12 штук (TIXER.RU)
5. Процесс сборки и переделки.
1. К D-Sub-разъёмам припаиваются самодельные стойки крепления из отрезков залуженного обмоточного медного провода диаметром 1 мм. Аналогично уже рассмотренным шагам 22-23 из прошлой статьи.
2. Сами D-Sub-разъёмы с помощью того же лужёного обмоточного медного провода припаиваются контактами ко входам и выходам модуля импульсного понижающего преобразователя напряжения LM2596S. По аналогии с шагом 24 из прошлой статьи.
Разъём-папа должен быть припаян ко входу модуля In, разъём-мама к его выходу Out.
Верхний ряд контактов припаиваемых разъёмов выделяется под плюс питания, нижний ряд контактов идёт под минус.
3. Выпаиваем из модуля LM2596S подстроечный резистор для регулировки выходного напряжения. Вместо него впаиваем трёхконтактный SIL-разъём маму. К крайним контактам ответной части SIL-разъёма папы припаиваем два разноцветных монтажных провода длиной примерно 45 см.
4. Модуль LM2596S устанавливается под верхнюю плоскость подставки вместо модуля MT3608. Закрепляется винтами М3.
5. В боковой части алюминиевого уголка сверлим круглые отверстия для крепления переменного резистора RV1, подстроечного резистора RV2, выключателя SW1 "Руч. — Макс." и сверлим и вытачиваем надфилями прямоугольный вырез для выключателя питания SW2.
Подстроечный резистор RV2 будет размещён на нижней части алюминиевого уголка. Он крепится к уголку двумя П-образными проволочными скобками из лужёного медного провода диаметром 1 мм (лучше 0.75 мм). Для более мягкого обжатия его корпуса предварительно на подстроечный резистор надеваем трубочку термоусадки. Концы П-образных скобок спаяны друг с другом под уголком.
Чтобы уголок плотно прилегал к плоскости подставки, в фанере, над местом прохождения проволочных скобок крепления подстроечного резистора вырезаем-вытачиваем небольшие канавки, глубиной примерно 1.5-2 мм. В боковой части уголка, напротив штока регулировки подстроечного резистора, заранее, до его крепления, сверлим отверстие диаметром 3-5 мм.
Также в нижней части алюминиевого уголка, отступив от его краёв по 10 мм, нужно просверлить два отверстия для крепления самого уголка винтами M3 к плоскости подставки.
6. После установки управляющих элементов RV1, SW1, SW2 вслед за RV2 на уголке крепим сам уголок на плоскости подставки винтами M3.
7. Распаиваем схему проводами. Провода при этом аккуратно прокладываем по пути следования, для последующего их закрепления на поверхности подставки пластиковыми стяжками. Чтобы туго затянутые стяжки своими зубцами не оставляли на изоляции проводов следов, подкладываем под стяжки трубочки термоусадки, заранее надетые на провода.
Два разноцветных монтажных провода (из пункта 3) от модуля LM2596S уходят к алюминиевому уголку, к переключателю SW1 и резисторам регулировки RV1 и RV2.
Также припаиваем провода от разъёма J4 к контактам выключателя SW2.
Другую пару контактов выключателя SW2 припаиваем к длинному сетевому проводу с гнездом, через которое впоследствии будем подключать блок питания ноутбука. Для этого я использовал старый провод от альтернативного варианта питания номер два на 12V из прошлой статьи.
8. И, наконец, отводим между вентиляторами ноутбука, крепя стяжками, защищая термоусадкой, ещё один кусок провода, со штекером на конце.
Через него питание будет подаваться на сам ноутбук.
Другие концы данного провода припаиваем, соблюдая полярность, к контактам переключателя SW2 со стороны подключения его к блоку питания.
Теперь можно красиво уложить оставшиеся провода и на этот раз окончательно закрепить их стяжками.
На этом пайку и монтаж можно считать завершёнными.
6. Первое включение и настройка.
1. Перед первым включением предварительно нужно:
- отключить разъём J1 от J2;
- перевести выключатель SW1 в положение "Макс.", закоротив тем самым переменный резистор RV1;
- подключить разъём J4 к J3;
- выключатель SW2 перевести в положение "Выкл.";
- штекер XP1 питания к ноутбуку должен быть отключён.
2. К выходу модуля LM2596S (контактам разъёма J2) подключаем вольтметр или мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения на пределе измерения 20-50 вольт. Затем подключаем подставку к блоку питания ноутбука с помощью разъёма XT1. Переводим выключатель SW2 в положение "Вкл."
3. Замеряем напряжение на выходе модуля LM2596S. Регулировкой подстроечного резистора RV2 устанавливаем значение выходного напряжения модуля ровно на 12 вольт.
4. Переводим выключатель SW1 в положение "Руч." и, вращая ручку переменного резистора RV1, снова измеряем выходное напряжение модуля. При регулировке переменного резистора RV1 с сопротивлением в 1 кОм выходное напряжение меняется, примерно от 4.85 вольт до 11.96 вольт.
5. После настройки выходных напряжений понижающего преобразователя на холостом ходу необходимо донастроить их и в рабочем режиме.
Для этого, подключив разъём вентиляторов J1 к J2 и замкнув выключатель SW1 снова регулировкой подстроечного резистора RV2 устанавливаем 12 вольт на выходе преобразователя.
Затем, разомкнув выключатель SW1 убеждаемся, что при вращении ручки переменного резистора RV1 напряжение на выходе модуля не превышает 12 вольт, а частота вращения лопастей работающих вентиляторов регулируется от минимальных оборотов до максимальных.
Если минимальные обороты вентиляторов требуется уменьшить ещё сильнее — увеличиваем сопротивление переменного резистора RV1, например до двух килоом.
На этом настройка выходных напряжений понижающего преобразователя закончена.
7. Ток потребления.
Ток потребления одного вентилятора составляет 170-180 миллиампер.
Два вентилятора, подключённых параллельно, потребляют 360 миллиампер.
При использовании модуля импульсного преобразователя напряжения LM2596S понижаем напряжение с 19 вольт до 12 вольт, в 1.58 раз.
Соответственно ток потребления на входе преобразователя, при 100-процентном его КПД также должен быть меньше в 1.58 раз, то есть
360 миллиампер / 1.5833 = 227.37 миллиампер
Согласно техническому описанию на микросхему LM2596S при различных входных и выходных напряжениях её КПД составляет 73-80-90 процентов. Если принять КПД за 80 процентов, то расчётный ток потребления преобразователя составит
227.37 миллиампер / 0.8 = 284.21 миллиампер
Измеренный фактический ток потребления при полных оборотах вентиляторов составил 280 миллиампер сразу после включения, что довольно близко к расчётному.
В течение последующих четырёх-пяти минут ток потребления постепенно снижается до 240 миллиампер.
По сравнению с прошлыми вариантами электропитания подставки от USB ток потребления удалось снизить в 4-5 раз, что, согласитесь, очень даже неплохо.
На минимальных оборотах вентиляторов ток потребления при включении подставки составляет около 60 миллиампер, спустя несколько минут работы падает до 40 миллиампер.
8. Окончательная сборка.
Закрепляем на стойках винтами нижнюю плоскость, собирая подставку полностью.
Выглядит она теперь так.
Панель регулировок специально утоплена вглубь корпуса на 5 мм — удобству управления это никак не мешает, а на компактности сказывается положительно.
После включения, настройки, замеров тока потребления и сборки можно подключить подставку к ноутбуку и поработав с ним на практике оценить эргономику внесённых изменений. Это ещё не всё, что можно сделать с подставкой в плане её доработок. Оставшиеся планируемые изменения, после их реализации, возможно будут рассмотрены в одной из следующих статей.
9. Использование линейного стабилизатора напряжения на микросхеме LM317.
В домашних запасах нашлась пара модулей линейного понижающего стабилизатора напряжения на микросхеме LM317T. Покупал их несколько лет назад и теперь уже точно не помню где.
Решил проверить возможность питания вентиляторов подставки от такого модуля, заменив им модуль импульсного понижающего преобразователя напряжения LM2596S.
Первая попытка оказалась неудачной. При отключённой нагрузке, на холостом ходу, выставить выходное напряжение в 12 вольт не получилось. На очередном обороте подстроечного резистора микросхема быстро, буквально за секунду, очень сильно нагрелась, послышался "пшик", шипение, от микросхемы пошёл дымок, запах горелого распространился по комнате.
Решил, что модуль попался бракованный. Подключил второй аналогичный модуль. Без нагрузки на выходе напряжение не регулируется. Подключил нагрузку — проволочный резистор сопротивлением 120 Ом и мощностью 10 Вт. Напряжение на выходе модуля не регулируется, 17.8 вольт при любом положении движка подстроечного резистора. Проволочный резистор нагрузки сильно греется. Радиатор микросхемы чуть тёплый. Спустя примерно минуту попыток выставить выходное напряжение снова резкий разогрев радиатора микросхемы, шипение, дымок, на этот раз с искрами фейерверка. Корпус микросхемы разорвало трещиной, снова запах горелого.
В интернете много информации о подделках микросхемы LM317 на Алиэкспресс. Но то, что поддельными и неработающими микросхемами комплектуют готовые модули я пока не слышал. Так что, как говорится, с почином.
Заменил сгоревшую микросхему из модуля на отдельную LM317BTG. Подключил модуль. Отрегулировал напряжение на его выходе. Подключил вентиляторы. Работает. Радиатор микросхемы греется очень сильно, через пару минут работы палец на радиаторе трудно удержать — обжигает. Если собираетесь использовать для электропитания подставки данный модуль, потребуется установить отдельный, гораздо более массивный радиатор.
При общем токе потребления вентиляторов 0.36 ампер и понижения напряжения модулем LM317 с 19 вольт до 12 вольт = 7 вольт рассеиваемая микросхемой мощность составляет
0.36 ампер * 7 вольт = 2.52 ватта.
По сведениям различных источников максимальная рассеиваемая мощность на микросхеме в корпусе TO-220 без радиатора не должна превышать 1 ватт. Так что дополнительный радиатор в этом случае необходим, и желательно не такой декоративный, как идущий изначально в комплекте с модулем.
А вот на нагрузке с сопротивлением 120 ом — проволочном резисторе мощностью 10 ватт — модуль с микросхемой LM317BTG работает вполне нормально. Ток, протекающий через нагрузку, составляет при этом 100 миллиампер, типовой радиатор хоть и сильно горячий, но не такой обжигающий.
В общем, для электропитания вентиляторов подставки и линейный понижающий стабилизатор напряжения вполне подойдёт. Лучше, если он сможет обеспечивать ток на выходе не менее 0.5 или даже 1 ампер и будет оснащён правильным теплоотводом.
Если же желания возиться с дополнительным теплоотводом нет — удобнее и проще всё-таки использовать импульсный понижающий преобразователь напряжения LM2596S.
29 июня 2023 года.
С уважением, Ваш @mp42b.
<-- Предыдущая статья | Содержание 2019-2022 | Следующая статья -->
Предыдущие статьи по данной теме:
1. Укрощение Горыныча фанерой (1) или простая охлаждающая подставка для горячего ноутбука. Подготовка.
2. Укрощение Горыныча фанерой (2) или простая охлаждающая подставка для горячего ноутбука. Часть — столярно-механическая.
3. Укрощение Горыныча фанерой (3) или простая охлаждающая подставка для горячего ноутбука. Часть — монтажно-электрическая.
#простые вещи #сделай сам
#охлаждение #подставка для ноутбука #доработки
#mp42b #ПК, ноутбуки, периферия
