التحكم في مروحة الكمبيوتر
التحكم في المروحة هو إدارة سرعة دوران المروحة الكهربائية. في أجهزة الكمبيوتر، يتم استخدام أنواع مختلفة من مراوح الكمبيوتر لتوفير التبريد الكافي ، وتوازن آليات التحكم المختلفة في المروحة بين قدرات التبريد والضوضاء التي تولدها. يتم تحقيق ذلك عادةً من خلال وجود دوائر مراقبة للأجهزة في اللوحات الأم ، والتي يمكن للمستخدم النهائي تكوينها من خلال BIOS أو برامج أخرى للتحكم في المروحة. [1]
الحاجة إلى التحكم في المروحة
مع تزايد قوة أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، تزداد متطلباتها للطاقة الكهربائية . تصدر أجهزة الكمبيوتر هذه الطاقة الكهربائية على هيئة حرارة تولدها جميع المكونات الرئيسية . ويختلف إنتاج الحرارة وفقًا لحمولات النظام، حيث تولد فترات النشاط الحسابي المكثف حرارة أكبر بكثير من وقت الخمول . [1]
لم تكن المعالجات في معظم أجهزة الكمبيوتر المبكرة التي تعتمد على x86، وحتى بعض أجهزة 486 المبكرة، بحاجة إلى تهوية نشطة. كانت مصادر الطاقة بحاجة إلى تبريد قسري، كما قامت مراوح مصدر الطاقة بتوزيع هواء التبريد عبر بقية أجهزة الكمبيوتر بمعيار ATX . والنتيجة الثانوية لزيادة توليد الحرارة هي أن المراوح تحتاج إلى تحريك كميات متزايدة من الهواء وبالتالي تحتاج إلى أن تكون أكثر قوة. ونظرًا لضرورة تحريك المزيد من الهواء عبر نفس المنطقة من المساحة، ستصبح المراوح أكثر ضوضاءً.
يمكن للمراوح المثبتة في هيكل الكمبيوتر أن تنتج مستويات ضوضاء تصل إلى 70 ديسيبل . نظرًا لأن ضوضاء المروحة تزداد مع القوة الخامسة لسرعة دوران المروحة ، [2] فإن تقليل الدورات في الدقيقة (RPM) بمقدار صغير يعني انخفاضًا كبيرًا في ضوضاء المروحة. يجب القيام بذلك بحذر، حيث قد يؤدي الانخفاض المفرط في السرعة إلى ارتفاع درجة حرارة المكونات وتلفها. [ بحاجة لتحديث ] إذا تم ذلك بشكل صحيح، يمكن تقليل ضوضاء المروحة بشكل كبير.
موصلات المروحة
تستخدم مراوح التبريد الشائعة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر موصلات قياسية ذات دبوسين إلى أربعة دبابيس. يتم استخدام الدبوسين الأولين دائمًا لتوصيل الطاقة إلى محرك المروحة، بينما يمكن أن يكون الباقي اختياريًا، حسب تصميم المروحة ونوعها:
- الأرض – أرض مشتركة
- Vcc (الطاقة) - مصدر طاقة اسميًا +12 فولت، على الرغم من أنه قد يكون متغيرًا حسب نوع المروحة وسرعة دوران المروحة المطلوبة
- خرج الاستشعار (أو مقياس سرعة الدوران) من المروحة - يخرج إشارة تنبض مرتين لكل دورة من دورات المروحة كسلسلة نبضات، مع تردد الإشارة المتناسب مع سرعة المروحة
- مدخل التحكم – إشارة إدخال تعديل عرض النبضة (PWM)، تُستخدم عندما تحتوي مجموعة مروحة التبريد على دائرة تشغيل محرك داخلية. توفر مجموعات المراوح التي تحتوي على مدخل التحكم هذا القدرة على ضبط سرعة دوران المروحة دون تغيير جهد الدخل الذي يتم توصيله إلى مجموعة مروحة التبريد. تسمح سرعة الدوران المتغيرة بضبط معدل التبريد لتلبية الطلب، مما يؤدي إلى تهدئة المروحة وتوفير الطاقة عندما لا تكون هناك حاجة إلى السرعة الكاملة.
يختلف لون الأسلاك المتصلة بهذه الدبابيس حسب عدد الموصلات، ولكن دور كل دبوس موحد ومضمون ليكون هو نفسه في أي نظام. عادةً ما يتم تصميم مراوح التبريد المجهزة بموصلات ثنائية أو ثلاثية الدبابيس لقبول مجموعة واسعة من جهد الإدخال، مما يؤثر بشكل مباشر على سرعة دوران الشفرات.
أنواع الرقابة
ترموستاتي
في هذا النمط من التحكم في المروحة، يتم تشغيل المروحة أو إيقاف تشغيلها. يتم فحص درجة الحرارة داخل الهيكل، وإذا تم اكتشاف درجة حرارة خارج النطاق، يتم ضبط المراوح على أقصى سرعة لها. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون حد معين مرة أخرى، يتم إيقاف تشغيل المراوح مرة أخرى. تقلل طريقة التحكم هذه من مشكلات الضوضاء ومتطلبات الطاقة أثناء فترات الاستخدام المنخفض، ولكن عندما يعمل النظام بكامل طاقته، يمكن أن تصبح ضوضاء المروحة مشكلة مرة أخرى.
تنظيم الجهد الخطي
المروحة القياسية للتبريد عبارة عن محرك تيار مستمر مزود بشفرات. من خلال تغيير جهد الدخل عبر النطاق المقبول للمروحة، ستزداد سرعة المروحة (إلى جهد إضافي) وتقل (إلى جهد منخفض)؛ تعني المروحة الأسرع تحريك المزيد من الهواء وبالتالي معدل تبادل حراري أعلى. هناك عدة طرق لإجراء هذا التنظيم، كما هو موضح أدناه.
المقاومات
المقاومات المتصلة على التوالي مع دبوس الطاقة للمروحة هي أبسط طريقة لتقليل ضوضاء المروحة، لكنها تزيد من الحرارة المتولدة داخل هيكل الكمبيوتر . نظرًا لأن انخفاض الجهد يتناسب مع التيار، فقد لا تبدأ المروحة. يجب أن تكون ذات تصنيف طاقة مناسب. للتحكم في المروحة المتغيرة، يمكن استخدام مقاييس الجهد جنبًا إلى جنب مع الترانزستور مثل MOSFET الذي يتم التحكم في جهد خرجه بواسطة مقياس الجهد. من الممكن استخدام مقاوم متغير بدلاً من ذلك.
الثنائيات
سيؤدي توصيل الصمام الثنائي على التوالي مع المروحة إلى تقليل الجهد الكهربي الخارج إلى المروحة. يوفر الصمام الثنائي السليكوني انخفاضًا ثابتًا نسبيًا في الجهد الكهربي يبلغ حوالي 0.7 فولت لكل صمام ثنائي؛ تحدد أوراق البيانات الخاصة بصمام ثنائي معين انخفاض الجهد الكهربي الخاص به، على سبيل المثال، يتراوح انخفاض الجهد الكهربي لصمام السيليكون 1N4001 من حوالي 0.7 إلى 0.9 فولت حيث يختلف التيار من 0.01 إلى 1 أمبير. [3] يجب ملاحظة تصنيف الطاقة وقد تتطلب بعض الصمامات الثنائية التبريد للعمل عند تيارها المقدر. سينخفض انخفاض الجهد الكهربي عبر الصمام الثنائي مع درجة الحرارة، مما يتسبب في تسريع المروحة.
مثل غيرها من منظمات السلسلة، فإن الصمام الثنائي سوف يبدد الطاقة بما يعادل انخفاض الجهد الخاص به مضروبًا في التيار الذي يمر من خلاله.
تعديل الجهد ("تعديل الجهد")
يتم تحديد الجهد الذي تتلقاه مروحة تبريد الكمبيوتر من خلال الفرق بين سلك الجهد (+12 فولت) وسلك الأرض (+0 فولت). من خلال توصيل أحد السلكين أو كليهما بجهد مختلف، فإن الجهد الذي تتلقاه المروحة سيكون مختلفًا عن الجهد الافتراضي 12 فولت الذي صُممت المروحة من أجله.
يمكن تحقيق زيادة الجهد [4] فوق الجهد الافتراضي 12 فولت عن طريق توصيل خط الطاقة −12 فولت أو −5 فولت بدلاً من سلك التأريض في موصل المروحة، وعن طريق توصيل خط الطاقة 5 فولت في مدخل +12 فولت لموصل المروحة. ومن خلال هذا الإجراء، يمكن تحقيق جهد 10 و17 و24 فولت، مع احتمالية إتلاف الجهد الذي يتجاوز 12 فولت لمراوح الكمبيوتر المقدرة بـ 12 فولت. ومع ذلك، فإن الجمع بين مصادر الطاقة الحديثة لم يعد مطلوبًا لتوفير خط طاقة −5 فولت وقدرة توصيل الطاقة المحدودة لخط −12 فولت (عادةً أقل من 1 أمبير من التيار) يقلل من السعة الإجمالية للمراوح المعدلة بالفولت في الأنظمة الحديثة.
يؤدي توصيل خط الطاقة +5 فولت بمدخل +12 فولت للمروحة إلى تقليل الجهد الذي تتلقاه المروحة إلى +5 فولت. لن تعمل بعض المراوح عند هذا الجهد المنخفض على الإطلاق، بينما قد تعمل بعض المراوح الأخرى عند +5 فولت بمجرد بدء الدوران بسرعة معقولة. [ بحاجة لمصدر ]
طريقة أخرى لتقليل سرعة المروحة [5] هي تحريك السلك 5 فولت في موصل الطاقة الكلاسيكي Molex في مكان السلك الأرضي المتجه إلى المروحة، وبالتالي توصيل +7 فولت (12 فولت − 5 فولت = 7 فولت) إلى المروحة. ومع ذلك، فهذه طريقة محفوفة بالمخاطر، لأن خط PSU +5 فولت مخصص لمصدر التيار فقط، وليس استنزافه، لذلك من المحتمل أن تتلف PSU في حالة وجود حمل على خط PSU 5 فولت أقل من الحمل الناتج عن مراوح 7 فولت (على سبيل المثال عندما يدخل الكمبيوتر في حالة الخمول / السكون). أيضًا، قد تتعرض المكونات الموجودة داخل الكمبيوتر التي تستخدم طاقة +5 فولت لأكثر من 5 فولت في حالة حدوث ماس كهربائي في المروحة.
منظمات خطية متكاملة أو منفصلة
تُستخدم أحيانًا دوائر متكاملة لتنظيم الجهد مثل سلسلة LM78xx الشهيرة لتوفير جهد متغير أو ثابت للمراوح. عند ربطها حراريًا بهيكل الكمبيوتر، يمكن لإحدى هذه الدوائر المتكاملة توفير ما يصل إلى 1 أمبير من التيار عند جهد 6 أو 8 أو 9 أو 10 فولت لـ LM7806 وLM7808 وLM7809 وLM7810 على التوالي. [6] توجد أيضًا إصدارات قابلة للتعديل مثل LM317 الشهيرة ؛ عند دمجها مع مقياس الجهد ، تسمح هذه المنظمات القابلة للتعديل للمستخدم بتغيير سرعة مروحة العديد من المراوح عند تيارات تتجاوز بكثير ما يمكن لمقياس الجهد القياسي التعامل معه. [7]
بالنسبة للتيارات الأعلى، فإن منظمات الجهد الخطية المنفصلة تكون بسيطة نسبيًا في التصنيع باستخدام ترانزستور طاقة أو MOSFET وترانزستور إشارة صغير أو ديود زينر كمرجع للجهد. وفي حين تتطلب منظمات الجهد المنفصلة مكونات إضافية (حد أدنى اثنين من الترانزستورات وثلاث مقاومات ومكثف صغير)، فإنها تسمح بتيارات عالية بشكل تعسفي، مما يسمح بتنظيم المراوح والملحقات الإضافية.
