Для активного охлаждения наиболее греющихся компонентов вычислительной техники: центрального (CPU) и графического процессора (GPU), памяти, цепей питания, а также других сильно греющихся микросхем обычно используют вентиляторы.

Обычно в системах активного охлаждения используются осевые многолопастные вентиляторы и центробежные турбины, которые работают на основе принципа вращения лопастей, которые создают поток воздуха и направляют его через радиаторы, расположенные на процессоре и других компонентах.

Как работают вентиляторы, использующиеся на видеокартах и материнских платах?

Вентилятор состоит из двух основных частей: неподвижного корпуса со статором и ротора:

Движение лопастей, закрепленных на роторе двигателя осуществляется за счет вращательной силы, появляющейся из-за взаимодействия с электромагнитом, образованным катушками статора:

Статор содержит обмотки, через которые проходит электрический ток, создавая магнитное поле, которое взаимодействует с вращательным полем магнита на роторе, заставляя его вращаться:

Неподвижный статор с обмотками:

Лопасти вентиляторов могут быть осевого, центробежного, диагонального и диаметрального типов:

Вентиляторы, использующиеся в вычислительной технике/, обычно бывают осевыми или центробежными:

Осевые вентиляторы имеют лопасти, которые вращаются вокруг оси вентилятора, а воздух движется вдоль этой оси:

Центробежные вентиляторы имеют радиальные лопасти (крыльчатку), которые вращаются вокруг центра вентилятора, а воздух выдувается в направлении перпендикулярном оси вращения:

Чаще всего используются осевые вентиляторы, так как они менее шумные и производят меньше помех, мешающих радиоприему:

Очень важную роль в вентиляторах играют подшипники, в которые устанавливается ось ротора. От их качества зависит срок службы вентилятора, величина шума от вращения лопастей. Частой причиной поломки вентилятора является пересыхание смазки подшипника, что вызывает заклинивание оси с лопастями. В этом случае можно самостоятельно очистить и смазать старый подшипник, либо поставить новый.

При профилактических работах с подшипниками можно легко оторвать провода, идущие от обмотки статора на плату управления. Починить обрыв обмотки статора не сложно, но лучше проявить терпение и аккуратность при ремонте вентилятора, чтобы избежать лишних проблем.

Некоторые модели вентиляторов могут иметь дополнительные (чаще всего, бесполезные) функции, такие как подсветка или механизмы амортизации для снижения вибраций и шума.

На современных видеокартах и материнских платах (охлаждение процессора и чипсета) обычно используют малогабаритные бесщеточные (BLDC) вентиляторы с ротором в виде кольцевого постоянного магнита и статором с четырьмя обмотками. Такие вентиляторы имеют высокую эффективность, производят меньше шума и имеют более длительный срок службы по сравнению с традиционными вентиляторами со щетками.

Как производится управление скоростью вращения вентиляторов на видеокарте?

Вращение мотора осуществляется за счет подачи постоянного напряжения (чаще всего 12 вольт) на обмотку (-ки) статора, закрепеленную на плате управления. Управляемые вентиляторы позволяют пользователю изменять скорость вращения лопастей для увеличения или уменьшения потока воздуха и уровня шума.

Управление скоростью вентилятора с кольцевым постоянным магнитом осуществляется с помощью электронной схемы, которая изменяет напряжение на обмотках статора. Изменение/прерывание подачи вольтажа позволяет изменять магнитное поле статора, что влияет на скорость вращения ротора.

Для управления скоростью вращения обычно используется подача-прерывание напряжения с помощью широтно-импульсной модуляции.

Плата управления вентилятора видеокарты на контроллере AM7228:

ШИМ-контроллер вентилятора генерирует серию импульсов амплитудой 5 вольт с частотой до нескольких десятков килогерц, которые изменяются в зависимости от требуемой скорости вращения вентилятора:

Эти импульсы управляют величиной напряжения, подаваемого на вентилятор, что в свою очередь, изменяет скорость вращения вентилятора.

Чем выше скорость вращения вентилятора, тем длиннее импульс от ШИМ-контроллера, и тем большее напряжение подается на вентилятор. И наоборот, чем ниже скорость вращения вентилятора, тем меньше продолжительность импульса от ШИМ-контроллера, и тем меньшее напряжение подается на вентилятор.

Графики, иллюстрирующие зависмость скорости вращения вентиляторов разных фирм от заполнения PWM-сигнала:

ШИМ-контроллеры обеспечивают высокую эффективность работы вентиляторов, так как они позволяют точно контролировать скорость вращения вентилятора, что позволяет снизить энергопотребление и шум, а также увеличить срок службы вентилятора. На самых простых вентиляторах ШИМ-контроллер отсутствует. В этом случае управлять скоростью вращения можно с помощью изменения напряжения, подаваемого на обмотки.

Контроль за скоростью вращения лопастей вентилятора производится с помощью датчика Холла (тахометра). На самых простых вентиляторах датчик Холла может и не ставиться.

Как подключать вентиляторы систем охлаждения?

При использовагнии управляемых вентиляторов следует обращать внимание на правильность их подключения (соответствие подключаемых выводов).

Проще всего подключить двухпиновый вентилятор без управления скоростью вращения и без датчика Холла, например, модель Everflow T126010SL:

В нем используется только два провода: нулевой (черный) и плюс питания (обычно красный):

В трехпиновом вентиляторе используется дополнительный провод от датчика Холла для контроля скорости вращения. Этот провод обычно имеет зеленый или желтый цвет:

Подключение трех проводов к вентилятору T128010SH на видеокартах Gigabyte:

Четырехпиновый вентилятор (типовое подключение):

Подключение вентилятора T128010SH четырьмя проводами на видеокартах фирмы ASUS:

Некоторые производители вентиляторов используют свою, отличающуюся от общепринятой распиновку и цвета проводов, поэтому при ремонте систем охлаждения OEM-компьютеров нужно внимательно изучать назначение контактов и цветовую гамму проводов.

При модернизации системы охлаждения/замене вентиляторов на нештатную модель нужно учитывать, что наибольшая плотность воздушного потока будет создаваться при его размещении не прямо возле охлаждаемой детали, а на некотором отдалении: