Компьютерный вентилятор - Computer fan

Трехмерное изображение шести 80-миллиметровых вентиляторов, которые обычно используются в персональных компьютерах (иногда в комплекте или вместе с вентиляторами других размеров).
30-миллиметровый (1,2 дюйма) вентилятор для ПК, лежащий поверх вентилятора размером 250 мм (9,8 дюйма)

Вентилятор компьютера является любым вентилятором внутри, или прикрепленного к в корпус компьютера , используемом для активного охлаждения . Вентиляторы используются для втягивания более холодного воздуха в корпус снаружи, вытеснения теплого воздуха изнутри и перемещения воздуха через радиатор для охлаждения определенного компонента. В компьютерах используются как осевые, так и иногда центробежные (нагнетательные / с короткозамкнутым ротором) вентиляторы. Компьютерные вентиляторы обычно бывают стандартных размеров, например 120  мм (наиболее распространенный), 140  мм, 240  мм и даже 360  мм. Компьютерные вентиляторы питаются и управляются с помощью 3-контактных или 4-контактных разъемов для вентиляторов .

Использование охлаждающего вентилятора

В то время как в более ранних персональных компьютерах можно было охлаждать большинство компонентов с помощью естественной конвекции ( пассивное охлаждение ), для многих современных компонентов требуется более эффективное активное охлаждение. Для охлаждения этих компонентов используются вентиляторы, которые отводят нагретый воздух от компонентов и втягивают более холодный воздух над ними. Вентиляторы, прикрепленные к компонентам, обычно используются в сочетании с радиатором для увеличения площади нагреваемой поверхности, контактирующей с воздухом, тем самым повышая эффективность охлаждения. Управление вентилятором не всегда происходит автоматически. BIOS компьютера может управлять скоростью встроенной системы вентиляторов компьютера. Пользователь может даже дополнить эту функцию дополнительными компонентами охлаждения или подключить ручной контроллер вентилятора с ручками, которые устанавливают вентиляторы на разные скорости.

На рынке, совместимом с IBM PC , в блоке питания компьютера почти всегда используется вытяжной вентилятор, чтобы отводить теплый воздух из блока питания. Активное охлаждение процессоров начало появляться в Intel 80486 , и к 1997 году стало стандартом для всех процессоров для настольных ПК. Вентиляторы корпуса или корпуса, обычно один вытяжной вентилятор для отвода нагретого воздуха сзади и, возможно, всасывающий вентилятор для втягивания более холодного воздуха через переднюю часть, стали обычным явлением с появлением Pentium 4 в конце 2000 года.

Приложения

Осевой компьютерный вентилятор 80 × 80 × 25 мм

Вентилятор корпуса

Вентиляторы из корпуса компьютера - передний и задний

Вентиляторы используются для перемещения воздуха через корпус компьютера. Компоненты внутри корпуса не могут эффективно рассеивать тепло, если окружающий воздух слишком горячий. Вентиляторы корпуса могут быть размещены в качестве приточных вентиляторов , втягивающих более холодный внешний воздух через переднюю или нижнюю часть корпуса (где он также может проходить через внутренние стойки жестких дисков), или вытяжных вентиляторов , вытесняющих теплый воздух через верх или заднюю часть. Некоторые корпуса ATX в корпусе Tower имеют одно или несколько дополнительных вентиляционных отверстий и точек крепления на левой боковой панели, где можно установить один или несколько вентиляторов, чтобы обдувать холодным воздухом компоненты материнской платы и платы расширения, которые являются одними из крупнейших источников тепла.

Стандартные корпусные осевые вентиляторы имеют ширину и длину 40, 60, 80, 92, 120, 140, 200 и 220 мм. Поскольку корпусные вентиляторы часто являются наиболее заметной формой охлаждения на ПК, широко доступны декоративные вентиляторы, которые могут освещаться светодиодами , изготовлены из УФ- реактивного пластика и / или закрыты декоративными решетками. Декоративные вентиляторы и аксессуары популярны у мододелов . Воздушные фильтры часто используются над приточными вентиляторами, чтобы предотвратить попадание пыли в корпус и засорение внутренних компонентов. Радиаторы особенно уязвимы для засорения, поскольку изолирующий эффект пыли быстро ухудшает способность радиатора рассеивать тепло.

Вентилятор блока питания

Хотя блок питания (БП) содержит вентилятор, за некоторыми исключениями, его нельзя использовать для вентиляции корпуса. Чем горячее поступающий в блок питания воздух, тем горячее становится блок питания. С повышением температуры БП проводимость его внутренних компонентов снижается. Пониженная проводимость означает, что блок питания преобразует большую часть входящей электрической энергии в тепловую энергию (тепло). Этот цикл повышения температуры и снижения эффективности продолжается до тех пор, пока блок питания не перегреется или его охлаждающий вентилятор не начнет вращаться достаточно быстро, чтобы обеспечить достаточное снабжение блока питания сравнительно холодным воздухом. В современных ПК блок питания в основном монтируется снизу, имея свои собственные впускные и выпускные отверстия, предпочтительно с пылевым фильтром во впускном отверстии.

Вентилятор процессора

Вентилятор процессора Thermalright Le Grand Macho RT работает.

Используется для охлаждения радиатора ЦП (центрального процессора). Для эффективного охлаждения концентрированного источника тепла, такого как крупномасштабная интегральная схема, требуется радиатор, который может охлаждаться вентилятором; использование одного только вентилятора не предотвратит перегрева маленькой микросхемы.

Вентилятор видеокарты

PCI Express 3.0 × 16 видеокарты, используя два вентилятора для охлаждения

Используется для охлаждения радиатора из графического процессора или памяти на графических картах . Эти вентиляторы не были необходимы на старых картах из-за их низкого рассеяния мощности, но большинству современных видеокарт, предназначенных для 3D-графики и игр, требуются собственные выделенные охлаждающие вентиляторы. Некоторые из более мощных карт могут выделять больше тепла, чем ЦП (рассеивая до 350 Вт), поэтому эффективное охлаждение особенно важно. С 2010 года видеокарты выпускаются либо с осевыми вентиляторами , либо с центробежными вентиляторами, также известными как нагнетательные, турбо-или с короткозамкнутым ротором.

Вентилятор чипсета

Используется для охлаждения радиатора северного моста чипсета материнской платы ; это может потребоваться, когда системная шина значительно разогнана и рассеивает больше энергии, чем обычно, но в противном случае может быть ненужным. По мере того, как в центральный процессор интегрировано больше функций набора микросхем , роль набора микросхем снижается, а также снижается тепловыделение.

Охлаждение жесткого диска

Вентиляторы могут быть установлены рядом с жестким диском или на нем для охлаждения. Жесткие диски со временем могут выделять значительное количество тепла и являются термочувствительными компонентами, которые не должны работать при чрезмерных температурах. Во многих случаях достаточно естественного конвективного охлаждения, но в некоторых случаях могут потребоваться вентиляторы. Они могут включать -

  • Жесткие диски быстрее вращаются с большим тепловыделением. (По состоянию на 2011 год менее дорогие приводы вращались со скоростью до 7200 об / мин; приводы на 10000 и 15000 об / мин были доступны, но выделяли больше тепла.)
  • Большие или плотные массивы дисков (включая серверные системы, в которых диски обычно плотно монтируются)
  • Любые диски, которые из-за корпуса или другого места, в котором они установлены, не могут легко охлаждаться без вентиляции.

Несколько целей

Небольшой нагнетательный вентилятор используется для направления воздуха через кулер ЦП портативного компьютера.

Вентилятор корпуса может быть установлен на радиаторе, прикрепленном к корпусу, одновременно работая для охлаждения рабочей жидкости устройства жидкостного охлаждения и вентиляции корпуса. В ноутбуках один вентилятор часто охлаждает радиатор, подключенный к процессору и графическому процессору с помощью тепловых трубок . В игровых ноутбуках и мобильных рабочих станциях можно использовать два или более мощных вентилятора. В серверах, установленных в стойку , один ряд вентиляторов может работать для создания потока воздуха через корпус спереди назад, который направляется пассивными воздуховодами или кожухами через радиаторы отдельных компонентов .

