|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Охолодження процесорів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери Охолоджувальні пристрої вузлів сучасних комп'ютерів - складні конструкції, що мають у своєму складі теплообмінну систему, нагнітач теплоносія, пристрій контролю та управління та вузол кріплення до об'єкта, що охолоджується. Технічні характеристики цих систем зазвичай відсутні, і користувач змушений спиратися на свій досвід. Розібратися в тонкощах пристрою та застосування охолоджуючих пристроїв допоможе пропонована до уваги читачів стаття. Як відомо, компанія Intel обмежує робочу температуру своїх процесорів лише на рівні +66...78 °С, AMD - лише на рівні +85...90 °С. При +23 ° С у приміщенні температура повітря всередині системного блоку комп'ютера на 10 ... 15 ° С вище, а процесора - ще на 20 ... 35 ° С вище. У результаті температура процесора може досягати +75 °С, а спекотний час (+35...40 °С) - +92 °С. З цього випливає, що сучасні процесори при повному завантаженні вимагають ефективного охолодження, і не будь-який кулер (cooler – охолоджувач) зможе його забезпечити. Не кажучи вже про любителів вичавити все, що можна зі свого комп'ютера. Для них ефективний кулер – нагальна потреба. Тому часто постає питання, який кулер вибрати? В даний час у світі випускається безліч видів охолоджувальних пристроїв. Це і охолоджувачі, в яких теплоносієм є повітря, і водяні і термоелектричні охолоджувальні пристрої, що з'явилися останнім часом, і охолоджувачі на теплових трубках, і навіть такі екзотичні, як парокомпресійні холодильні установки. А любителі експериментують навіть зі зрідженими газами та сухим льодом. При сучасному рівні теплових потужностей, що відводяться кулери, в яких як теплоносій використовується повітря, знайшли широке поширення і успішно справляються із завданням охолодження вузлів комп'ютера. По виду теплообміну вони поділяються на пристрої з природною конвекцією та примусовою вентиляцією. Перші застосовують у системах з тепловиділенням до 10... 15 Вт, другі - при рівнях тепловиділення до 100 Вт. У кулерах другої групи теплова потужність, що відводиться, пропорційна площі поверхні радіатора (тут і далі використовується саме цей термін, як усталений в літературі по комп'ютерах), різниці температур його і повітря, що охолоджує, і швидкості повітряного потоку. Найбільш поширені ребристі радіатори, рідше використовують складніші у виготовленні штирьові та турбінного типу. Кулери турбінного типу від давно відомого GoldenOrb до сучасних моделей добре зарекомендували себе завдяки високій ефективності. Використовуваний автором вже три роки GoldenOrb, незважаючи на досить невелику площу ребра, показав себе лише з позитивного боку. Він був обраний через властивості такої конструкції створювати повітряний потік, що розтікається від процесора по системній платі, який забезпечує додаткове охолодження розташованих на ній компонентів. Чим зумовлена його ефективність? В результаті проведеного аналізу виявилося, що у радіаторів турбінного типу з ребрами постійного перерізу повітряний канал має перетин, що збільшується, по ходу повітряного потоку, що забезпечує постійну і високу швидкість протікання нагрівається повітря в ньому при малій потужності вентилятора. Крім того, правильний напрямок закрутки ребер повітряним потоком знижує його газодинамічний опір, швидкість охолоджуючого повітря виявляється вищою (до 5 м/с), ніж у ребристих радіаторах (до 2 м/с). В результаті його тепловий опір виявляється порівнянним з тепловим опором ребристого радіатора приблизно в 2,5 рази більшої площі. Застосування мідного кулера цієї моделі може бути рекомендовано при тепловиділенні до 50 Вт. Інші кулери цього типу, наприклад, з каналом постійного перерізу (ребра - трапецієподібної форми), мають меншу ефективність. Кулери з голчастими радіаторами показали високу ефективність завдяки більшій, ніж у ребристих радіаторів однакових габаритів площі поверхні. Найбільш широке застосування знайшли кулери з ребристими радіаторами. Вони прості у розрахунках та дешеві у виробництві. Розглянемо основні залежності, що описують характеристики таких пристроїв. Насамперед, це рівняння теплового балансу:
де Р - теплова потужність, що знімається радіатором; з - питома теплоємність повітря; р – щільність повітря; V – швидкість повітря в каналі; Sкан – площа перерізу каналу; ΔТ = Тр – Тс – температура нагріву повітря в каналі; Тр – температура радіатора; Тс – температура середовища (повітря); а - коефіцієнт тепловіддачі радіатора; S – площа поверхні. Тепловий опір Rp (воно чисельно дорівнює температурі перегріву радіатора на 1 Вт потужності, що підводиться, °С/Вт) характеризує перепад температури в послідовному ланцюгу будь-яких елементів в тепловому потоці, а в даному випадку - тепловий опір процесор-радіатор:
де Рр - потужність, що підводиться до радіатора і розсіюється ним, Вт; ΔТ-перепад температур на контактній поверхні. Знаючи тепловий опір для кожної ланки теплового ланцюга можна оцінити розподіл температури по ній від радіатора до кристала процесора:
де Тр – температура радіатора; Тк – температура кристала; Рпроц - потужність, що розсіюється процесором; RK_K - тепловий опір кристал-корпус процесора; RK – тепловий опір корпус процесора-радіатор; Rp – тепловий опір радіатор-середовище. Тепловий опір контактної поверхні при застосуванні теплопровідної пасти між двома елементами на шляху теплового потоку можна оцінити за емпіричною формулою:
де Sn – площа контактної поверхні. Площа контактної поверхні існуючих процесорів - приблизно від 2 до 15 см2, тепловий опір RK - від 1 до 0,15 ° С/Вт, застосування теплопровідної пасти знижує його до 0,5 ... 0,07 ° С/Вт. При використанні клеїв без наповнювачів вдається отримати RK, у кращому випадку порівнянне зі значенням, що відповідає сухим поверхням, що контактують, клеї з наповнювачами дозволяють досягти значень RK, близьких до тих, що виходять при застосуванні теплопровідної пасти. Справа в тому, що невисихаюча теплопровідна паста під тиском фіксуючого механізму розтікається, і ми отримуємо її шар мінімальної товщини, а клеї, швидко твердне, зберігають зазор, що виник при первинній установці, а він значною мірою і визначає тепловий опір. Головний недолік такого з'єднання в його жорсткості: при нагріванні деформації радіатора передаються у вигляді механічного напруження корпусу процесора, наслідки можуть бути сумними. Звичайно, процес розрахунку теплового режиму пари процесор-кулер набагато складніший, але наведених формул достатньо для розуміння процесів, що відбуваються в системі. А щодо оціночних розрахунків можна звернутися до спеціальної літератури (див., наприклад, Довідник конструктора РЕА під ред. Р. Р. Варламова. - М.: Радянське радіо, 1980). Рідинні кулери бувають двох типів, самопливні та з примусовим прокачуванням. Перші, незважаючи на застосування теплоносія (води) з більшою, ніж у повітря теплоємністю, мають властивості, порівняні з такими найкращими повітряними кулерами, що набагато нижче очікуваних. Пояснюється це малою швидкістю протікання теплоносія та необхідною різницею температур для створення перепаду тиску у вузлі знімання тепла з процесора та теплообмінника. При використанні примусового прокачування теплознімання ефективніше і температура процесора виявляється на 10...15 °С нижче, ніж у попередньому випадку. Але якщо якість з'єднання трубок можна забезпечити тільки за рахунок акуратності, то за наявності надлишкового тиску в трубах з'єднувальних проблеми забезпечення герметичності вирішити складніше. Не можна забувати, що вода має великий коефіцієнт об'ємного розширення, тому необхідна додаткова ємність, що знаходиться вище за верхній вузл системи. Згідно з правилами, ця ємність повинна мати пристрій, що вирівнює тиск навколишнього повітря та в системі охолодження. У найпростішому випадку - це отвір, що повідомляє її із зовнішнім середовищем. В результаті пари води завжди надходитимуть до об'єму системного блоку. Застосування герметичних пристроїв вирівнювання тиску знижує надійність конструкції. Існують і труднощі, про які виробники не пишуть, але з якими стикалися всі, хто працював із системами водяного охолодження електронного обладнання. Це – мікроорганізми. Для запобігання їх зростанню в таких комфортних умовах необхідно вживати спеціальних заходів і не менше одного разу на рік промивати систему. Використання рідинних кулерів ефективне при потужностях понад 1000 Вт. Для охолодження процесорів їх застосовувати не рекомендується через малу потужність і складність експлуатації, що відводиться. Ще один вид кулерів – пристрої із застосуванням термоелектричних елементів Пельтьє. Прикладом може бути кулер з повітряним охолодженням МСХ462+Т фірми SwiftTech на теплові навантаження до 100 Вт. Виріб призначений для використання в системах, де рідинне охолодження є неприпустимим. 127 термоелементів цього кулера живляться від рекомендованого фірмою джерела живлення "Meanwell S320-12" з вихідною напругою 15,2 і струмом навантаження 24 А. Пристрій забезпечує максимальну холодопродуктивність 226 Вт і різницю температур більше 67 °С. Його ціна без вентилятора – близько 90, а повного комплекту – 130... 