Изначально использовать режим автоматической регулировки оборотов вентиляторов охлаждающей подставки для ноутбука я не планировал.
Для мониторинга температуры при этом нужны термодатчики, а как их закрепить внутри корпуса ноутбука для такой разъёмной конструкции?
Совсем другое дело — настольный компьютер — приклеил термоскотчем датчик на решётке любого радиатора в любом нужном месте и снимай показания, да регулируй, как понравится. В ноутбуке, не разбирая его, да в комплекте с подставкой, такая возможность конструктивно труднореализуема.
Но потом возникла мысль контролировать температуру косвенно, по выхлопу горячего воздуха на выходе радиаторных решёток ноутбука. А высказанная читателями в комментариях к предыдущим статьям аналогичная идея и предложения использовать для этого NTC-термисторы были настолько убедительны, что я решил отработать это направление на практике.
Вот, например, комментарий от short_circuit:
... я бы ещё ввёл цепи ОС по температуре. В простейшем случае это может быть пошлый NTC 10к, который на стойке размещён так, чтобы торчал в воздушном потоке "выхлопа" ноута. Подключить этот NTC к подстроечному резистору платки преобразователя между "нижним" выводом и подвижным контактом. Чтобы уменьшение сопротивления NTC повышало напряжение модуля. Всё равно вся эта конструкция делалась под конкретный ноут, почему бы не сделать ещё одно уникальное (не совместимое с другими ноутами) конструктивное решение.
и его продолжение:
... т.к. вся эта конструкция всё равно заточена под конкретный ноут, я бы вынес датчик на некой стойке, чтобы он торчал в середине воздушного потока от радиатора ноута. +- пару сантиметров ошибки положения ноута на подставке ни на что тут влиять не будут. Разумеется, к ноуту ничего крепить не надо, стойка с датчиком остаётся торчать из подставки.
Всё равно придётся изначально регуляторами отстроить работу этого узла, чтобы по-холодному вентиляторы либо вааще не вращались, либо вращались самый чуток. И увеличивали скорость с прогревом. Система сама найдёт некую точку равновесия, когда температура выхлопа и обороты застабилизируются.
Именно об этом и будет сегодняшняя статья.
1. Минимум начальных сведений для входа в тему.
Терморезистор (или термистор) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры.
Обозначение NTC в названии расшифровывается как "Negative Temperature Coefficient" — отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
Данная характеристика указывает на снижение сопротивления при возрастании температуры. В качестве номинального для NTC-термисторов обычно указывают сопротивление, замеренное при температуре 25 градусов Цельсия.
Проверить NTC-термистор достаточно просто — нужно подключить его к омметру, выбрав предел измерения больше, чем указанное номинальное сопротивление, и слегка нагреть, например, зажав между пальцами. Показания измеренного сопротивления должны начать уменьшаться.
NTC-термистор — прибор обычно весьма чувствительный, поэтому изменения сопротивления становятся заметны буквально через пару-тройку секунд.
2. Исходные условия и постановка задачи.
При добавлении к функциональности простой охлаждающей подставки для ноутбука режима автоматической регулировки оборотов вентиляторов я ориентировался на сопротивление ручного регулятора — переменного резистора, планируя подключать термистор вместо него, с помощью простой коммутации цепи. Соответственно и сопротивление термистора должно быть такое же — примерно 1 кОм. Питающее напряжение на вентиляторах подставки при этом должно быть около 5 вольт, позволяя им вращаться на минимальных оборотах. При нагреве термистора его сопротивление должно падать до десятков ом, а на вентиляторы подаваться до 12 вольт напряжения, раскручивая их по полной.
Сам ноутбук, для которого разрабатывалась охлаждающая подставка, имеет два вентилятора с двумя теплотрубками и две системы охлаждения. Одна из них предназначена для охлаждения процессора, вторая для чипа дискретного графического видеоадаптера.
Чтобы контролировать температуру сразу и для процессора и для видеочипа, можно использовать два NTC-термистора, в параллельном включении, разнесённых на плоскости подставки и закреплённых у левой и правой выхлопных охлаждающих решёток. Номинальное сопротивление каждого термистора при этом должно составлять 2 кОм (как оказалось, в итоге данный параметр, скорее всего, нуждается в корректировке). При нагреве любого из них (или сразу двух) за счёт параллельного включения общее сопротивление должно снижаться ещё больше. При необходимости рабочий участок схемы можно смещать, включив в цепь дополнительные подстроечные резисторы. Если последовательно, например сопротивлением 5-10 кОм — в сторону уменьшения оборотов вентиляторов. Если параллельно, например сопротивлением 10-20 кОм — в сторону увеличения оборотов вентиляторов.
3. Схема электрическая принципиальная.
По сравнению с рассмотренной конструкцией простой охлаждающей подставки из прошлой статьи в схему добавлена дополнительная цепь автоматической регулировки оборотов вентиляторов, состоящая из двух параллельно включённых термисторов RT1 и RT2, разъёмов для их подключения J7, J8, J9 и подстроечного резистора RV3.
Скачать схему в формате .PNG или в формате .PDF .
Переключатель SW3 теперь используется для коммутации цепей ручной и автоматической регулировки оборотов.
Использование отдельного подстроечного резистора RV3 позволило не зависеть от предварительно сделанной настройки цепи ручной регулировки оборотов и не вмешиваться в её работу. То есть цепь автоматической регулировки работает автономно.
C помощью разъёмов J7 (двухрядный четырёхконтактный гнездовой DIL), J8 и J9 (однорядные четырёхконтактные штыревые SIL) осуществлён монтаж и подключение элементов цепи автоматической регулировки, а также облегчен и становится более удобным сам процесс настройки. Но если они кажутся излишними, от использования разъёмов вполне можно отказаться и обойтись вместо них простой пайкой соединительных проводов.
Также в процессе настройки вместо термисторов к схеме временно подключается дополнительный подстроечный резистор RV4 с разъёмом J10.
Таким образом доработки прошлой схемы минимальны, и, если не считать дополнительных разъёмов и пары подстроечных резисторов, сводятся к добавлению всего лишь двух "капель" термодатчиков для автоматической регулировки.
4. Где купить заветные "капли".
Сами NTC-термисторы штука довольно распространённая в наши дни, приобрести их можно во многих магазинах, торгующих радиодеталями.
Я искал их в "ЧИП и ДИП" и на AliExpress.
В результате выбрал там, где побольше, подольше, менее точные, большего разброса, но подешевле. Буквально "за пять копеек пучок". Искал по наилучшему совпадению. Если бы искал по возрастанию цены — мог бы купить и дважды дешевле.
После получения посылки при проверке для всех полученных экземпляров термисторов, заявленных продавцом как 2-х килоомные, мой омметр при комнатной температуре упорно показывал сопротивление 1600-1700 Ом. Что-же, попробуем использовать их.
5. Крепление термисторов.
Для подключения термодатчиков-"капель" понадобилось прежде всего надёжно закрепить их на корпусе подставки.
Для этого из лужёного медного обмоточного провода диаметром 1 мм, сложенного для прочности вдвое, выпаял пару крепёжных стоек.
Высота каждой из них 15 мм, длина 35 мм.
Внутренний диаметр верхнего кольца чуть меньше диаметра корпуса термистора, примерно 2 мм. Внешний диаметр 4 мм.
Нижнее конечное кольцо — под крепление винтом М3. Внутренний диаметр примерно 3.5 мм, внешний около 5.5 мм.
Два средних колечка стойки предназначены для пропуска пары многожильных проводов, подключаемых к термистору. Их внутренний диаметр примерно 3 мм, внешний около 5 мм.
Кольцо пропуска проводов отстоит от кольца винтового крепления на расстоянии 10 мм.
Изоляция ножек термистора делается с помощью трубочек термоусадки диаметром 1 мм. Термоусаживаем заранее на отдельных проводках, и только потом надеваем трубочки на ножки. Так как сильного нагрева паяльным феном (уже проверено) капля корпуса термистора может не выдержать и развалиться.
После установки термисторов в стойки данный элемент конструкции выглядит так.
Припаиваем к выводам термистора протянутые через отверстие в стойке многожильные монтажные провода, изолируем места пайки термоусадкой.
Затем стягиваем дополнительно всю стойку с установленным термистором трубочкой термоусадки диаметром 3-4 мм для большей прочности конструкции.
На верхней плоскости подставки стойки с термодатчиками закрепляются с помощью винтов-гаек-шайб с резьбой М3.
Для этого для каждой стойки в фанерной плоскости понадобится просверлить по два отверстия, одно для винта крепления, второе для уходящих вглубь соединительных проводов.
Место размещения термодатчиков на верхней плоскости подставки подбираем таким образом, чтобы корпус каждого из них располагался напротив щелей решётки соответствующего радиатора охлаждающей системы ноутбука, как можно плотнее к ним.
После установки термодатчиков и установки на охлаждающую подставку самого ноутбука район выхлопа горячего воздуха с каждой из сторон аппарата будет выглядеть так.
Но этих двух термисторов, меняющих своё сопротивление при нагреве горячим воздухом, мне показалось недостаточно. Для контрольных замеров температуры самого "выхлопа" понадобился термодатчик "номер три".
6. Дополнительный контроль температуры.
Чтобы понять, как меняется картина с горячими воздушными потоками на выходе радиаторов ноутбука при его различной вычислительной нагрузке, замеров одних только сопротивлений термисторов мало. Также желательно фиксировать и саму температуру выхлопа, при которой термодатчики выдают конкретное значение сопротивления.
Конечно, для построения реального графика зависимости сопротивления от температуры можно использовать и данные с термодатчиков самого ноутбука, его процессора и графического ядра, полученные с помощью различных программных средств мониторинга. Зависимость тоже будет, но не такая явная. Замерять температуру горячего воздуха непосредственно на выходе радиаторных решёток ноутбука мне показалось более наглядным.
Для замеров температуры использовал дополнительный модуль термостата W1209.
Напряжение питания 12 вольт подавал на него с отдельного модуля импульсного понижающего преобразователя напряжения на микросхеме LM2596S.
А выносной термодатчик закрепил напротив третьей радиаторной решётки ноутбука на задней правой стороне подставки.
Для этого понадобилась ещё пара стоек, спаянных из сложенного вдвое медного обмоточного провода диаметром 1 мм.
Длина такой стойки около 15 мм, высота 25 мм.
Внутренний диаметр колечка для гильзы термодатчика чуть больше 4 мм, внешний 6 мм.
Внутренний диаметр нижнего кольца примерно 3.5 мм, под винт крепления M3.
После пайки стойки также стягиваются трубочками термоусадки диаметром 3-4 мм.
Крепятся стойки под верхней плоскостью подставки на расстоянии 12 мм друг от друга.
Сама гильза термодатчика закрепляется между стойками колечками кембрика, надетых на гильзу с некоторым усилием.
После размещения всех термодатчиков на предназначенных им местах можно строить график зависимости сопротивления от температуры.
А верхняя плоскость охлаждающей подставки с установленными термодатчиками теперь выглядит так.
7. Тестовый стенд и графики зависимости сопротивления термисторов от температуры выхлопа.
Тестовый стенд для проверки работоспособности термисторов и построения графиков зависимости их сопротивления от температуры выглядел так.
Запускал на ноутбуке различные программы, с постепенным увеличением вычислительной нагрузки, начиная от его выключенного состояния при комнатной температуре и заканчивая по возможности максимальным разогревом.
А точнее, процессор и графическую подсистему ноутбука нагружал при этом обычной работой в Windows, начиная с её простоя, и играми S.T.A.L.K.E.R. Lost Alpha и Far Cry 4, аналогично рассмотренному в прошлой статье.
Температуру выхлопа замерял модулем термостата W1209 с помощью третьего дополнительного выносного термодатчика.
Сопротивление сначала одного, а затем общее сопротивление двух, параллельно подключенных, термисторов измерял мультиметром DT890B+ в режиме омметра.
Полученные по замерам значения температуры и соответствующих сопротивлений заносил в таблицы в Excel. Затем по таблицам строил графики.
Для графика при двух параллельно соединённых NTC-термисторах сделал привязку к запускаемым на ноутбуке нагрузочным программам и показаниям температуры самого процессора и графической подсистемы по отдельным точкам. Температуры процессора и графического чипа фиксировал при этом с помощью программ Fan Speed Settings и MSI AfterBurner.
Для данного графика получить максимальную температуру выхлопа выше 43℃ не удалось, поэтому нижняя правая его часть отмечена оранжевым пунктиром и построена с помощью интерполяции по аналогии с графиком для одиночного термистора.
Понятно, что по точности это примерно "плюс-минус-лапоть", но для аналоговой автоматической регулировки оборотов вентиляторов вполне подойдёт. Тем более, что по затратам радиодеталей это обходится всего в две "капли" термодатчиков, сдвоенный разъём да один-два дополнительных резисторов подстройки при необходимости.
8. Монтаж.
На самом краю панели управления нашлось немного места для крепления одетого в термоусадку подстроечного резистора RV3.
Закрепил его на уголке-основании с помощью скобок из лужёного медного обмоточного провода диаметром 1 мм, так же, как крепил и RV2.
Предварительно к выводам резистора RV3 подпаял двухрядный четырёхконтактный гнездовой DIL-разъём J7, с параллельно-замкнутыми выводами.
Провода от выводов резистора RV3 и контактов разъёма J7 подпаяны к коммутирующему цепи переключателю SW3 и выводу резистора RV1.
Пары проводов от термисторов подключаются к гнездовому разъёму J7 с помощью однорядных четырёхконтактных штыревых SIL-разъёмов J8 и J9.
Сами провода уложены под верхней плоскостью подставки и закреплены с помощью пластиковых стяжек.
В левой нижней части установлен дополнительный модуль импульсного понижающего преобразователя напряжения на микросхеме LM2596S. Нужен для питания модуля термостата W1209. Всё это понадобится позже.
Заодно, при очередном закреплении проводов пластиковыми стяжками перекинул входной провод питания подставки из-под левой руки, от панели управления в направлении "назад по центру", чтобы не мешал при регулировке.
9. Настройка цепи автоматической регулировки оборотов вентиляторов.
Для облегчения и ускорения настройки цепи автоматической регулировки оборотов вентиляторов используется вот такое простое приспособление.
Эта штука нужна, чтобы при настройке лишний раз не гонять ноутбук под нагрузкой, разогревая его по максимуму.
Также понадобится построенный ранее график зависимости сопротивления двух NTC-термисторов от температуры выхлопа при их параллельном соединении.
А точнее его самая крайняя правая нижняя точка. Точка наибольшей вычислительной нагрузки и наибольшего нагрева. А ещё точнее — значение сопротивления в данной точке. По графику общее сопротивление термисторов в данной точке примерно 510 Ом. Округлим до 500.
Именно в этой точке напряжение на вентиляторах подставки должно быть максимальным, 12 вольт.
Выставим на вспомогательном (настроечном) подстроечном резисторе RV4 ровно 500 Ом.
Теперь отключим от разъёма J7 разъёмы J8 и J9 термисторов и подключим к J7 наш, установленный на 500 Ом, настроечный RV4.
Переключатель SW3 при этом необходимо перевести в состояние АВТ., подключив цепь автоматики.
Вентиляторы подставки от разъёма J2 нужно временно отключить.
Затем, замкнув переключатель SW2, от блока питания ноутбука подаём напряжение питания на модуль LM2596S подставки.
Регулировкой подстроечного резистора RV3 выставляем напряжение на выходе модуля LM2596S ровно 12 вольт.
После отключения напряжения питания подключаем вентиляторы подставки (нагрузку) к разъёму J2.
Включаем и снова немного подстраиваем резистором RV3 выходное напряжение модуля LM2596S на 12 вольт, уже при подключённой нагрузке.
Опять выключаем питание, вместо настроечного резистора RV4 к разъёму J7 подключаем термисторы.
Включаем схему и убеждаемся, что в режиме автоматики АВТ. переключателя SW3 вентиляторы подставки вращаются, а в режиме ручной регулировки РУЧ. обороты по-прежнему регулируются от минимальных до максимальных с помощью переменного резистора RV1.
Настройка цепи автоматики на этом завершена.
10. Что в итоге?
Теперь можно проверить работоспособность автоматической регулировки оборотов вентиляторов охлаждающей подставки в реальной работе ноутбука и в играх. Более наглядно получится, если при этом замерять напряжение, подаваемое на вентиляторы подставки, на выходе модуля LM2596S (на разъёме J2).
У меня получилось, что в режиме автоматической регулировки выходное напряжение модуля LM2596S меняется от примерно 9.15 (минимум) до 11.75 вольт (максимум).
При этом при различной вычислительной нагрузке средние показатели напряжения на вентиляторах следующие:
1. Ноутбук вообще выключен, подставка работает в автоматическом режиме, комнатная температура — 9.15 вольт.
2. Ноутбук включён, Windows на холостом ходу, никаких действий не производится — 9.75 вольт.
3. Простое копирование файлов в Windows — 9.90 вольт.
4. Антивирус NOD32, проверка диска на вирусы — 10 вольт.
5. Игра S.T.A.L.K.E.R Lost Alpha — от 10.80 до 11.50 вольт.
6. Игра Far Cry 4 — от 10.30 до 11.60 вольт.
А может ли так получиться, что вычислительная нагрузка ещё возрастёт и максимальное напряжение на вентиляторах превысит 12 вольт?
Такое тоже вероятно. Но страшного не случится. Насколько я понял из сообщений различных оверклокерских форумов, участники которых занимаются разгоном систем охлаждения (да, бывает и такое!), схемы обычных компьютерных вентиляторов вполне допускают превышение питающего напряжения на пару вольт, до 14-15, а некоторые и до 18. Правда сам я пока этого не проверял.
Что хорошо — автоматика работает, вентиляторы подставки крутятся исправно, в зависимости от нагрузки и медленнее и быстрее. В сущности можно оставить и так.
Что не очень хорошо — слишком узкий диапазон изменения напряжения при автоматической регулировке. Всего от 9 до 12 вольт. Разница меньше трёх вольт. В параметры начальной постановки задачи характеристики не укладываются. Хоть охлаждение при этом и лучше, шума тоже больше. Нужно довести размах регулировки хотя бы до 5-12 вольт, как в ручном режиме.
Возможно для этого потребуется использовать термисторы с иным сопротивлением или собрать дополнительную схему, на транзисторе или операционном усилителе, как можно проще. То есть основа сделана, теперь можно пытаться улучшать параметры аппарата.
Ещё по конструкции — быть может стоит продумать установку небольших жалюзи-экранов на самих термодатчиках, чтобы вырывающийся из-под днища ноутбука холодный воздух от подставки их не охлаждал, сбивая показания.
А пока так.
Надеюсь впоследствии данную тему продолжить. И, если получится — обязательно об этом напишу.
Огромное спасибо всем, кто делился идеей с использованием термисторов, она действительно работает!
Отдельное спасибо short_circuit!
А также и всем другим читателям — за то, что читаете!
Всех с наступающими новогодними праздниками!
Здоровья Вам и Вашим близким!
И пусть приходящий в Новом Году Дракон будет мудрым, мирным, добрым и милосердным!
28 декабря 2023 года.
С уважением, Ваш @mp42b.
<-- Предыдущая статья | Содержание 2019-2023 | 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.
4. Простая, охлаждающая, для ноутбука. Третий путь и немного доработок.
5. Простая, охлаждающая, для ноутбука. Непыльная работа...
6. Простая охлаждающая подставка для ноутбука. Лиловые цифры жары.
#простые вещи #сделай сам
#охлаждение #подставка для ноутбука #измерения
#автоматика #термисторы
#mp42b #ПК, ноутбуки, периферия