Для тех, кто не читал предыдущий материал, расскажу вкратце, что речь шла о разработке корпуса со встроенным блоком питания для самостоятельной сборки настольного компьютера на базе материнских плат стандарта Thin Mini-ITX.
Как и ранее, основная концепция не изменилась. Под выражением «настольный компьютер» я подразумеваю (как минимум) возможность установки любого процессора из линейки Intel Core i Desktop Processors, встроенный блок питания и возможность установки не менее 2-х внутренних накопителей информации. Также, должна быть предусмотрена возможность подсоединения как внутренних, так и внешних беспроводных антенн.
В предыдущем дизайне обеспечивалась выборочная совместимость с материнскими платами Thin Mini-ITX. Мне показалось это несправедливым, и я переработал дизайн для совместимости со всеми существующими платами этого стандарта. Так же, кардинально была пересмотрена система охлаждения. Итак, обо всем подробнее…
Система охлаждения
Основная проблема предыдущего дизайна — это перегрев. Устранить это явление изменением внешнего дизайна было бы не так интересно, как воплотить что-то принципиально новое. Мне очень хотелось, что бы в столь компактном корпусе все внутренние компоненты охлаждались и работали при постоянных температурах вне зависимости от нагрева центрального процессора. Вполне логично было бы предположить, что изменение направления движения воздушного потока может кардинально исправить ситуацию. И первые эксперименты показали потрясающую эффективность данного способа. Процессор стал работать на максимальных частотах Turbo Boost, а его температура находилась в пределах нормы. Уже тогда было ясно, что данный способ охлаждения в компактном корпусе себя оправдал. Предчувствуя немалый потенциал этой идеи, я решил уточнить дизайн корпуса под изменившееся направление движения воздуха и максимально оптимизировать данный процесс. Как и в прошлый раз, корпус состоит из 3-х деталей.
Нижняя крышка. Она же крепление блока питания:
Деталь-сепаратор входящего и исходящего воздуха. На ней же крепится жесткий диск:
Верхняя крышка, на которой крепится материнская плата:
Все детали подвержены одной идее скругленного дизайна. То есть — полное отсутствие острых углов. Это позволило максимально упростить движение воздушных потоков внутри, а так же увеличить внутреннее пространство для размещения компонентов. Теперь корпус способен разместить любую материнскую плату стандарта Thin Mini-ITX с оригинальной задней панелью. Также, есть возможность установки материнских плат с процессорами Intel Atom. В этом случае, высота собственного радиатора процессора не должна превышать 20мм.
Вентиляционные отверстия для входящего воздуха находятся как на нижней, так и на верхней крышках:
Причем, их размеры и расположение не случайны. В нижней части овальные отверстия забирают воздух для охлаждения блока питания и пространства под ним. Отверстия посередине пропускают воздух для охлаждения материнской платы и жесткого диска. А сетка на верней крышке предназначена для продува пространства между материнской платой и верхней крышкой. Такое расположение вентиляционных отверстий позволяет равномерно распределить холодный воздух внутри всей системы. Впоследствии, потоки воздуха встречаются на радиаторе процессора, и охлаждая его, сразу же выбрасываются наружу. Для свободного отвода теплого воздуха был переработан дизайн нижней части корпуса:
В этом месте не должно быть никаких преград для беспрепятственного выхода воздуха. Благодаря большой площади и радиальному расположению выходных отверстий, воздух устремляется наружу практически без задержки.
Радиатор и вентилятор
В радиаторе охлаждения нет ничего нового за исключением того, что ребра радиатора направлены в обратную сторону от обычного. Это связано с изменением направления движения воздушного потока. Также, я увеличил кол-во ребер радиатора до 72, что добавило эффективности при отводе тепла. В остальном, это обычная конструкция с применением медного сердечника и алюминия в тепло-распределителе:
Более неожиданным оказался эксперимент с вентилятором. Первоначально-расчетным был вентилятор размером 75х16мм. Как мне казалось, это самый оптимальный вариант в плане компактности и прокачки необходимого кол-ва воздуха. Но я ошибался. Как оказалось, не столь важно количество проходящего воздуха, сколько площадь соприкосновения воздуха с охлаждаемой поверхностью. После нехитрых экспериментов было выявлено, что гораздо эффективнее использовать пропеллер размером поменьше (75х11мм), тем самым увеличив высоту лопастей радиатора, чем увеличивать воздушный поток. Это сделало систему еще тише и понизило температуру процессора:
В итоге, относительно небольшой вентилятор умудряется уверенно охлаждать горячие камни, блок питания и все внутренние компоненты системы. При всем при этом, его становится слышно только в задачах кодирования видео, 3-х мерного тонирования и других, загружающих процессор по полной. В остальных случаях, частота вращения не превышает 1000-1800 оборотов. Далее, в результатах тестов мы в этом убедимся.
Блок питания
Хотя, предыдущий вариант блока питания в новых условиях охлаждения работал идеально, и успешно прошел многомесячные загрузочные тесты, я решил прислушаться к мнению своих оппонентов на Хабре и изменил схемотехнику, увеличив его номинальную долговременную мощность до 150W. Да и дизайн PCB стал намного симпатичнее. Также, все элементы были перенесены на верхнюю часть платы.
На некоторых материнских платах старых ревизий, пустует место для подключения внутреннего блока питания (разъем Molex 5566-2):
В данном случае, этот разъем (который входит в комплект) можно припаять самостоятельно, или использовать внешний блок питания напряжением 19v, с рекомендуемой мощностью не менее 120W.
И еще одна мелочь… Разъем сети переменного тока IEC 60320 C8 я решил встроить в нижнюю крышку, а не использовать отдельное стандартное решение. Это позволило уменьшить размеры нижней крышки и сохранить основные пропорции корпуса. Также, это добавило монолитности и целостности всей конструкции:
Материалы
В предыдущем дизайне был использован алюминий. С эстетической точки зрения, это идеальный материал. С точки зрения производства — обработка алюминия связана с высокими затратами как материальными, так и временными. В нашем случае есть еще одна неприятная особенность. Дело в том, что теплый воздух, проходящий через нижнюю крышку, нагревает ее и тепло передается вверх, нагревая весь корпус в целом. Также, в случае применения алюминия, отпадает возможность использования внутренних беспроводных антенн.
В связи с этим, материалом корпуса был выбран поликарбонат. Он обладает необходимой прочностью, прекрасным внешним видом, теплостойкостью, а так же свойством нераспространения тепла. В данном случае это как раз то, что нужно. Помимо этого появилась возможность изготовления деталей любого цвета и применения приятной финишной обработки. В нашем случае, к деталям применена матовая финишная обработка — Satin Finish. Текстурная обработка форм — грейд А, как внутри деталей, так и снаружи. Верхняя крышка имеет зеркальную внешнюю полировку и ультрафиолетовое покрытие для защиты от мелких царапин и легкой очистки.
Дополнительно, хотелось бы добавить, что в корпусе отсутствуют внешние крепежные элементы, склейки, защелки, клепки и шурупы. Точность изготовления деталей корпуса в местах креплений — 0.07мм (для точного позиционирования крепежных элементов). Все внутренние винты одного размера (для удобства сборки), и имеют ответные латунные гайки, внедренные в пластиковые детали:
Результаты тестирования
Тестовая конфигурация:
Материнская плата: Intel DH61AG
Процессор: Intel Core i7-3770 (TDP 77W)
Оперативная память: 8Gb SO-DIMM DDR3 1600
SSD: Mini PCI-E Plextor 64GB
HDD: 2.5' Hitachi Travelstar 5K750
WI-FI: Broadcom 4322
Система охлаждения: Активная. Собственная. С вентилятором 1200-4200prm. С PWM контроллером.
Температура воздуха при тестировании: 23°С
Температуры в простое:
Тест приложений. Работа с RAW фотографиями в Lightroom, верстка видео в Premiere, обработка фотографий в Photoshop, моделирование в Solidworks. Во время верстки видео использовалась цветокоррекция Magic Bullet Looks. В Lightroom и Photoshop обычная рутинная работа с применением базовых инструментов. В Solidworks велась работа с полной сборкой корпуса включая блок питания и систему охлаждения. На протяжении всего теста частота вращения вентилятора составила 1200-1800 оборотов — от бесшумного до тихого:
Синтетический тест. Полная загрузка системы, включая жесткий диск, модули памяти. Имитация кодирования видео, 3-х мерного тонирования финальной сцены и т.д. На протяжении всего теста частота вращения вентилятора составила 3500-4200 оборотов — это максимальное значение. Шум ровный. Без жужжания и высокочастотных примесей. На уровне около 35db:
Во всех тестах мы можем наблюдать, что температуры жесткого диска и модулей памяти практически не менялись. Тоже касается и блока питания. Процессор работал на максимальной частоте Turbo Boost и его температура оставалась в пределах нормы. Дросселирование тактов не наблюдалось. Что касается самого корпуса, то его температура была чуть теплой в простое, и с незначительным нагревом при максимальных нагрузках. Удачное расположение вентиляционных отверстий позволяет устанавливать корпус в любом положении. Горизонтально, или с креплением на стене, вертикально на боку, вверх тормашками, или один на другом. В любом случае, это не перекроет потоки воздуха и не повлияет на качество охлаждения.
Тест проводился при настройках BIOS по умолчанию. При тонкой настройке BIOS и незначительном увеличении температуры процессора, удалось снизить обороты вентилятора при максимальных нагрузках до 3000-3500. Что уменьшило уровень шума. Скорее всего, на новых чипсетах и в связке с новыми процессорами, этот показатель будет еще лучше.
Заключение
Применение реверсивной системы охлаждения кардинально изменило ситуацию с охлаждением системы в целом. Такие чувствительные к повышенным температурам элементы как жесткий диск и блок питания, стали работать практически при одинаково-низкой температуре, как в простое, так и при максимальных нагрузках. Это гарантирует их надежную и долговременную работу. И это не случайно. Дело в том, что внешние блоки питания не имеют собственной системы охлаждения. Они работают в замкнутом воздушном пространстве. Это катастрофически влияет на их долговечность. Их срок службы напрямую зависит от окружающей температуры. И даже при постоянных средних нагрузках на блок питания (не говоря уже о номинальных), его долговечность измеряется месяцами. В нашем случае, блок питания постоянно охлаждается, и даже при повышенных нагрузках, его температура остается практически неизменной. Согласно измерениям температур в разных режимах, и техническим характеристикам применяемых деталей, теоретическая долговечность блока питания оценивается в 5 лет.
Если Вас заинтересовал данный проект, Вы можете подписаться на наши новости.
P.S.
Автор: woodoodm
