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…
+3 2 38372 41
Автор Kyrie1965 Рейтинг +28.53 Сила 34.63
Блог DIY - инструкции, советы, лайфхаки 30 16 RSS

41 комментарий

Kyrie1965
Если заметите ошибки, напишите личным сообщением, исправлю.
Kyrie1965
Модератору — изменение названия топика на "Как уменьшить шум мини-компьютера или медиа-приставки. Делаем «умную» систему активного охлаждения" не соответствует сути топика, т.к. речь идёт об устройствах с пассивным охлаждением, который и так работают бесшумно. Это же блоги, зачем править название… Вернул оригинальное название топика "Делаем «умную» систему активного охлаждения для мини-компьютера или медиа-приставки".
Последний раз редактировалось
VecH
Есть такой же терморегулятор работающий от 5В что бы не использовать повышающий преобразователь?
Kyrie1965
Есть, стоит от 3,5$.
VecH
Поделитесь линком на AliExpress или названием?
Kyrie1965
Ссылка. Продавцу нужно написать, что нужен вариант на 5 В.
Volosaty
Если внимательно посмотреть на плату, то там видна мелкосхема в корпусе SOT223 (справа посредине). Учитывая что стоит МК, эта мелкосхема — с вероятностью 99.9999% стабилизатор для питания МК на 3.3 или 5в типа AMS1117 или подобных аналогов. Поэтому этот регулятор будет работоспособен от 5в — только релюшка срабатывать не будет. В данном конкретном случае на это можно не обращать внимания — релюшку выпаять и вместо обмотки включить вентиль.
Kyrie1965
Частично подтверждаю. Запитывал от 5 В. Дисплей немного подмигивает, блекло светит, но вроде бы работает всё, кроме реле.
Volosaty
Порассматривал увеличенные фотки. Действительно, стоит 1117 на 5в. По даташиту у неё минимальное падение 1в. При питании от 5в может не полностью открываться. Если питать от 5в — выпаять и замкнуть вход-выход :)
www.advanced-monolithic.com/pdf/ds1117.pdf
VecH
Реле сменить на вот такое например: SRD-05VDC-SL-C
Будет работать от 5В?
virus_59
Чем не устроили вентиляторы с выносным термосенсором?

Например такие
Kyrie1965
А что вы с ними будете делать? Как подключать и как реализовать автоматическое включение при определенной температуре? 
virus_59
Подключать точно так-же, через повышайку.
И экспериментировать с положением датчика температуры для нужного результата. Они свои обороты сами регулируют, разве что алгоритм жёстко задан.

Конечно гибкость такого решения заметно ниже, но и сама система становится проще.
Последний раз редактировалось
Kyrie1965
Проще не становится. Подключить 4 провода к термоконтроллеру — это сложно? Даже бабушка справится. Вентиляторы большие, стоят дорого. Точной настройки достичь невозможно без термоконтроллера. Если на радиаторе температура может быть 80 градусов, то в сантиметре от него всего 40, а может и 30, никто не знает. Система бессмыслена более, чем полностью.
Caulman
а ступенчатую регулировку там не сделаешь, да?
Kyrie1965
Именно в этом дешевом термоконтроллере нет. Он универсальный для многих задач — ВКЛ/ВЫКЛ. В медиа-приставках и мини-компьютерах умещается только маленький вентилятор, там особого смысла регулировать скорость нет — нужно сразу максимум давать.

Для ступенчатой регулировки нужен специализированный термоконтроллер, предназначенный именно для вентиляторов компьютера — типа такого. Он уже стоит существенно дороже, но зато полный контроль за температурой и оборотами.
Последний раз редактировалось
102514474091126343687@google
Коллеги, а ничего что USB порт сможет вам отдать только 500мА по 5В, а дальше ругаться будет… А теперь посчитайте — 5В от  USB с максимумом 500мА превращаем для вентилятора в 12В… КПД преобразователя — 75%(грубо, но адекватно), так вот по 12В ток нагрузки не должен превысить 208мА — кого запитать сможете ?!!!
Kyrie1965
Во-первых, с маленьким вентилятором на 5 В справится без пробем. Во-вторых, это по спецификации 500 мА, а на практике всегда больше. Все коробочки с Intel Atom, RK3288, S812, которые у меня были, легко отдавали 1 А. Например, вентилятор ZALMAN (12 В, 3000 оборотов / с) вместе с термоконтроллером потребляют ток с силой 600 мА, так что проблем быть не должно.

Если вас это сильно смущает, подцепляйтесь к входному питанию (там обычно 5 В или 12 В).
Последний раз редактировалось
Volosaty
а на практике всегда больше
С этим нужно быть поаккуратнее, кстати. На ноутах на ЮСБ портах частенько стоят коммутаторы-ограничители. И хоть они должны ограничивать выходной ток, при неблагоприятных обстоятельствах эти коммутаторы дохнут.
Без уточнения схемотехники конкретного девайса не стоит рассчитывать больше чем положено по стандарту — 500мА. А то так недолго и КП пожечь, со всем вытекающим.
Это на десктопе можно вольничать — там в 99% ЮСБ запитано от основного канала 5в, и ток ограничивается только предохранителем :) Но ведь у многих ЮСБ запитан от дежурки ;)
Volosaty
(зевая)
Релюшку выпаять, вместо обмотки прицепить вентиль. Всё. Релюшку можно и не выпаивать а просто отрезать дорожки.
Olg
а я то всегда думал, что между управляющим и коммутируемым входом есть разница…
Последний раз редактировалось
Volosaty
напрямую с МК управлять релюшкой низя. Значит стоит ключ. А если стоит ключ — можно и вентилем напрямую управлять.
pn12

смысл  такой системы?    во первых  вентилятор на  12 вольт от 5 вольт   совершенно не шумит ,   поэтому намного проще и эффективней  его  не выключать

в крайнем случае  если  попадется  вентилятор  который не стартует от 5 вольт  может потреваться  повышающий преобразователь, который опять же  проще включить постоянно
 но отрегиляровать  напряжение на вентилятор так чтобы  его шум был незаметен
Последний раз редактировалось
Kyrie1965
Без понятия, какой для вас смысл. Любая система с активным охлаждением шумит, бесшумных вентиляторов не бывает. Кого-то это раздражает, кого-то нет. Если бы всем было наплевать на шум, то все продукты с активным охлаждением шумели и кряхтели, но производители стараются делать их тихими.

Вентилятор 12 В, подключенный к 5 В, обладает низкой эффективностью. Это уже к топику мало относится, каждый решает сам, какой вентилятор использовать.
pn12
 Любая система с активным охлаждением шумит, бесшумных вентиляторов не бывает.    тогда объясните почему на  видео из статьи шума вентилятора не слышно.
шум вентилторов сильно надуман   ,  просто когда то в компы ставил  мизерные  вентиляторы  вот те шумели .

Вентилятор 12 В, подключенный к 5 В, обладает низкой эффективностью.
 с чего бы он был с низкой эффективностью ,  я как то охлаждал 3г модем (чтобы он не сгорел на торрентах) как раз вентилятором от 5 вольт  и  корпус был   холодный  несмотря на кажущуюся  незаметность обдува, это к тому что если поверхность  у девайса пластиковая то  нету смысла  усиленно его обдувать

Volosaty
Вентилятор 12 В, подключенный к 5 В, обладает низкой эффективностью
Учитывая, что коробкам на 80-90% хватает пассива — то даже тот поток, что идёт от задушенного вентиля увеличивает эффективность охлаждения в разы.
Другой вопрос, что от 5в вентили стартуют неохотно. Классически это решали запиткой от 12в через стабилизатор зашунтированный электролитом подходящей ёмкости — чтоб стартануть вентиль, а дальше вентили уже нормально вертелись от 5в.

Kyrie1965
Т.к. начали подтягиваться специалисты, посоветуйте на что заменить электромеханическое реле (вот прям с конкретной ссылкой, где заказать), чтобы стоило копейки и не щёлкало? Применимо к конкретному случаю (т.е. достаточно поддержки коммутации до 12 В, нагрузка большая не нужна).
vsesat
привет!) есть уже на что заменить реле?
976596772414437@facebook
а что мешает поставить на радиатор нормально разомкнутый термостат с температурой сработки 45-50 градусов и запитать вентилятор через него? Что-то типа этого http://lib.chipdip.ru/112/DOC000112522.jpg
Последний раз редактировалось
Kyrie1965
Ничего не мешает. Простой термостат нужно подбирать под каждый конкретный случай (температуру). Вентилятор будет постоянно включаться и выключаться, пока температура будет прыгать — термостат неуправляемый, нет настройки гистерезиса.
976596772414437@facebook
Настройки нет, но замыкается и размыкается термостат при разной температуре, разница в районе 15 градусов. То есть постоянно включаться/выключаться, как милицейская мигалка, вентилятор не будет.
Kyrie1965
Да забаньте уже этого спамера, он во всех топиках гадит.
user11
т.е. сначала покупается комп, у которого декларируется как важная характеристика абсолютная бесшумность за счет отсутсвия движущихся частей…,
а затем к нему самостоятельно покупается и конструируется дополнительно вентилятор
Kyrie1965
Всё верно. Подавляющее большинство мини-компьютеров на Intel Atom (а на Atom x5/x7 все) с пассивным охлаждением и многие Android медиа-приставки с мощным SoC с пассивным охлаждением подвержены троттлингу. Так что мир для вас больше не будет прежним.
Владимир 23
Как сохранить настройки после выключения питания?
Kyrie1965
Настройки сохраняются, ничего делать не нужно.

Добавить комментарий