كما هو الحال مع المنظمات الخطية الأخرى، فإن الحرارة المهدرة التي يتم إنتاجها ستكون تقريبًا P = ( V داخل - V خارج ) I خارج . [8]
تعديل عرض النبضة
يعد تعديل عرض النبضة (PWM) طريقة شائعة للتحكم في مراوح الكمبيوتر. عادةً ما يتم توصيل المروحة القادرة على تعديل عرض النبضة بموصل ذي 4 دبابيس (توصيل الدبابيس: الأرضي، +12 فولت، الاستشعار، التحكم). يستخدم دبوس الاستشعار لنقل سرعة دوران المروحة ودبوس التحكم عبارة عن خرج تصريف مفتوح أو مجمع مفتوح، والذي يتطلب سحبًا لأعلى إلى 5 فولت أو 3.3 فولت في المروحة. على عكس تنظيم الجهد الخطي، حيث يتناسب جهد المروحة مع السرعة، يتم تشغيل المروحة بجهد إمداد ثابت؛ يتم التحكم في السرعة بواسطة المروحة بناءً على إشارة التحكم.
إشارة التحكم عبارة عن موجة مربعة تعمل عند 25 كيلو هرتز، مع تحديد دورة العمل لسرعة المروحة. يتم استخدام 25 كيلو هرتز لرفع صوت الإشارة فوق نطاق السمع البشري؛ يمكن أن ينتج استخدام تردد أقل همهمة أو أنينًا مسموعًا. عادةً يمكن تشغيل المروحة بين حوالي 30% و100% من سرعة المروحة المقدرة، باستخدام إشارة تصل إلى دورة عمل 100%. يعتمد سلوك السرعة الدقيق عند مستويات التحكم المنخفضة (خطي، متوقف حتى قيمة عتبة، أو سرعة دنيا حتى عتبة) على الشركة المصنعة. [9]
تحتوي العديد من اللوحات الأم على برامج ثابتة وبرامج تعمل على تنظيم هذه المراوح استنادًا إلى درجات حرارة المعالج وعلبة الكمبيوتر.
وحدات التحكم في سرعة المروحة
هناك طريقة أخرى شائعة بين عشاق أجهزة الكمبيوتر، وهي وحدة التحكم اليدوية في سرعة المروحة. ويمكن تركيبها في فتحة توسعة أو في حاوية محرك أقراص مقاس 5.25 بوصة أو 3.5 بوصة أو يمكن أن تكون مدمجة في هيكل الكمبيوتر. وباستخدام المفاتيح أو الأزرار، يمكن ضبط سرعات المراوح المرفقة بإحدى الطرق المذكورة أعلاه.
الأجهزة
تتميز معظم اللوحات الأم الحديثة بشرائح مراقبة الأجهزة ، والتي تكون قادرة على التحكم في المروحة، [1] عادةً من خلال طريقة PWM كما هو موضح أعلاه. يمكن تكوين هذه الشرائح من خلال BIOS ، [10] : §11.1 أو باستخدام برنامج متخصص بمجرد تشغيل نظام التشغيل.
تنتج المعالجات مستويات متفاوتة من الحرارة اعتمادًا على حمل النظام، وبالتالي فمن المنطقي تقليل سرعة المراوح أثناء الخمول لتقليل الضوضاء الناتجة عن تشغيل المراوح بأقصى سرعة، حتى يرتفع الحمل، وفي هذه المرحلة يجب ضبط سرعة المروحة على الفور لتجنب ارتفاع درجة الحرارة. تتمتع شرائح مراقبة الأجهزة الحديثة، بمجرد تكوينها، بالقدرة على تشغيل حلقة المراقبة هذه بشكل مستقل دون الحاجة إلى نظام BIOS أو نظام تشغيل يعمل. يمكن تسمية هذا التحكم التلقائي الذي توفره بعض الشرائح بوضع Thermal Cruise للحفاظ على غلاف حراري، بالإضافة إلى وضع Fan Speed Cruise للحفاظ على سرعة مروحة معينة تلقائيًا. [10] : §12
ومع ذلك، ليست كل البرامج قادرة على الوصول إلى معلمات التكوين المتقدمة هذه التي توفرها بعض الرقائق، ومن الشائع جدًا أن تنفذ البرامج العامة فقط أبسط واجهة مع الرقائق، وهي إعداد صريح لدورة العمل لكل إعداد للتحكم في المروحة، ثم إجراء تعديلات دورة العمل نفسها في البرنامج، وبالتالي تتطلب أن يستمر كل من نظام التشغيل، وكذلك برنامج الطرف الثالث نفسه في العمل على وحدة المعالجة المركزية الرئيسية لأداء حلقة المراقبة. [10] : §11.3 قد لا تكون هذه مشكلة حتى يتعطل النظام أو الأداة المساعدة، وفي هذه المرحلة قد يسخن النظام بسبب فشل المراوح في الحفاظ على التبريد الكافي أثناء التشغيل بجهد وسرعة منخفضين.
برمجة
توفر العديد من الشركات الآن برامج للتحكم في سرعات المروحة على اللوحات الأم الخاصة بها في أنظمة التشغيل Microsoft Windows أو Mac OS X/MacOS. تستخدم اللوحات الأم المختلفة برامج مختلفة. هناك أيضًا برامج تابعة لجهات خارجية تعمل على مجموعة متنوعة من اللوحات الأم وتسمح بتخصيص واسع لسلوك المروحة اعتمادًا على قراءات درجة الحرارة من اللوحة الأم ووحدة المعالجة المركزية وأجهزة استشعار وحدة معالجة الرسومات، فضلاً عن السماح بالتحكم اليدوي. من بين هذه البرامج SpeedFan [11] وArgus Monitor. [12]
انظر أيضا
مراجع
- ^ abc Constantine A. Murenin (2007-04-17). "1. الخلفية". التفاعل العام مع شاشات أجهزة نظام المعالجات الدقيقة. وقائع مؤتمر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولي لعام 2007 حول الشبكات والاستشعار والتحكم، 15-17 أبريل 2007. لندن، المملكة المتحدة: معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . ص 901-906. doi :10.1109/ICNSC.2007.372901. ISBN 978-1-4244-1076-7. IEEE ICNSC 2007، ص 901-906.
- ^ باربر، أنتوني (1992). Handbook of Noise and Vibration Control – Antony Barber – Google Books. Elsevier Advanced Technology. ISBN 9781856170796. تم الاسترجاع بتاريخ 2014-01-01 .
- ^ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) في 2012-09-04 . تم استرجاعها في 2015-02-26 .
{{cite web}}:CS1 maint: نسخة مؤرشفة كعنوان ( رابط ) - ^ "Overspin Your Fans". مؤرشف من الأصل في 2002-06-09 . تم الاسترجاع 2017-04-05 .
- ^ "احصل على 12 فولت أو 7 فولت أو 5 فولت لمراوحك". مؤرشف من الأصل في 2008-09-18 . تم الاسترجاع في 2016-09-03 .
- ^ "LM7808". fairchildsemi.com . مؤرشف من الأصل في 2015-04-02 . تم الاسترجاع 2014-08-13 .
- ^ "LM317 - Single Channel LDO - Linear Regulator (LDO) - Description & parameters". ti.com .
- ^ "الاعتبارات الحرارية للمنظمات الخطية". 28 نوفمبر 2006. مؤرشف من الأصل في 2015-04-02 . تم الاسترجاع في 2015-02-26 .
- ^ "مواصفات مراوح التحكم PWM ذات الأربع أسلاك" (PDF) . سبتمبر 2005. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-07-26 . تم الاسترجاع في 2011-07-21 .
- ^ abc Constantine A. Murenin (2010-05-21). أجهزة استشعار OpenBSD - مراقبة البيئة والتحكم في المروحة ( أطروحة ماجستير في الآداب ). جامعة واترلو : UWSpace. hdl :10012/5234. معرف المستند: ab71498b6b1a60ff817b29d56997a418.
- ^ "SpeedFan - الوصول إلى مستشعر درجة الحرارة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك".
- ^ "Argus Monitor - برنامج للتحكم في مراوح وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات والنظام باستخدام أي مصدر متاح لدرجة حرارة الكمبيوتر الشخصي". 9 يوليو 2021.
روابط خارجية
- مواصفات المراوح ذات التحكم PWM رباعية الأسلاك الإصدار 1.3، Intel
- موصلات المروحة ثلاثية الأسلاك ورباعية الأسلاك من Intel
- موصلات مروحة اللوحة الأم ثلاثية الأسلاك ورباعية الأسلاك، جميع الموصلات
- لماذا وكيف يتم التحكم في سرعة المروحة (2/3/4 أسلاك) لتبريد الأجهزة الإلكترونية والأجهزة التناظرية
- التحكم في سرعات المروحة في Linux على اللوحات الأم PWM وأجهزة Thinkpads وأجهزة ASUS Eee PC
