Проект SilentStream ACS или история создания производительной пассивной системы водяного охлаждения
Часть 3

Томас Устименко (aka BlackPanther & BoyRadeon)

31.03.2009

Первая переделка блока питания

Система регулирования оборотов вентиляторов, изначально присутствовавшая в блоке питания Hiper 4R730, имеет одну особенность. При старте холодного БП внутренние 80 мм вентиляторы крутятся очень медленно и их практически не слышно, но при разогреве до определенного порога обороты вентиляторов резко увеличиваются и появляется отчетливый шум, причем весьма неприятного спектра. Естественно, в голову пришла идея оснастить блок питания водяным охлаждением, однако это весьма трудоемко, а серийно выпускаемых водоблоков для БП нет. Но об этом позже.

Для начала надо было усовершенствовать имеющуюся систему охлаждения БП малой кровью. Тонкие (10 и 15 мм) вентиляторы были убраны, а так как вентиляторы толщиной 25 мм внутрь не помещались, они были установлены снаружи БП и защищены хромированными проволочными решетками. Зачем фирма Hiper сделала весь корпус БП перфорированным, непонятно, ведь это явно ухудшает охлаждение и приводит к выбросу нагретого воздуха внутрь компьютера. Из этих соображений перфорация была заклеена изнутри тонкой прозрачной лентой. Для доработки БП были использованы тихие вентиляторы Scythe 8025BDLA1 типоразмера 80x80x25 мм.

Предупреждение!
При разборке и переделке БП надо быть внимательным, чтобы не нарушить изоляцию высоковольтных элементов от корпуса и сохранить все имеющиеся изоляционные прокладки!
Ни в коем случае не включайте в сеть разобранный БП!

Контроллер управления системой

Родной контроллер оборотов БП обладает крайне неудовлетворительными характеристиками регулирования. Кроме того, в системе также были вентиляторы, охлаждавшие жесткие диски, и их тоже надо было регулировать.

Использование простого ручного реобаса показалось неинтересным. За рубежом уже начались попытки создать серийные автоматические регуляторы оборотов вентиляторов и мониторинга температур. Но такие решения дороги, недоступны в России и не обеспечивают мониторинг и защиту систем водяного охлаждения.

Было решено разработать собственный контроллер, призванный решить все имеющиеся задачи: мониторинг температуры компонентов, авторегулирование оборотов вентиляторов в зависимости от температуры компонентов, мониторинг работы СВО с контролем протока воды в контуре и уровня жидкости в бачке-расширителе. Кроме того, система должна была иметь возможность автоматического отключения системного блока в случае возникновения аварийных режимов, независимо от функционирования операционной системы.

По своей работе автор связан с разработкой подобных микроконтроллерных устройств, поэтому опыт их создания имелся. Было решено использовать современный 32-битный микроконтроллер ARM7 со встроенной флэш-памятью и возможностью перепрошивки его непосредственно в системе для возможности отладки и совершенствования программного обеспечения. В качестве конструктива было использовано стандартное решение — 5,25" отсек корпуса.

Вот что в итоге получилось:

Технические характеристики контроллера:

число каналов измерения температур — 6
число каналов управления вентиляторами — 4
максимальный ток — 2 А на канал
входы для подключения датчиков расхода и уровня воды
выходы для управления системой по сигналам "питание" и "сброс"
порт RS-232 (СОМ) для мониторинга и перепрошивки
индикация параметров на графическом вакуумном индикаторе разрешением 128х32
управление посредством системы экранных меню

Контроллер обеспечивает управление любыми воздушными, водяными и смешанными системами охлаждения в полностью автоматическом режиме:

поддерживается автоматическая конфигурация и тестирование подключенных вентиляторов и датчиков при запуске контроллера;
в случае обнаружения неисправности каких-либо из подключенных устройств (термодатчиков, вентиляторов, помпы), компьютер будет отключен через 30 сек; также можно сохранить новую конфигурацию нажатием кнопки на панели контроллера;
при каждом включении производится замер максимальных оборотов каждого вентилятора и в дальнейшем его регулирование производится в процентном соотношении от определенной скорости (это исключает ошибки регулирования при использовании разных моделей вентиляторов с различными паспортными оборотами);
управление контроллером осуществляется посредством системы меню и кнопок на передней панели. Назначение кнопок в каждом конкретном меню индицируется графическими иконками напротив соответствующей кнопки.

Можно настроить пределы срабатывания защиты по каждому из вентиляторов, термодатчиков, датчиков СВО и действие при выходе параметра за контролируемое значение — звуковой сигнал SOS или отключение системы.

При сохранении новой конфигурации температурные пределы выставляются на 60 °C, а обороты вентиляторов на 30% от максимальных измеренных.

Все пределы и соответствие термодатчиков и вентиляторов для авторегулирования также выставляются вручную. Каждому термодатчику можно назначить имя из трех символов.

Регулирование вентиляторов в диапазоне 0-30% скачком, далее до 100% плавно, в зависимости от температуры назначенного датчика, либо вручную от 30 до 100%.

Для регулирования используется специальный ШИМ-алгоритм, исключающий треск моторов вентиляторов на малых оборотах. Синхронизация ШИМ осуществляется по сигналу от датчика оборотов вентилятора, жестко связанного с работой двигателя.

В обычном режиме на дисплее поочередно отображаются главный экран и экраны с температурами, оборотами и расходом воды в СВО.

Мониторинг именно расхода воды, а не температур компонентов и оборотов помпы, предпочтителен, поскольку контролирует работу всего контура в целом — помпу, перегиб/засорение системы, воздушные пробки. В этом случае для контроля работы СВО требуется только одна температура - воды в контуре. Ее значение определяет нормальную теплоотдачу — а вдруг кому-то захочется посушить одеяло на системном блоке?

Датчик расхода воды

Для измерения расхода был установлен датчик с крыльчаткой, импульсы при вращении которой подаются на контроллер. Его калибровку автор осуществлял по обычному счетчику воды, взятому напрокат у знакомого строителя. При этом измерялось количество импульсов датчика за 30 мин и расход воды по счетчику воды. Затем легко можно определить количество импульсов на литр у конкретного датчика. Это значение вводится в меню контроллера для обеспечения правильного измерения расхода воды. Возможно также подключение контактного датчика минимального протока. В этом случае порог минимального расхода воды будет определяться типом датчика.

Вторая модификация системы

В таком виде система проработала 2 года до следующей модернизации, когда было установлено новое железо: процессор Core2 Duo E6800, впоследствии замененный на Е8400, и материнская плата Gigabyte GA-X38-DS4. Одновременно с этим все же было решено сделать водяное охлаждение жестких дисков и блока питания.

Водоблоки для этого были изготовлены из алюминия, так как их площадь достаточно большая, а отводимая мощность невелика. Изготовлять все это пришлось самостоятельно из алюминиевой плиты толщиной 12 мм. Конструкция водоблоков — канальная.

Все самодельные водоблоки перед установкой проверялись на герметичность горячей водой под водопроводным давлением для исключения протечек жидкости в компьютере.

Конструкция водоблока БП — канальная, он состоит из основания, содержащего 10 водопроводящих каналов, шириной 2,5 мм и длиной 92 мм, камер подвода и отвода воды, и плоской крышки, закрывающей герметично всю конструкцию. Основание и крышка соединены 16 винтами М3. Размеры водоблока 160х140 мм. Герметизация сделана клеем-герметиком Герсил марки А. Подвод и отвод воды осуществляется через фитинги с резьбой 3/8". Водоблок изготовлен из алюминия. Конструкция водоблока для жестких дисков аналогичная, но он состоит из двух половин, соединенных спереди трубкой. Каждая половина содержит 6 водопроводящих каналов размером 2,5х80 мм. Все каналы в конструкции работают параллельно.

Вторая переделка блока питания

При переделке блока питания все мощные транзисторы и диодные сборки были выпаяны из платы вместе с радиаторами, радиаторы сняты, а элементы установлены на водоблоке, под основной платой БП. Выводы элементов загнуты вверх и впаяны в плату снизу. Плата используемого БП выполнена из стеклотекстолита с металлизацией отверстий, поэтому перепайка элементов не вызвала затруднений. При установке элементов на водоблок, перед впаиванием их в плату надо обязательно проверить качество изоляции элементов от водоблока, так как на силовых транзисторах присутствует высокое напряжение. Для этой проверки лучше использовать мегомметр на 500 В, один из выводов которого подключить к водоблоку, а другой — к накоротко соединенным выводам компонентов. Сопротивление должно быть больше 10 МОм. Соединять выводы транзисторов и диодов накоротко при такой проверке обязательно, иначе напряжение мегомметра пробьет затворы полевых транзисторов и низковольтные диоды. Прозвонка обычным тестером в данном случае нежелательна, так как надо проверить надежность изоляции именно под высоким напряжением. Корпус водоблока соединяется с корпусом блока питания для обеспечения его заземления.

Еще раз хочется напомнить, что подключение любых компьютерных комплектующих, имеющих трехконтактную вилку с заземлением, нужно осуществлять только в заземленную евророзетку! Несоблюдение этого требования может вызвать весьма ощутимый удар током, не говоря уж о выходе из строя компонентов. На корпусе незаземленного компьютера напряжение может достигать 120 В. В этом легко убедиться обычным тестером.

Кроме того, обычный сетевой фильтр практически теряет свои защитные свойства при отсутствии заземления.

Плата блока питания была установлена сверху водоблока на стойках, а пространство между платой и водоблоком было заполнено специальным теплопроводным герметиком фирмы Momentive Silicons марки TSE3281 для отвода тепла от трансформаторов, дросселей и других компонентов, впаянных в плату. Этот герметик имеет высокие электроизоляционные свойства и теплопроводность 1,68 Вт/М*К. Это превышает теплопроводность широко известной пасты КПТ-8 вдвое. Толстые медные выводы моточных компонентов отводят тепло лучше, чем прижатый к ним сверху радиатор, так как выводы впаяны в широкие медные дорожки на плате и площадь теплоотвода получается больше.

Расположение платы БП и элементов сверху водоблока исключает попадание на них жидкости при протечке, что создает дополнительную защиту от замыкания высоковольтных цепей.

Переделанный таким образом блок питания работает до сих пор без каких-либо проблем.

Страницы: 1 | 2 | 3 | 4