Охлаждающая подставка для ноутбука - польза, обзор и доработка управления вентиляторами

Самостоятельная доработка недорогой охлаждающей подставки для ноутбука, несколько вариантов простейших переключателей скорости вращения вентиляторов.

Также покажу один из вариантов того, как можно сделать работу вентиляторов в такой подставке еще тише - простейшая амортизационная подвеска из подручных материалов.

Содержание:

1. Что такое охлаждающая подставка для ноутбука?
2. Зачем ноутбуку может понадобиться охлаждающая подставка?
3. Некоторые важные рекомендации по использованию ноутбука
4. Простая охлаждающая подставка для ноутбука от 2E Gaming, обзор
5. Амортизирующая подвеска для уменьшения вибраций и шума
6. Регулятор скорости вращения вентиляторов на LM317
7. Переключатель скоростей вращения вентиляторов на диодах
8. Результаты доработки
9. В завершение

Прежде чем принять решение о написании этой статьи я задавался вопросами: Что же здесь описывать, ведь все так просто и очевидно? Кому это может быть полезно?

Ответ: как минимум, это информация о том зачем вообще нужна такая подставка и как она работает, есть ли от нее ощутимый эффект.

Также могут пригодиться несколько простейших вариантов схем переключения скорости вентиляторов на +5В, которые можно применить и в других устройствах.

Мое видение и варианты решения некоторых задач могут кому-то сгодиться в модернизации аналогичной охлаждающей подставки.

Итак, приступим...

Что такое охлаждающая подставка для ноутбука?

Охлаждающая подставка для ноутбука - специальный аксессуар со встроенными одним большим или несколькими вентиляторами, устанавливаемый снизу под ноутбук с целью улучшения активного охлаждения его днища (корпуса) и дополнительной циркуляции воздуха через систему охлаждения аппарата.

Вот несколько примеров охлаждающих подставок для ноутбуков от производителей "TRUST" и "2E GAMING":

Рис. 1. Охлаждающие подставки для ноутбуков: Trust Ziva (7$), 2E GAMING 2E-CPG-002 (17$), Trust GXT278 YOZU (21$), 2E GAMING 2E-CPG-006 (44$).

Питание таких подставок зачастую осуществляется от USB-порта компьютера с выходным напряжением +5В, при этом потребляемый ими ток может достигать 400мА - 1А (мощность до 5Вт).

Из дополнений и фишек, которые могут присутствовать в таких устройствах, можно выделить следующие:

• Встроенный регулятор скорости вращения вентиляторов;
• Пассивный USB хаб (USB HUB) на 2-3 порта;
• Статическая (постоянная) или динамическая (меняющаяся) подсветка;
• Регулировка высоты задней части подставки;
• Специальные ограничители, чтобы при большом наклоне ноутбук не "сползал";
• и другое.

Если хорошенько присмотреться к разным моделям, то можно увидеть что у большинства из них все сделано из идентичных материалов и практически на одном и том же уровне исполнения.

Основные материалы - пластик разной степени прочности и сетка из металла.

Разница в цене фактически зависит от размера подставки (больше размер - больше затрат на материалы), "крутости" (необычности) дизайна, количества вентиляторов, различных фишек и прибамбасов.

Зачем ноутбуку может понадобиться охлаждающая подставка?

Чтобы дать ответ на этот вопрос нужно хотя-бы базовое понимание того, какие компоненты в ноутбуке нагреваются и каким из них необходимо пассивное (простой теплоотвод) или активное (с принудительной вентиляцией, куллером) охлаждение.

Справедливо заметить что далеко не всем ноутбукам нужна охлаждающая подставка, а понадобиться она может лишь тем моделям, у которых внутри установлено мощное и в следствии чего достаточно горячее "железо" (микропроцессор и/или видеокарта).

К таким устройствам можно смело отнести игровые ноутбуки, поскольку в них устанавливаются многоядерные микропроцессоры от AMD или INTEL с не малым размером кеш-памяти и встроенным графическим процессором, а также мощная дискретная видеокарта (графический процессор) от AMD или NVIDIA с достаточно не маленькой потребляемой мощностью.

Такой ноутбук вполне успешно может заменить стационарную рабочую или игровую станцию. Учитывая его портативность и компактность, для охлаждения компонентов в нем должна быть установлена высокоэффективная система охлаждения.

Что же требует охлаждения в современном и мощном ноутбуке? - на самом деле это не только процессор и графическая система, вот основные модули и компоненты требующие отвода тепла:

1. Кристалл основного микропроцессора (CPU, Central Processor Unit);
2. Кристалл графического процессора видеокарты (GPU, Graphical Processor Unit);
3. Быстродействующая оперативная память (RAM);
4. Центральный чипсет материнской платы (INTEL PCH, Platform Controller Hub или AMD FCH Fusion Controller Hub);
5. DC-DC преобразователи напряжения для питания CPU и GPU;
6. Материнская плата (высокотоковые линии питания, другие размещенные на ней компоненты).

Чтобы показать как выглядят и размещаются эти компоненты в ноутбуках, я сделал небольшую иллюстрацию с фото материнской платы от игрового ноутбука Dell G5 5587:

Рис. 2. Материнская плата игрового ноутбука Dell G5 5587 (Core i7-8750H + Geforce 1050 Ti).

TDP (Thermal Design Power) - это параметр, которым часто указывают максимальное значение выделяемого компонентом (например чипом CPU) тепла, которое должно быть надежно отведено с помощью системы охлаждения (радиаторов, теплотрубок и куллеров). Выражается в Ваттах (Вт, W), например: 15Вт, 45Вт, 125Вт, 250Вт и т.д.

Микропроцессор - центральный "мозг" компьютера, причем в современном мире справедливее будет сказать что это уже несколько таких "мозгов" (ядер), совмещенных в один корпус.

Чем больше ядер на кристалле CPU - тем больше он будет выделять тепла в процессе своей работы как под нагрузкой, так и без нее (в режиме простоя, энергосбережения, так называемые C-states).

Кеш-память современного микропроцессора - это огромный массив ячеек из быстродействующих микротранзисторов, размещенных на его кристалле, каждому из которых нужно питание и сигналы управления (для считывания/записи их состояний).

Объем такой быстродействующей памяти в в современном CPU может достигать 4-30 МБ и даже больше, она также способна потреблять не мало мощности.

Чем больше ее объем в МБ - тем большую площадь она будет занимать на кристалле чипа CPU и тем выше будет его общее тепловыделение.

Уровень тепловыделения процессора также зависит и от техпроцесса изготовления (измеряется в нанометрах - нм, nm), напряжения питания ядра и рабочих частот для каждого из ядер и кеш-памяти.

Вот сравнение TDP нескольких мощных мобильных микропроцессоров:

1. INTEL Core i7-1195G7 (4 ядра, 12MB кеша L3, 2.9-5 ГГц, 10 нм) - 28 Вт;
2. INTEL Core i7-8750H (6 ядер, 12MB кеша L3, 2.2-4.1 ГГц, 14 нм) - 45 Вт;
3. AMD Ryzen 7 5800H (8 ядер, 16MB кеша L3, 3.2-4.4 ГГц, 7 нм) - 54 Вт;
4. INTEL Core i9-11900KB (8 ядер, 24MB кеша L3, 3.3-5.3 ГГц, 10 нм) - 65 Вт.

Такие микропроцессоры могут с легкостью разогреваться до 70-90 °C, а в пиках и до впечатляющих 100°C! Для безопасности, при такой высокой и близкой к предельной для CPU температуре, он начинать сбрасывать частоты (троттлить, thtottling), тем самым снижая свой TDP.

Если система охлаждения ноутбука хорошо справляется со своей задачей и в системной BIOS не заблокировано превышение типового лимита TDP для CPU, то тепловыделение например того же Core i7-8750H может в пиках достигать 60-80 Ватт!

Современный графический процессор - это очень сложная по своей архитектуре электронная микросхема с высоким уровнем интеграции компонентов.

Если взять для примера графический чип видеокарты GeForce RTX 2060 от NVIDIA, то его кристалл изготовлен по техпроцессу 12 нанометров (нм, nm), в нем содержится 1920 вычислительных ядер CUDA и 10800 миллионов (10.8 миллиарда) транзисторов!

Заявленный производителем TDP в разных версиях следующий:

• RTX 2060 - 160Вт;
• RTX 2060 Mobile - 80...90 Ватт;
• RTX 2060 Max-Q - 65 Вт.

Как видим, у "мобильных" вариантов карт TDP значительно снижена, это сделано за счет умньшения рабочих частот. Но все равно, необходим надежный отвод 65-90 Ватт выделяемого кристаллом тепла.

Если посмотреть на более свежие модели от NVIDIA, то там TDP еще выше, например: GEFORCE RTX 3090 - 10496 ядер CUDA, TDP = 350W, а внутри 28300 миллионов транзисторов!!!

Как видим, по сравнению с RTX 2060 значние TDP выросло немножко больше чем в 2 раза, но при этом за счет новой архитектуры и техпроцесса (8 нм) количество ядер CUDA возросло почти в 5,5 раз! Еффективность возрасла, тепловыделение также стало больше.

Чем выше частота и напряжение питания ядра GPU, тем больше его TDP при нагрузке.

Быстродействующая оперативная память DDR также нагревается, а микросхемы с видео-памятью видеоадаптера и вовсе крепится к системе охлаждения, поскольку в процессе своей работы на высоких частотах им необходим надежный отвод тепла.

Центральный чипсет материнской платы (PCH или FCH) в современных ноутбуках берет на себя функции по работе с периферией, устройствами ввода/вывода и интегрированной в CPU графикой.

Он вполне может удивить вас своей температурой 50-60 °C в бездействии, а также 70-85 °C под нагрузкой (например после игры в современную игру), поскольку зачастую производители не крепят к нему никаких дополнительных элементов охлаждения.

Компоненты DC-DC перобразователей напряжения (микросхемы, транзисторы, дроссели) в процессе работы под нагрузкой также выделяют некоторое количество тепла. Они запаяны на материнской плате и отводят выделяемое тепло на ее поверхность.

Возьмем для примера ноутбук с далеко уже не самым горячим и прожорливым процессором INTEL Core i7-8750H в связке с видеокартой RTX 2060 Mobile...

Общее номинальное TDP этих двух компонентов уже составляет:

45 + 80 = 125 Ватт !

Нагрев CPU может достигать 70-90 (max 100) °C, а GPU - 70-85 (max 88) °C!

От работы DC-DC преобразователей напряжения, питающих ядра CPU и GPU, а также от PCH и других компонентов будет нагреваться материнская плата.

И вот представьте себе если все эти горячие компоненты собрать в один достаточно тонкий корпус, весом в пару килограмм с учетом батареи - получится в целом достаточно горячее устройство, для охлаждения компонентов которого нужна надежная система отвода тепла.

Ну а теперь, когда есть понимание того что же греется в ноутбуке и требует отвода тепла, можно попробовать дать ответ на вопрос этого раздела: зачем же такому ноутбуку охлаждающая подставка?

Производитель ноутбуков перед выпуском своего изделия должен хорошо все протестировать, проверить правильно ли выполнен дизайн устройства и все ли компоненты работают в допустимых температурных режимах.

Правда в том, что для большинства игровых ноутбуков охлаждающая подставка фактически не нужна, поскольку система охлаждения и ее контроллер спроектированы так, что сумеют отвести расчетное выделяемое тепло и поддерживать оптимальные рабочие температуры самых горячих компонентов.

При использовании подставки с принудительной вентиляцией вы можете фактически и не заметить каких-то значительных изменений в рабочих температурах CPU и GPU под нагрузкой, поскольку контроллер системы охлаждения (СО) будет умно регулировать обороты вентиляторов для поддержания нужной и допустимой температуры.

Тем не менее, охлаждающая подставка может быть полезна вот в чем:

1. Снизит общий нагрев корпуса устройства, а также Li-ion/Li-Po батареи (а они не любят нагрева);
2. Охладит остальные внутренние компоненты ноутбука (через корпус и вентиляционные отверстия в его днище);
3. Благодаря общему охлаждению, через корпус и внутренности также будет отведена часть тепла от CPU и GPU, что позволит контроллеру СО немного сбросить обороты вентиляторов.

Что мы с этого получим:

• Улучшится общий температурный режим работы всех компонентов ноутбука, они теперь прослужат дольше, будет плюс к общей надежности;
• Понизится уровень шума от вентиляторов СО, уменьшится их наработка и износ подшипников;
• Ну и "+50 баллов к спокойствию" за работоспособность вашего, возможно не самого дешевого аппарата.

В итоге: станет тише, прохладнее, надежнее...но при тех же относительно высоких и допустимых (хоть и чуточку сниженных) температурах CPU и GPU.

Теперь думаю что вы сможете сами и с уверенностью решить, нужна ли вам такая подставка или нет.

Некоторые важные рекомендации по использованию ноутбука

Перед покупкой и применением охлаждающей подставки для ноутбука его нужно исследовать, выполнить чистку и провести измерения температур в разных режимах.

Полученные данные стоит записать и проанализировать, а также сравнить с типовыми данными для аналогичных ноутбуков, найдя несколько обзоров с данными о температурах компонентов для точно такого же устройства.

Некоторые общие рекомендации по поддержанию системы охлаждения в эффективном состоянии:

1. Ноутбук нужно использоваться так, чтобы обеспечивался свободный доступ воздуха к вентиляционным отверстиям снизу (вход) и по бокам или сзади (выход);
2. После некоторого времени активного использования, а также если ноутбук не новый, стоит выполнять осмотр и очистку его системы охлаждения (вентиляционных отверстий, радиаторов и куллеров). Возможно тут понадобится разборка, но для профилактики будет достаточно выйти на улицу и выдуть пыль и мусор из вентиляционных отверстий устройства;
3. При необходимости и подозрении на плохой тепловой контакт между компонентами и системой охлаждения можно заменить термопасту на более качественную, например на ARCTIC MX-4 или аналогичную (понадобится разборка).

На фото ниже показано как воздух комнатной температуры (зеленые стрелочки) поступает в систему охлаждения ноутбука, всасывается в систему двумя мощными воздушными турбинами.

Потом он проходит через ребра радиаторов, где отбирает у них тепло переданное от чипов через специальные тепловые трубки, и в конечном результате выводится наружу уже в нагретом состоянии (красные стрелочки).

Рис. 3. Циркуляция воздуха в системе охлаждения ноутбука Dell G5 5587.

Кстати, недавно встретил забавное видео, в котором его автор для своего стрима очень удобно устроился на полу - на махровом коврике. Туда же перед собой он положил и свой игровой ноутбук, одел гарнитуру (наушники с микрофоном), запустил съемку видео с камеры позади себя и поигрывая в какую-то игрушку начал жаловаться на модель ноутбука: "он постоянно перегревается, температура под 100, все смотрите, а я на него столько $ потратил!".

Ну еще бы он не перегревался :) Все вентиляционные отверстия снизу закрыты - доступ воздуха в систему практически перекрыт! Ну и как "бонус" на перспективу - остатки волос, шерсти и разного мусора с коврика теперь будут внутри радиаторов и на вентиляторах.

Мораль этой истории такова: стоит интересоваться работой используемых или планируемых к использованию устройств, не лениться "шевелить серым веществом в голове" прежде чем что-то сделать, ну и по возможности читать идущую в комплекте поставки инструкцию по использованию (в бумажном виде или в документе PDF).

Еще одна небольшая история: знакомый купил тонкий ноутбук с многоядерным микропроцессором 10-го поколения от INTEL, распаковав его запустил и что-то там немного пощелкал, а потом просто закрыв экран поместил в сумку. Понимая что система должна уйти в спящий режим он ни о чем не переживал и планировал продолжить знакомство уже дома.

Спустя несколько часов, пытаясь что-то извлечь из сумки, пощупав ноутбук был поражен - корпус аппарата оказался сильно раскален. Дело в том, что современная "супер-ОС" Microsoft Windows 10 не редко "живет своей жизнью", игнорируя при этом желания и команды от пользователя, и там то ли что-то начало обновляться, то ли просто зависло...в общем ноутбук не уснул, а продолжал выполнять какие-то задачи, причем не слабо так нагружая CPU.

Находясь в сумке вентиляционные отверстия на корпусе аппарата были практически плотно заблокированы, микропроцессор начал перегреваться и троттлить (сбрасывать рабочие частоты) чтобы не превысить допустимый температурный предел.

Ноутбук был извлечен из сумки и открыт - он оказался в полностью исправном состоянии. Спустя некоторое время аппарат остыл и продолжил функционировать.

Приводя эту историю я хотел показать вот что: современные микропроцессоры в ноутбуках имеют достаточно надежные системы мониторинга и управления параметрами питания и тепловыделения, что и позволило ноутбуку с этим мощным CPU выжить даже в условиях отсутствия нормальной вентиляции.

Вот еще некоторые рекомендации о том, как можно программно оптимизировать тепловыделение и потребление мощных компонентов.

Чтобы еще немного уменьшить нагрев компонентов мощного ноутбука можно попробовать снизить напряжения питания ядер CPU и GPU, а также в некоторых случаях ограничить их рабочие частоты.

Это достаточно эффективно работает во многих моделях ноутбуков, где такие возможности не заблокированы на уровне BIOS (для микропроцессора) и Video BIOS (для видеокарты).

Ниже приведен список полезных и неоднократно проверенных программ, призванных помочь в мониторинге, тестировании и управлении тепловыделением и энергопотреблением компонентов ноутбука.

Для MS Windows:

1. ThrottleStop - программа для мониторинга и корректировки трех основных параметров троттлинга CPU, позволяет делать андервольтинг (undervolting), изменять лимиты TDP (если не залочены в BIOS), отключать Turbo Boost и т.д.
2. MSI Afterburner - управление параметрами видеокарты, мониторинг частот ее компонентов и температуры. Позволяет делать андервольтинг и даунклокинг (downclocking) ядра GPU;
3. HWinfo - "швейцарский нож" по мониторингу параметров оборудования вашего ПК или ноутбука. Наблюдаем: температуры, напряжения, токи, мощность и т.д.;
4. Aida64 - известная платная программа по диагностике и сбору информации о железе и программном обеспечении компьютерной системы. Есть пробный период;
5. Unigine Heaven 4.0 - красивый и мощный графический стресс-тест для компьютера, программа 2009-го года которая и сейчас отлично выполняет все что от нее требуется. Внимание! Экстремальная нагрузка на компоненты системы, используйте с пониманием и осторожностью!

Для GNU/Linux можно использовать следующие пакеты и программы:

1. undervolt - программа на Python, позволяющая делать андервольтинг микропроцессоров INTEL в операционных системах GNU/Linux;
2. sensors - консольная программа из пакета "lm-sensors" (apt install lm-sensors), выводит на экран температуры всех найденных в системе датчиков (ядра CPU, шасси и другие);
3. nvidia-xconfig, nvidia-settings, nvidia-smi - программы из пакета драйверов для Linux от NVIDIA. Мониторинг состояния, разгон, управление питанием и куллерами.
4. stress - программа из одноименного пакета "stress" (apt install stress). Позволяет комплексно или по отдельности нагрузить все ядра CPU, память, накопители данных. Пример ее использования я приводил в статье о поиске неисправностей в ПК и ноутбуках, а также там где рассказывая как нагрузить все ядра микропроцессора в Линукс;
5. Unigine Heaven 4.0 - для Линукс также доступен пакет с этим замечательным графическим тестом!

Перед использованием каждой из программ внимательно изучайте всю документацию и параметры запукска, смотрите примеры применения из найденных статей и в видео.

Я не несу никакой ответственности за использование вами этих программ, вы должны понимать то что вы делаете со всеми выгодами и рисками.

Простая охлаждающая подставка для ноутбука от 2E Gaming, обзор

На доработку мне попалась вот такая не дорогая (примерно 7$) охлаждающая подставка для ноутбука:

Рис. 4. Охлаждающая подставка 2E Gaming Cooling pad CPG 001.

Рис. 5. Подставка 2E Gaming Cooling pad CPG 001 - вид сбоку.

Подставка произведена в Китае и рассчитана на ноутбуки с диагональю экрана до 14 дюймов. Основные материалы: металл и ABS-пластик.

На сайте производителя говорится о USB-хабе с двумя портами, но это похоже что ошибка или неточность. USB-хаба здесь нет, есть только переходник для подключения в разрыв одного из USB-подключений, причем только для питания (для передачи данных не годится).

Позже, прогуливаясь в одном из популярных оффлайн-магазинов я увидел это же изделие по цене в 2,5 раза превышающей озвученную выше. Цена неадекватная, потому что там нет даже близко материалов и компонентов на такую стоимость. Просто рассчитанный на глупого и неспособного оценить качество изделия покупателя маркетинг.

Поэтому порекомендую вот что: не лениться искать товар на сайтах магазинов, есть вероятность что удастся найти и заказать намного дешевле.

Рис. 6. Низ подставки 2E Gaming Cooling pad CPG 001.

Снизу видны: отверстие для укладки соединительного провода, набор отверстий для вентиляции воздуха, 4 ножки из плотного поролона, а также выдвижные ножки для установки на поверхность под небольшим углом.

Рис. 7. Выдвижная ножка охлаждающей подставки 2E Gaming Cooling pad CPG 001.

Вот так вижу плюсы этой модели:

1. Низкая, доступная цена (можно купить даже несколько штук, про запас или на подарок);
2. Два больших и практически бесшумных охлаждающих вентилятора с частотой вращения до 1000 оборотов в минуту;
3. Компактные размеры (340x242x15 мм) и вес (~500г.).

Ну и конечно же минусы:

• Материалы средненького качества;
• Нет возможности отключения вентиляторов, кроме как извлечение штекера из USB-порта;
• Нет регулировки скорости вращения вентиляторов (и сокращения потребляемого тока);
• Небольшой вибрационный шум от вентиляторов.

В вентиляторах есть встроенная подсветка синего цвета. Под ноутбуком ее практически не видно, но она нам сгодится для индикации скорости вращения вентиляторов и поданного на них напряжения.

Я попробовал установить на эту подставку несколько разных моделей ноутбуков с диагональю экрана 12-15 дюймов. С уверенностью могу сказать что для аппарата с дисплеем 15" подходит также отлично - подставка практически прячется под ноутбуком и ее не видно, ножки лептопа надежно стоят на поверхности, все устойчиво и ничего не скользит.

Угол наклона подставки не большой, но вполне достаточный для надежного забора воздуха снизу и во внутрь (к компьютеру).

Печатать в таком положении на ноутбуке будет не совсем удобно, для таких задач возможно что лучше будет использовать внешнюю USB-клавиатуру.

Амортизирующая подвеска для уменьшения вибраций и шума

Поскольку для добавления схемы управления вентиляторами придется разбирать всю конструкцию, то я решил сразу же придумать какое-то решение для уменьшения вибрационного шума, который передается от вентиляторов (в процессе их работы) на корпус устройства.

Конструкция состоит из двух соединенных частей: корпус из жесткого пластика + металлическая сетка. Для отсоединения последней придется отогнуть от корпуса ее 16 выступов снизу.

Рис. 8. Разборка охлаждающей подставки 2E Gaming CPG 001.

Рис. 9. Cooling Pad 2E Gaming CPG 001 в разобранном виде.

Внутри расположены два вентилятора с лопастями из прозрачного пластика. Их крепление - по два небольших винтика на каждый.

Рис. 10. Куллер с встроенной подсветкой в охлаждающей подставке от 2E Gaming.

От каждого из вентиляторов идет по два проводничка, которые закреплены к корпусу с помощью силикона.

Соединительный кабель с переходником я решил убрать и потом заменить на другой кабель с USB-штекером. Старый кабель был откушен с оставленным запасом примерно 30см, убрав изоляцию получилось по 2 длинных проводника от каждого из вентиляторов.

Длинные проводники понадобятся для удобной укладки и подключения их к схеме регулировки скорости.

Рис. 11. Обрезка и очистка проводников, идущих от вентиляторов.

Рис. 12. Вентиляторы из охлаждающей подставки на напряжение +5В и с синей подсветкой.

Реализацию подвески для уменьшения вибрации я решил сделать так: вырезать среднюю часть днища, на которой крепятся вентиляторы, и потом закрепить ее обратно с помощью эластических нитей.

В случае поломки вентилятора и необходимости его ремонта или замены, такое решение позволит это выполнить без полной разборки корпуса (отгибания 16 усиков сетки, которые могут и сломаться), ограничившись изъятием вырезанной части днища, разрезав держащие его нити. Возможно это когда-то пригодится, а может и нет.

Где взять низко профильные вентиляторы для замены в охлаждающей подставке для ноутбука? - извлечь из нерабочих видеокарт. Еще можно купить ремонтный набор из вентиляторов для видеокарты, но его стоимость может оказаться сопоставимой по стоимости новой охлаждающей подставке. Также можно использовать некоторые вентиляторы из охлаждающей системы для микропроцессоров ПК.

Типовые вентиляторы от блоков питания ATX сюда не подойдут - они достаточно большие по своей высоте.

В статье про доработку системы охлаждения лабораторного источника питания Uni-T UTP3315TFL-II на одном из первых фото показан  вентилятор из системы охлаждения микропроцессора AMD.

Этот вентилятор очень надежен (внутри установлены шариковые подшипники), а также он способен работать от напряжения +5В. Обороты будут не очень высокие, но зато работать в несколько раз тише чем при питании от +12В. Для улучшения эффективности можно установить несколько таких вентиляторов и подключить их параллельно.

Итак, днище к которому крепятся вентиляторы представляет три соединенные вместе "паутинки". Его вырезку я решил виполнить через отсоединение "лучиков этой паутинки" - сделал 16 надрезов лобзиком, по периметру.

Потом на кончиках каждого из соединяющих обе части "лучиков" были просверлены отверстия. Для этого применена микродрель (двигатель постоянного тока и микро-патрон) и сверло диаметром 1мм.

Рис. 13. Процесс сверления отверстий в извлеченной части днища охлаждающей подставки.

Такие же отверстия были просверлены и в корпусе подставки, в соответствии отверстиям на "лучиках изъятой паутинки". Сверление всех отверстий в фигурном изделии из пластика удобно выполнять подложив под низ небольшой деревянный брусочек.

Вот что получилось:

Рис. 14. Вырезанная часть днища в охлаждающей подставке для ноутбука.

Этап подготовки завершен, можно переходить к креплению. Временную фиксацию конструкции по бокам я выполнил с помощью кусочков медного провода диаметром примерно 0,8мм.

Также подготовил катушки с нитью, иголку и зажигалку. Последняя понадобится чтобы заплавить обрезанные кончики нити после привязки.

Рис. 15. Временное крепление вырезанной части к корпусу, для фиксации.

Обвязка каждой точки крепления выполнялась в две нити (продета через ушко иглы). Продев иглу в оба отверстия делалась некоторая натяжка и последующая завязка трех-четырех узлов.

После обрезки остатка нити, кончики заплавлял с помощью зажигалки - это не даст узлам развязаться.

Обвязку с натяжкой нужно делать равномерно, распределяя по противоположным точкам крепления, чтобы вырезанная подвеска высела на нитях и не касалась корпуса.

Рис. 16. Крепление частей охлаждающей подставки с помощью эластичной нити, амортизирующая подвеска.

Получилось вот так:

Рис. 17. Простая самодельная амортизационная подвеска для охлаждающей подставки к ноутбуку.

Поскольку точек крепления не мало, то все держится очень надежно.

Теперь расскажу об экспериментах с регулировкой скорости вращения вентиляторов. В попытках найти простой и дешевый способ управления было опробовано несколько решений, каждое из которых показало свои преимущества и недостатки.

Регулятор скорости вращения вентиляторов на LM317

Первое что мне захотелось испытать - это простое решение на основе линейного стабилизатора напряжения.

Недорогая микросхема LM317 с тремя выводами в корпусе TO-220 (в корпусе TO-92 маломощный вариант) позволяет изменять выходное напряжение в пределах от 1,25В до входного напряжения минус несколько вольт. Ток нагрузки может достигать 1,5А (с теплоотводом).

Нижняя граница в 1,25В установлена внутренней схемой, вернее стабилитроном на входе микросхемы, который подключен к операционному усилителю, а тот уже к мощному выходному N-P-N транзистору дарлингтона.

Например, у микросхем-стабилизаторов серии LM7805, LM7812 (LM78XX) также установлены стабилитрончики - на нижние границы 5В и 12В соответственно.

Регулировать выходное напряжение с одним и тем же входным питанием ниже установленной внутренным стабилитроном границы не получится. Для возможности регулировки напряжение от 0В придется добавлять в схему источник отрицательного напряжения, чтобы компенсировать 1,25В (для LM317), 5В (для LM7805) и т.д.

В даташите на LM317 сказано что для работы в режиме регулировки нужна разница между входным и выходным напряжением примерно 3В.

Поскольку на входе у нас будет примерно +5В от USB-порта, то можно попробовать, посмотрим как себя поведет LM317 в режиме регулировки напряжения для двух вентиляторов.

Получившаяся схема подключения микросхемы практически не отличается от типовой из даташита:

Рис. 18. Экспериментальная схема регулировки скорости вращения вентиляторов с питанием от USB.

Резистор R1 - переменный, им выполняется регулировка выходного напряжения.

Конструкция была собрана на макетнице, для теста я даже не ставил фильтрующих конденсаторов С1 и С2. Питание подключалось через штекер USB с кабелем длиной примерно 1,5 метра.

  

Рис. 19. Четырехжильный кабель с USB штекером, от какого-то устройства.

Источником питания служила батарея (Power Bank) на напряжение +5В и ток до 2,4А.

После первых экспериментов и проверок я пришел к тому, что показанный выше кабель нужно менять. Жилки в нем тоненькие и при такой длине под нагрузкой на них теряется много мощности. Идущее с батареи напряжение +5В  через этот кабель падает больше чем на 1 Вольт!

Для эксперимента подключил отрезок кабеля с переходником, который шел с охлаждающей подставкой - ситуация улучшилась.

Стало понятно что для питания подставки в финальной версии нужно будет подыскать более качественный кабель с USB-штекером и жилками большего сечения.

Заявленный производителем потребляемый двумя вентиляторами ток от +5В (питание напрямую) составляет примерно 600мА (0,6А), что равно мощности 3Вт (по 1,5Вт на вентилятор).

Выходное напряжение регулировалось в пределах 1,25В - 2,7В. К сожалению, подобраться даже к планке 4В на выходе не получится. Поэтому о режиме где вентиляторы вращаются на полной скорости с данной микросхемой при питании от +5В можно забыть.

Если питать схему от внешнего источника питания с выходным напряжением 7-8В, то все должно быть отлично. Но это не удобно и губит всю простоту доработки.

Рис. 20. Тестирование схемы регулятора на основе LM317.

На сниженных оборотах корпус микросхемы начал нагреваться, но не критично. При установке внутрь подставки он бы обдувался потоком воздуха от вентиляторов, возможно даже не понадобился бы радиатор.

Плюсы такой схемы:

1. Регулировка скорости вращения вентиляторов вплоть до их остановки (режим "выключено", потребляемый ток несколько миллиампер);
2. Простота управления - регулировка и выключение будет осуществляться одним переменным резистором.

Минус: невозможность включения куллеров на полные обороты при питании от штатного USB-порта компьютера.

В принципе такой регулятор можно использовать для тихого режима работы подставки, например при каждодневном использовании в обычных задачах, без значительной нагрузки на компоненты ноутбука.

Но мне все же хотелось иметь режим с полной скоростью вращения вентиляторов и максимальным потоком воздуха. Была идея добавить обходной переключатель режима работы и парочку диодов или же подыскать другую микросхему, использовать DC-DC преобразователь с регулировкой...

И тут я задумался: а почему бы не поэкспериментировать и вовсе с переключателями и диодами, без микросхем...

