Úvod

Dnešní počítače jsou stále modernější, rychlejší, výkonnější a to sebou také přináší některá úskalí, jako je např. nadbytečné ohřívání obvodů. Pokud nestačí chlazení přirozenou cirkulací vzduchu, nebo sáláním do okolí, nebo vedením tepla do pasivního chladiče, je nutné použít ventilátor pro nucené odvádění tepla prouděním vzduchu. Dnes se vetšinou v počítači nacházejí 2 ventilátory. Jeden větší ve zdroji, který zajišťuje chlazení zdroje a všech ostatních částí v počítači. Druhý menší se používá přímo na procesoru. Někdy je také počítač doplněn třetím pomocným větrákem, který je vhodný zvláště v serverech a počítačích s větším počtem karet a disků. Funkční ventilátory zajišťují bezchybný chod stroje i při vyšších teplotách okolí a klidný spánek správců. V našich končinách se nejčastěji objevují ventilátory s třecími ložisky nevalné kvality, které mají omezenou životnost. Běžně vydrží jen několik měsíců při trvalém provozu. Ventilátory na procesoru odejdou někdy již po jednom měsíci. Ventilátory s kuličkovými ložisky jsem viděl zatím jen dva a to s odešlou elektronikou. Kvalitní procesorové větráčky jsou např. na tzv. boxovaných procesorech firmy Intel.

Mechanická konstrukce ventilátorů

Většina ventilátorů v součastných počítačích používá velmi podobnou konstrukci a zapojení. Ventilátor se skládá ze základny, do které je vsazeno ložisko. Ložisko je nejčastěji kluzné (třecí) vyrobeno z bronzu, nebo kuličkové. Na středový trn základny je nalisovaná destička s elektronikou a na ni je upevněna kostřička se čtyřmi cívkami a kovovým jádrem viz.obr.č.1.

Menší ventilátorky, např. pro chlazení procesoru mají elektroniku s cívkami a ložiskem samonosnou a nalisovanou do umělohmotné základny. Cívky jsou speciálně vinuté a plechy složené tak, aby byly co nejtenší. Elektronika je vetšinou v provedení SMD viz.obr.č.2.

Vrtule ventilátoru viz.obr.č.3. má uprostřed ocelovou osu a na vnitřní straně výlisku je přilepen magnet ve tvaru prstence, který je na jednom místě přerušen a má 2 severní a 2 jižní póly. Osička má na konci vyfrézovaný zářez, do kterého se po nasunutí do ložiska z druhé strany nasune bezpečnostní podložka, která zajistí vrtuli proti vypadnutí. Zajišťovací podložka je nejčastěji vyrobená z plastu, nebo z kovu.

Elektronika

Elektrické zapojení všech ventilátorků je prakticky shodné, a liší se jen v drobných detailech a hodnotách součástek. Základ tvoři Hallova sonda H1, která je citlivá na magnetické pole. Výstup sondy je přiveden do prvního tranzistoru T1, který spíná dvě protilehlé cívky L1 a L3. Na je ho výstup je také připojen přes odpor R2 druhý tranzistor T2 spínající zbývající dvě protilehlé cívky L2 a L4 umístěné kolmo na první dvě cívky. Na vstupu bývá ochranná dioda D1, která zabraňuje nechtěnému přepólování napajení ventilátoru. Na výstup z Hallovy sondy býva připojen vytahovací rezistor R1. Je to proto, že výstup je zapojen jako otevřený kolektor.

Popis funkce

Po zapnutí je vrtule v určité pozici. Hallova sonda H1 není sepnuta, tranzistor T1 se díky R1 sepne a cívkami L1 a L3 prochazí proud. T2 je rozepnut. Vrtule se dá do pohybu a až urazí maximálně čtvrt otáčky, tak se sepne Hallova sonda, T1 se zavře, T2 sepne cívku L2 a L4 a vrtule pokračuje v pohybu opět o čtvrt otáčky. Poté se Hallova sonda opět vypne a celý postup se opakuje. Otáčky jsou přímo úměrné napájecímu napětí. Otáčky také závisí na hodnotách součástek, mechanickém tření, odporu vzduchu apod.

3-vodičové ventilátory

Také jste se už pozastavili nad tím, proč má ten ventilátor 3-vodiče. Nebo jakto, že počítač ví, kolik má ventilátor na procesoru otáček. Je to velmi jednoduché. Černý vodič bývá obvykle Zem. Další drát je +12V a třetí je výstup z Hallovy sondy označován jako "Rotation" nebo "Speed". Barevné značení a zapojení konektoru není moc standardizováno.

Výstup "Rotation" je obvykle posílen jedním tranzistorem. Výstup je zapojen jako otevřený kolektor. Na jednu otáčku připadají dva pulzy. Např. při 3000 ot/min je frekvence výstupu 6000Hz. Hardware v počítači pro snímání obvykle umí měřit s poměrem 1:1, 1:2, 1:4 a dalšími. Zřejmě se používá u ventilátorů s jiným počtem pólů. V našem případě se nastaví dělící poměr na 1:2 a software by měl ukazovat 3000RPM. Hardware v počítači je také někdy schopen měnit otáčky ventilátoru podle teploty. Používá se buď metoda snižování napětí, nebo pulzně šířková modulace. Počítač má také zpětnou kontrolu přes snímač otáček. Ventilátory při maximálních otáčkách někdy dost hučí, proto je vhodné jim snížit otáčky.

3-vodičový ventilátor je možné si lehce vyrobit z jakéhokoliv 2-vodičového ventilátoru pomocí jednoho tranzistoru a dvou odporů. Stačí upravit zapojení podle originálního 3-vodičového ventilátoru - viz.dále.

Závady a jejich řešení

Nejčastější závady jsou způsobené zadřením ložiska. Je to z důvodu použití nekvalitních materiálů na kluzná ložiska, nepřesné výroby, velké prašnosti, nebo vysoké teploty. Často je to vinou více těchto vlivů dohromady. Tomuto lze težko předcházet. Pokud se ventilátor zadře a elektronika neshoří, dá se ventilátor opravit.

Ventilátor se rozebere odlepením samolepky, sundáním zajišťovací podložky z osy a vyndáním vrtule. Je třeba si dát pozor na různé distanční podložky a gumové kroužky vymezující polohu osy. Štětcem, hadrem a vysavačem odstraníme hrubý prach ze všech částí ventilátoru. Do ložiska a na osu kápneme olej a necháme chvilku působit. Po té osu vyleštíme hadříkem a ložisko vatičkou namotanou na tenkém šroubováčku, nebo špejli. Postup můžeme několikrát opakovat. Po vyčištění ložiska a osy můžeme obě tyto části namazat olejem, nebo vazelínou a ventilátor opět smontovat. S použitím vazelíny nemám dobré zkušenosti. Ventilátor se může zadřít za pár dnů. Osvědčil se mi olej, nějaký motorový, nejlépe trochu hustší, ale příliš na tom nezáleží. Opravený ventilátor obvykle vydrží několik týdnu, měsíců až let podle typu a podle opotřebení ložiska. Pokud má osa po vyčištění v lůžku příliš velkou vůli, obvykle se nevyplatí ventilátor opravovat, protože by velmi brzy po uvedení do provozu začal drnčet, nebo se opět zadřel.

Může také dojít ke zničení elektroniky vinou vyššího napájecího napětí, nebo mezizávitovým zkratem cívky. Může to být také způsobeno nejdříve zadřením ventilátoru, nasledným přehřátím cívek, zkratem na vinutí a likvidací tranzistorů.

Pokud je ventilátor mechanicky v pořádku, točí se volně, ale má problémy s rozběhem a nedosáhne jmenovitých otáček, může být problém ve spínání jedné dvojice cívek. Pokud větráček popostrčíte, obvykle se rozjede a setrvačností jede i na jednu dvojici cívek. Tato kuriózní závada byla např. u větráčku, který měl omylem kapkou cínu spojenu bázi a kolektor jednoho tranzistoru.

Problémy s hlukem

Některé počítače mají dost hlučný větráček a jiné ne. Jak je to možné? Někdy je ve zdroji vestavěn obvod pro regulaci otáček ventilátoru v závislosti na teplotě. Pak jsou samozřejmě otáčky menší a hladina hluku nižší. Pro nižší hladinu hluku je vhodné zvolit větráček s nižším počtem otáček např. 2300rpm. Pokud takový větrák nemáme, je možné připojit napájení místo na +12V na +5V. Toto řešení má ovšem dvě úskalí. Větráček se může špatně rozbíhat a také nemusí stíhat dostatečně odvádět teplo. Můžeme ho také zapojit mezi +5V a +12V, tím získáme napajení pro větráček +7V jako vhodný kompromis. Můžeme také použít speciální regulátor otáček v závislosti na teplotě, nebo využít hardware počítače, pokud má pro toto podporu.

Situace na našem trhu

V našich krajích to není s větráčky moc růžové. O ventilátorech nikdo nic neví, snad jen, že jsou velké a malé. Po delším hledání se mi podařilo narazit pouze na značku SUNON. Dodavá je např. GM Electronic, nebo GES. Bohužel je k dispozici pouze sortiment větráčků s kluznými ložisky, i když firma vyrábí téměř všechny typy i v provedení s kuličkovými ložisky. Cena ventilátoru do PC zdroje o rozměrech 80 x 80 x 25mm se pohybuje kolem 120,- Kč, což je docela rozumná cena. Bohužel je to opět typ s kluzným ložiskem a vysokými otáčkami 3000rpm. (Mimochodem byl mi prodán jako typ s 2300rpm). Takže lze očekávat, že po nějakém čase opět odejde a ještě k tomu bude docela hlasitě hučet. Ale co, v levnějších PC sestavách se stejně jiné větráčky nedodávají.

Novinka - dají se u Nás sehnat ventilátory do zdroje s kuličkovým ložiskem značky Titan za cenu kolem 180,-Kč. Dále nabízí opravdu široký sortiment větráků do slotu na HDD, na grafické karty apod. Ceny jsou velmi rozumné a většina zboží na skladě. (Nemám s nimi nic společného, ale nic lepšího jsem zatím nenašel).

Pokračování příští týden..

Odkazy související s ventilátory a chlazením -

http://www.nidec.com NIDEC vyrábí velmi kvalitní a spolehlivé ventilátory. Používá je například firma IBM.

http://www.sunon.com SUNON vyrábí velmi mnoho různých typů ventilátorů. K nám se bohužel dostanou pouze levnější (čti horší) typy.

http://www.tntrade.cz/shop/ Titan - chladiče CPU, GFX karet, HDD atd.