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.

Нам понадобятся:

• 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...