170 дол. США. По суті елемент Пельтьє є тепловим насосом. Він забезпечує перекачування тепла від процесора до радіатора, витрачаючи на це енергію і додаючи до тепла, що виділяється процесором, своє тепло, яке при ККД близько 50% порівняно з відведеним, а це підвищує тепловиділення в системному блоці. Необхідно також забезпечити "розумне" керування термоелектричною батареєю в залежності від нагрівання процесора для запобігання надмірному пониженню його температури і, як наслідок, конденсації вологи на ньому. Регулювання холодопродуктивності термоелементів дозволяє гнучко відстежувати тепловиділення процесора та оптимізувати споживану потужність. До переваг кулерів на елементах Пельтьє можна віднести їхню здатність знижувати робочу температуру процесора на 67 °С, до недоліків - великі споживану потужність (до 100 Вт) і тепловиділення, складність конструкції та відсутність системних плат, обладнаних пристроями автоматичного керування ними. Без контролю температури процесора можливий вихід із ладу його та системної плати. Даний вид кулерів при спільній роботі з пристроєм управління може бути рекомендований для експериментів із "розгоном" мікропроцесорів. Хотілося б застерегти від самостійного встановлення такого кулера: у "кращому" випадку ви втратите процесор, а в гіршому - ще й системну плату. Справа в тому, що для ефективного охолодження необхідно з мінімальним тепловим опором сполучити дві пари поверхонь (процесор-термоелемент і термоелемент-радіатор) при заданому зусиллі стиснення. З високою якістю це може зробити лише фахівець, який має великий досвід роботи з такими пристроями. У разі невдачі застосування такого кулера принесе лише додаткові проблеми. Для оцінки теплових характеристик стандартного повітряного кулера з ребристим радіатором та його ефективності, залежно від матеріалу радіатора (алюмінієвий сплав, мідь), було виконано розрахунок з орієнтацією на кулер процесора Р4 відповідно до методики, описаної у вищезазначеному довіднику. Вихідні дані: ребристий радіатор з площею поверхні, що обдувається 1560 см2, поверхня - шорстка, чорнена, кріплення - стандартне; потужність, що розсіюється - 80 Вт, температура повітря - +40 °С, швидкість продування - близько 1 м/с. Результати розрахунку ілюструються таблицею та графіками, зображеними на малюнку. У таблиці прийнято такі позначення: ΔТр_кр - перепад температури на переході радіатор-кристал (менше значення - при використанні теплопровідної пасти, більше - без неї); Ткр – температура кристала в тих же випадках; Ррас - сумарна потужність, що відводиться радіатором; Рос. зл. черн - потужність, що розсіюється через випромінювання чорним радіатором.
Як видно з малюнка, радіатор з алюмінієвого сплаву (AI) забезпечує (за інших рівних умов) відведення приблизно 77 Вт теплової потужності при температурі радіатора +52 °С, а з міді (Сі) - майже 80 Вт при температурі радіатора близько +34,5, 1,5 °С. Іншими словами, в даному випадку при однаковій тепловій потужності температура мідного радіатора нижче в 1 рази. Це дозволяє рекомендувати застосування мідних радіаторів у кулерах для охолодження потужних процесорів. Вони успішно справляються із завданням (при товщині ребра більше XNUMX мм), не маючи недоліків водяних та термоелектричних пристроїв. Таблиця дозволяє оцінити цих точок температуру кристала.
Розрахований радіатор має контактний тепловий опір RK = 0,2 °С/Вт з теплопровідною пастою та 0,4 °С/Вт без неї. Тепловий опір радіатора із алюмінієвого сплаву дорівнює 0,67 °С/Вт, з міді - 0,45 °С/Вт (в обох випадках при номінальній потужності) Аналізуючи рівняння теплового балансу (1) та виходячи з досвіду експлуатації систем охолодження, можна рекомендувати:
І загальна рекомендація, про яку можна було б не говорити через її побитість, але практика показує, що не всі професіонали її дотримуються. Правильно застосовуйте теплопровідну пасту, вона полегшить режим роботи процесора. При знятті кулера повинен бути видно тонкий, майже прозорий шар пасти на всій поверхні контакту. Мені ж багаторазово доводилося бачити лише ляпаси в центрі. Таке застосування пасти лише погіршує умови охолодження. Підведемо підсумки. Щоб уявляти, як забезпечується відведення теплової потужності від процесора, треба знати деякі положення та залежності:
Автор: О.Сорокін, м. Райдужний Володимирської обл.
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Жаростійкий глиняний суперконденсатор ▪ Синхронізація годинника по космічним променям ▪ Синтетичний павуковий шовк на основі кишкової палички
▪ розділ сайту Обмежувачі сигналу, компресори. Добірка статей ▪ стаття Гуляка пусте. Крилатий вислів ▪ стаття У яких комах виявлено поведінку, яка нагадує людську вакцинацію? Детальна відповідь ▪ стаття Операціоніст. Посадова інструкція ▪ стаття Регулятор глибини стереоефекту. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Запашний помічник. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page