Прочие цели

Реже вентиляторы используются для других целей, например:

  • Радиатор с водяным охлаждением передает много тепла, а вентиляторы радиатора имеют большое статическое давление (в отличие от корпусных вентиляторов с большим потоком воздуха) для рассеивания тепла.
  • В корпусе портативных компьютеров нет больших отверстий для выхода теплого воздуха. Ноутбук можно поставить на кулер - что-то вроде поддона со встроенными вентиляторами - для обеспечения надлежащего охлаждения.
  • Некоторые высокопроизводительные машины (включая множество серверов) или, когда требуется дополнительная надежность, другие микросхемы, такие как контроллер SATA / SAS , высокоскоростные сетевые контроллеры (40  Гбит / с Ethernet, Infiniband ), коммутаторы PCIe, карты сопроцессоров (например, некоторые Xeon Phi), некоторые микросхемы FPGA , южные мосты также активно охлаждаются радиатором и выделенным вентилятором. Они могут быть на самой основной материнской плате или как отдельная дополнительная плата, часто через карту PCIe.
  • Вентилятор слота расширения  - вентилятор, устанавливаемый в один из слотов PCI или PCI Express , обычно для обеспечения дополнительного охлаждения видеокарт или карт расширения в целом.
  • Вентилятор оптического привода  - некоторые внутренние устройства записи компакт-дисков и / или DVD включают охлаждающие вентиляторы.
  • Вентилятор памяти  - современная компьютерная память может выделять достаточно тепла, что может потребоваться активное охлаждение, обычно в виде небольших вентиляторов, расположенных над микросхемами памяти. Это особенно актуально, когда память разогнана или перенапряжена , или когда модули памяти включают активную логику, например, когда система использует модули DIMM с полной буферизацией (FB-DIMM). Однако при использовании более новых, более низких напряжений, таких как 1,2 В DDR4 , это требуется реже, чем раньше. В большинстве случаев модули памяти, расположенные близко к процессору, будут получать достаточный поток воздуха из корпуса или Вентилятор ЦП, даже если воздух от вентилятора ЦП и радиатора теплый. Если основной ЦП имеет водяное охлаждение, этот небольшой поток воздуха может отсутствовать, и требуется дополнительная забота о некотором потоке воздуха в корпусе или специальном охлаждении памяти. К сожалению, большинство модулей памяти не обеспечивают мониторинг температуры, чтобы легко ее измерить.
  • Стабилизаторы высокого напряжения (VRM), часто использующие импульсные источники питания, выделяют некоторое количество тепла из-за потерь мощности, в основном в силовом MOSFET и в индукторе (дросселе). Это, особенно в ситуациях разгона, требует активного охлаждающего вентилятора вместе с радиатором. Большинство полевых МОП-транзисторов будут правильно работать при очень высокой температуре, но их эффективность будет снижена и потенциально ограничен срок службы. Близость электролитических конденсаторов к источнику тепла значительно сократит их срок службы и приведет к все более высоким потерям мощности и возможному (катастрофическому) отказу.

Физические характеристики

Из-за низкого давления и больших объемных воздушных потоков, которые они создают, большинство вентиляторов, используемых в компьютерах, являются вентиляторами осевого типа; вентиляторы центробежного и поперечного типа. Двумя важными функциональными характеристиками являются перемещаемый воздушный поток, обычно выражаемый в кубических футах в минуту (CFM), и статическое давление. Значение громкости звука в децибелах также может быть очень важным для домашних и офисных компьютеров; вентиляторы большего размера, как правило, работают тише для того же CFM.

Многие геймеры, разработчики корпусов и энтузиасты используют вентиляторы с цветной светодиодной подсветкой. Также доступны разноцветные вентиляторы.

Габаритные размеры

Размеры вентилятора и соответствующее расстояние между отверстиями для винтов
Размер вентилятора (мм) Расстояние между центрами монтажных отверстий (мм)
40 32
50 40
60 50
70 60
80 71,5
92 82,5
120 105
140 124,5
200 154
220 170

Размеры и монтажные отверстия должны соответствовать оборудованию, в котором используется вентилятор. Обычно используются вентиляторы с квадратной рамкой, но также используются круглые рамки, часто так, чтобы можно было использовать вентилятор большего размера, чем позволяли монтажные отверстия (например, 140-миллиметровый вентилятор с отверстиями для углов квадратного 120-миллиметрового вентилятора) . Ширина квадратных вентиляторов и диаметр круглых обычно указываются в миллиметрах. Указанный размер - это внешняя ширина вентилятора, а не расстояние между монтажными отверстиями. Общие размеры включают 40 мм, 60 мм, 80 мм, 92 мм, 120 мм и 140 мм, хотя 8 мм, 17 мм, 20 мм, 25 мм, 30 мм, 35 ​​мм, 38 мм, 45 мм, 50 мм, 70 мм. Также доступны размеры мм, 200 мм, 220 мм, 250 мм и 360 мм. Высота или толщина обычно составляет 10 мм, 15 мм, 25 мм или 38 мм.