Переключатель скоростей вращения вентиляторов на диодах

Суть идеи: подключив последовательно к цепи питания вентиляторов один диод на нем будет падать примерно 0,7В, а подключив два или три диода падение будет еще большим.

Некоторая часть мощности будет рассеиваться на диодах в виде тепла. Поскольку потребляемый вентиляторами ток не такой уже и большой, то никаких особых проблем с охлаждением диодов это не создаст.

Подключив несколько диодов в цепочку и запараллелив их кнопками с фиксацией или переключателями получится простейший переключатель режимов работы вентиляторов.

На фото ниже будет показана серия из экспериментов с диодами.

В режиме максимальной скорости оборотов получаем максимальную потребляемую мощность, напряжение на выходе батареи снизилось примерно до 4,7В (измерял "USB-доктором").

При этом на проводниках просаживается приблизительно 0,7В и на выходе имеем 4В. Вот так все и работало в штатном режиме еще до разборки.

Рис. 21. Прямое питание от источника +5В, падение напряжения под нагрузкой до 4В. Максимальная скорость вращения вентиляторов.

Измерение тока в такой цепи показало значение 580мА (0,58А).

А теперь добавим в цепочку питания вентиляторов один диод:

Рис. 22. Питание через один диод, скорость вращения вентиляторов немного снизилась.

Напряжение упало на 0,64В и скорость работы вентиляторов немного снизилась, синие светодиодики стали светить чуточку слабее.

Рис. 23. Питание через два диода, скорость вращения вентиляторов упала еще больше.

Со вторым диодом напряжение упало еще на 0,56В. При этом ток в разрыве цепи составил 0,38А.

Рис. 24. Подключение через три диода, скорость вращения куллеров заметно уменьшилась.

С тремя диодами напряжение на вентиляторах упало еще на 0,37В и составило 2,41В при токе в цепи 200мА. В варианте с двумя и тремя диодами их корпуса в процессе работы немного нагрелись.

Как видим, идея оказалась вполне удачной.

Я нарисовал несколько вариантов схем с диодами и разными наборами переключателей:

Рис. 25. Схемы ступенчатого переключения скорости вращения вентиляторов на диодах и переключателях.

В каждую из схем на входе я добавил плавкий предохранитель на ток 1А. Несмотря на то что на USB-выходах ноутбуков может быть реализована защита от перегрузки, дополнительные меры от аварий (например заклинило один из вентиляторов) не помешают.

Первая схема - самая простая. Она позволяет переключать два режима работы: 1) полные обороты 2) пониженные обороты. Установить скорость второго режима можно подключив вместо D1 последовательно нужное количество диодов.

Вторая схема немного сложнее, но и более функциональная. Здесь применено три выключателя. Первый служит для включения/выключения питания. Второй и третий переключатели отвечают за три режима скорости: 

1. все замкнуты - максимальная скорость (диоды не задействованы, зашунтированы);
2. один разомкнут - пониженная скорость (ток течет только через один диод);
3. оба разомкнуты - самая низкая скорость (ток течет через все диоды).

В этой схеме вместо любого из диодов можно также установить например 2шт - это сделает для одного из режимов еще более низкие обороты вентиляторов.

Третья схема самая удачная, но понадобится многопозиционный переключатель. Для возможности переключения 4-х пониженных скоростей, включения максимальных оборотов и полного выключения необходим галетный переключатель на шесть позиций.

Если в наличии есть, например, только 4-х позиционный переключатель, то в схеме можно оставить только два диода - будет две пониженных скорости, максимальная и отключение питания (4 режима). В таком случае частоту вращения вентиляторов для режимов с пониженными оборотами также можно подогнать включив 2 диода вместо одного.

Первым делом я конечно же рассматривал первый и второй варианты, потому что нашлись вот такие миниатюрные переключатели:

Рис. 26. Миниатюрные переключатели П2Т и П1Т.

Использование двухсекционных тумблеров для такой простой схемы явно избыточно - одна группа контактов останется не задействована. Такие компоненты управления могут больше пригодиться в других схемах.

И тут мне попался миниатюрный 10-позиционный галетный переключатель производства СССР - МПН-1. Благодаря этой находке и появилась третья схема.

Рис. 27. Миниатюрный галетный переключатель МПН-1.

Итак, со схемой я определился. Теперь нужно подобрать диоды. После распайки компьютерных блоков питания (AT/ATX) осталась некоторая коллекция деталей, в том числе и разные мощные диоды:

Рис. 28. Диоды, выпаянные из компьютерных источников питания (AT/ATX).

На номиналы я почти не обращал внимания, тут почти все диоды Шоттки.  Взял 4 диода (что помощнее, как на фото по середине), подключил их последовательно в цепь питания вентиляторов, подал питание +5В от ЛБП и исключая диоды по очереди (заменяя их перемычками) убедился что все работает как и задумано.

Для удобства сборки я зарисовал схему на листике бумаги. После прозвонки и определения в какую сторону переключаются контакты также изобразил это возле схемы.

Получился следующий набор для доработки:

Рис. 29. Набор деталей и некоторых материалов для сборки простого регулятора скорости вентиляторов к охлаждающей подставке.

Дальше нужно было прикинуть где есть возможность закрепить переключатель, чтобы он ничему не мешал и с ним было удобно взаимодействовать.

Первый вариант крепления МПН-1 - прямо на металлической сетке подставки в одном из углов, ручкой вверх. Высота корпуса переключателя позволяет такую установку, но придется загнуть все его выводы и подпаять к нужным проводники.

Рис. 30. Анализ способа крепления переключателя МПН-1 на сетку охлаждающей подставки.

Все удобно и красиво, но пришлось отказаться, поскольку ручка будет мешать и установить 14-15" ноутбук уже не получится.

Рис. 31. Еще два способа крепления переключателя МПН-1 на корпус охлаждающей подставки.

Второй вариант - снизу на днище есть отверстия для укладки кабеля, на боковой стенке этого отсека можно попробовать закрепить переключатель. Но чтобы его переключить (например выключить вентиляторы) придется поднимать подставку - не удобно.

Еще один вариант - крепление прямо на днище. Но тут также придется загибать контакты переключателя и подпаивать к ним проводники (по высоте с контактами немного не вписывается), все это будет видно через сетку, переключать снизу можно будет только подняв подставку.

И последний вариант, который на самом деле я рассматривал с самого начала но отбросил по причине того что не впишется ручка - крепление с торца на задней части подставки.

Такое крепление удобно, поскольку к переключателю можно будет с легкостью добраться, он нигде не будет мешать.

Рис. 32. Финальный вариант крепления переключателя МПН-1 на задней части охлаждающей подставки.

Проблему с ручкой можно исправить вырезав в корпусе небольшое прямоугольное отверстие. Для этого начертил там прямоугольник, просверлил в нем дрелью отверстие, а дальше с помощью резца и надфилей сделал все остальное.

Рис. 33. Отверстие для ручки переключателя МПН-1 на задней части охлаждающей подставки.

С креплением разобрался. Дальше реализация схемы.

Четыре мощных диода решил спаять вместе, а потом припаять подготовленными выводами прямо к ножкам переключателя. Такое решение даст небольшой плюс при охлаждении диодов, а также не понадобится думать как их закрепить, паять к каждому проводники и т.д.

Проводники от вентиляторов зацепил за специальные выступы-гачки на корпусе и зафиксировал в нескольких местах с помощью плавкого силикона. Соединения с выходным кабелем заизолировал с помощью термоусадок (можно греть паяльником, но лучше термофеном).

Вот что получилось:

Рис. 34. Самодельный переключатель скоростей вентиляторов в охлаждающей подставке 2E Gaming.

Внимательный читатель задаст вопрос: а где же предохранитель F1, который показан на схемах?

Я решил спрятать его снизу, в отверстии под кабель, одев на него кусочек термоусадки и зафиксировав ее капелькой силикона. Так к нему можно будет легко получить доступ для проверки или замены.

  

Рис. 35. Крепление плавкого предохранителя на ток 1А снизу охлаждающей приставки.

Оставалось собрать подставку. Для этого я установил сетку на место, потом прижав ее и с некоторым усилием загнул все 16 усиков со стороны дна. Все надежно, сетка ни в коем случае не должна болтаться.

Результаты доработки

Для теста я использовал сетевой адаптер на +5В и ток до 2,4А. Для контроля потребляемого схемой тока подключил подставку через USB-docrtor (цифровой индикатор напряжения, тока и мощности по линии +5В).

Для каждой из четырех пониженных скоростей (питание через диоды) были получены следующие значения тока:

1. Первая скорость - 170мА (0,17А);
2. Вторая скорость - 330мА (0,33А);
3. Третья скорость - 480мА (0,48А);
4. Четвертая скорость - 550мА (0,55А).

Рис. 36. Тестирование самодельного регулятора скорости вентиляторов для охлаждающей подставки к ноутбуку.

Первая и вторая скорости - достаточно экономичные и позволят подключать подставку даже к USB-хабу, к которому подключены еще и другие маломощные устройства, например: клавиатура, приемник радио-мыши, флешка и т.п.

А вот тест режима с максимальными оборотами, прямое питание без диодов:

Рис. 37. Режим с максимальной скоростью вращения вентиляторов (прямое питание, без диодов).

Потребляемый ток составил 670мА (0,67А).

В принципе, если USB-Hub не грузить более мощными потребителями (например подключаемым по USB жестким или SSD диском), то можно включать вентиляторы и на полную мощность.

Но лучше для этих целей использовать отдельный порт, также можно применить внешний сетевой USB адаптер или зарядное устройство от телефона на ток от 1А и выше.

Вот небольшое видео, где показано как работает переключение режимов с такой доработкой:

Музыка в видео: Hybrid song 2:20 - by Quazar of Sanxion. (FastTracker).

Чтобы показать как будет выглядеть ноутбук на такой подставке я использовал для примера маленький 12-дюймовый ThinkPad X201. Если использовать лептоп на 14 или 15 дюймов то подставка фактически полностью скроется под корпусом такого аппарата.

Рис. 38. Классический бизнес ноутбук ThinkPad X201 (экран 12", Core i5) на охлаждающей подставке с запущенным тестом Unigine Heaven 4.

В завершение

Хочу заметить что управление вентиляторами можно сделать и микроконтроллерное, например на связке: ATtiny13 + кнопка + парочка резисторов + полевой транзистор.

В таком случае понадобилось бы написание небольшой программы, в которой в зависимости от нажатий на кнопку переключались бы несколько скоростей, питание на вентиляторы подавалось бы с широтно-импульсной-модуляцией (ШИМ).

Здесь же приведено доступное решение из максимально простых деталей, которых достаточно чтобы обеспечить несколько режимов работы вентиляторов для охлаждения ноутбука.

Просто, надежно и доступно!