Обычно квадратные вентиляторы 120 мм и 140 мм используются там, где повышенные требования к охлаждению, например, для компьютеров, используемых для игр, и для более тихой работы на более низких скоростях. Вентиляторы большего размера обычно используются для охлаждения корпуса, процессоров с большим радиатором и блока питания ATX. Квадратные вентиляторы 80 мм и 92 мм используются в менее требовательных приложениях или там, где не подходят более крупные вентиляторы. Меньшие вентиляторы обычно используются для охлаждения процессоров с небольшим радиатором, блока питания SFX, видеокарт, северных мостов и т. Д.

Скорость вращения

Скорость вращения (указывается в оборотах в минуту , об / мин) вместе со статическим давлением определяют расход воздуха для данного вентилятора. Если шум является проблемой, более крупные вентиляторы с медленным вращением работают тише, чем меньшие и более быстрые вентиляторы, которые могут перемещать тот же воздушный поток. Было обнаружено, что шум вентилятора примерно пропорционален пятой степени скорости вентилятора; уменьшение скорости вдвое снижает уровень шума примерно на 15  дБ . Осевые вентиляторы могут вращаться со скоростью до 38 000 об / мин для небольших размеров.

Вентиляторы могут управляться датчиками и схемами, которые снижают их скорость при невысокой температуре, что приводит к более тихой работе, более длительному сроку службы и более низкому энергопотреблению по сравнению с вентиляторами с фиксированной скоростью. Срок службы вентилятора обычно указывается исходя из предположения, что он работает на максимальной скорости и при фиксированной температуре окружающей среды.

Давление и расход воздуха

Вентилятор с высоким статическим давлением более эффективен при прохождении воздуха через ограниченные пространства, такие как зазоры между радиатором или радиатором; статическое давление более важно, чем поток воздуха в CFM при выборе вентилятора для использования с радиатором. Относительная важность статического давления зависит от степени, в которой воздушный поток ограничен геометрией; статическое давление становится более важным по мере уменьшения расстояния между ребрами радиатора. Статическое давление обычно указано в любой мм рт.ст. или мм Н 2 О.

Типы подшипников

Тип подшипника, используемого в вентиляторе, может повлиять на его производительность и уровень шума. Большинство компьютерных фанатов используют подшипники одного из следующих типов:

  • В подшипниках скольжения используются две поверхности, смазанные маслом или консистентной смазкой в ​​качестве фрикционного контакта. В них часто используются пористые спеченные втулки для самосмазывания, требующие лишь нечастого обслуживания или замены. Подшипники скольжения менее долговечны при более высоких температурах, так как контактные поверхности изнашиваются, а смазка высыхает, что в конечном итоге приводит к выходу из строя; однако срок службы аналогичен сроку службы шарикоподшипников (обычно немного меньше) при относительно низких температурах окружающей среды. Подшипники скольжения могут с большей вероятностью выйти из строя при более высоких температурах и могут плохо работать при установке в любой ориентации, кроме вертикальной. Типичный срок службы вентилятора с подшипником скольжения может составлять около 30 000 часов при температуре 50 ° C (122 ° F). Вентиляторы с подшипниками скольжения обычно дешевле вентиляторов с шарикоподшипниками и работают тише на более низких оборотах в начале своей жизни, но с возрастом могут становиться шумными.
  • Подшипники винтовки похожи на подшипники скольжения, но работают тише и имеют почти такой же срок службы, как и шариковые подшипники. Подшипник имеет спиральную канавку в нем , который качает жидкость из резервуара. Это позволяет безопасно устанавливать их с валом в горизонтальном положении (в отличие от подшипников скольжения), поскольку перекачиваемая жидкость смазывает верхнюю часть вала. Перекачивание также обеспечивает достаточное количество смазки на валу, снижает шум и увеличивает срок службы.
  • Гидравлические подшипники (или «Гидравлический подшипник», FDB) обладают преимуществами почти бесшумной работы и длительного срока службы (хотя и не дольше, чем шариковые подшипники), но, как правило, более дороги.
  • Шарикоподшипники : хотя обычно они дороже, чем подшипники с подшипниками скольжения, вентиляторы с шарикоподшипниками не имеют тех же ограничений ориентации, что и вентиляторы с подшипниками скольжения, более долговечны при более высоких температурах и работают тише, чем вентиляторы с подшипниками скольжения, при более высоких скоростях вращения. Типичный срок службы вентилятора с шариковыми подшипниками может составлять более 60 000 часов при температуре 50 ° C (122 ° F).
  • Магнитные подшипники или Maglev подшипники, в которых вентилятор отталкиваются от подшипника магнетизма.

Разъемы

Трехконтактный разъем на компьютерный вентилятор

Для компьютерных вентиляторов обычно используются следующие разъемы:

Трехконтактный разъем Molex KK family
Этот разъем Molex используется при подключении вентилятора к материнской плате или другой плате. Это небольшой, толстый, прямоугольный линейный разъем-розетка с двумя поляризационными выступами на самом внешнем крае одной длинной стороны. Штифты квадратные с шагом 0,1 дюйма (2,54 мм). Три контакта используются для заземления, питания +12 В и сигнала тахометра . Артикул розетки Molex: 22-01-3037. Номер детали Molex отдельных обжимных контактов: 08-50-0114 (луженые) или 08-55-0102 (полузолотые). Соответствующий номер детали Molex заголовка печатной платы: 22-23-2031 (луженая) или 22-11-2032 (позолоченная). Также требуются соответствующий инструмент для зачистки проводов и обжимные инструменты.
Четырехконтактный разъем Molex KK family
Это особый вариант разъема Molex KK с четырьмя контактами, но с функциями блокировки / поляризации трехконтактного разъема. Дополнительный вывод используется для сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), чтобы обеспечить управление переменной скоростью. Их можно подключить к 3-контактным разъемам, но они потеряют контроль скорости вращения вентилятора. Каталожный номер розетки Molex: 47054-1000. Каталожный номер отдельных обжимных контактов Molex - 08-50-0114. Номер детали Molex жатки: 47053-1000.
Четырехконтактный разъем Molex
Этот разъем используется при подключении вентилятора напрямую к источнику питания. Он состоит из двух проводов (желтый / 5 В и черный / заземление), ведущих к большому линейному четырехконтактному соединителю Molex с разъемом «папа-мама». Два других провода разъема обеспечивают 12 В (красный) и землю (тоже черный) и в данном случае не используются. Это тот же разъем, который использовался на жестких дисках до того, как SATA стал стандартом.
Трехконтактный разъем Molex Семейство PicoBlade
Этот разъем используется с вентиляторами ноутбука или при подключении вентилятора к видеокарте.
Собственная принадлежность Dell
Этот запатентованный разъем Dell представляет собой расширение простого трехконтактного разъема-розетки для ИС, добавив два выступа в середине разъема с одной стороны и фиксирующий язычок с другой стороны. Размер и расстояние между гнездами контактов идентичны стандартному трехконтактному гнездовому соединителю IC и трехконтактному соединителю Molex. В некоторых моделях белый провод (датчик скорости) находится посередине, тогда как для стандартного 3-контактного разъема Molex требуется белый провод в качестве контакта №3, поэтому могут возникнуть проблемы с совместимостью.
Другие
В некоторых компьютерных вентиляторах используются двухконтактные разъемы различной конструкции.

Альтернативы

Если вентилятор нежелателен из-за шума, надежности или окружающей среды, есть несколько альтернатив. Некоторых улучшений можно добиться, исключив все вентиляторы, кроме одного в блоке питания, который также забирает горячий воздух из корпуса.

Системы могут быть спроектированы так, чтобы использовать только пассивное охлаждение, уменьшая шум и устраняя движущиеся части, которые могут выйти из строя. Этого можно добиться:

  • Охлаждение естественной конвекцией : тщательно спроектированные, правильно ориентированные и достаточно большие радиаторы могут рассеивать до 100 Вт только за счет естественной конвекции.
  • Тепловые трубки для вывода тепла из корпуса
  • Undervolting или underclocking для уменьшения рассеиваемой мощности
  • Погружное жидкостное охлаждение , помещающее материнскую плату в неэлектропроводную жидкость, обеспечивает отличное конвекционное охлаждение и защищает от влажности и воды без необходимости использования радиаторов или вентиляторов. Особое внимание следует уделять совместимости с клеями и герметиками, используемыми на материнской плате и микросхемах. Это решение используется в некоторых внешних средах, таких как беспроводное оборудование, находящееся в дикой природе.

К другим методам охлаждения относятся:

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки