Активное охлаждение продлевает жизнь любому электронному устройству

Лето в этом году выдалось жарким. У меня на даче практически одновременно заглючили два одинаковых DVB-T2 приемника Tesler DSL340. Это совершенно типичный прибор, выполненный в небольшом корпусе, с отвратительным охлаждением, четко рассчитанный производителем на небольшой срок службы. Куплены они были примерно в 2017 году и можно считать, что установленный изготовителем срок они отработали. Казалось бы, в чем вопрос – купи пару новых по 1000 р. Но у меня есть особенность конфигурации – сигнал от активной антенны подается на первый приемник с антенным входом и антенным выходом. Второй приемник получает сигнал от первой приставки с ее антенного выхода. Поэтому мне требовался на замену DVB-T2 приемник с антенным входом и выходом.

В известном магазине радиодеталей, расположенном рядом с дачей, меня постигла неудача– по инету в каталоге у них был нужный мне приемник с двумя антенными гнездами, но при личном визите мы с продавцом раскрыли коробку – а там приемник с одним входом. Номер модели указан правильный, на коробке нарисован прибор с антенным входом и выходом, но прибор имеет только антенный вход. Продавец был настолько любезен, что перерыл все наличие (штук 10) и убедился, что нужной мне модификации у них нет. Нужный мне прибор я нашел в ближайшем сетевом супермаркете строительных товаров, наученный горьким опытом предыдущей неудачи заставил продавца раскрыть коробку и только убедившись в наличии антенного выхода, купил наконец устройство.

К сожалению, полной замены не получилось – купленный прибор не смог запитать переносной USB диск. Пришлось съездить домой, порыться в закромах, найти блок питания на 5 вольт и 3 ампера и подключить к диску дополнительное питание. С мощным источником все заработало как надо.
Потратив несоразмерно много времени на восстановление функционирования не слишком сложной системы из двух приемников DVB-T2, я задумался – нельзя ли простым способом увеличить надежность работы приемника?

Приборы эти собраны в маленьких корпусах без правильной вентиляции, они сильно нагреваются при работе. Понижение рабочей температуры могло бы продлить жизнь аппаратуре, понизив интенсивность отказов. Оценить важность понижения рабочей температуры позволяет в первом приближении правило Вант-Гоффа, согласно которому интенсивность отказов РЭА растет в два раза при повышении температуры на 10 градусов. Или другими словами понижение температуры РЭА на 10 градусов позволяет уменьшить интенсивность отказов в два раза.

Исследовав полностью отказавший Tesler я нашел, что микросхема накрыта черненой пластиной толщиной где-то в миллиметр максимум и размерами пара сантиметров на пара сантиметров. Понятно, что такой радиатор обеспечивает тепловой режим микросхемы на грани.


Рис 1. Внутреннее устройство системы охлаждения приемника

Для улучшения теплоотвода можно попытаться заменить радиатор. На даче у меня максимум что нашлось – несколько старых компьютеров. На материнских платах можно найти радиаторы на мостах, рассчитанные на режим пассивного охлаждения. В принципе их можно использовать, но монтаж на палате DVB приемника достаточно плотен, радиатор встает в одном положении и приходится дополнительно изолировать подошву и грани изолентой.

К сожалению, этот вариант требует вскрытия корпуса, вырезания отверстия в крышке корпуса с очевидной потерей гарантии.

Поэтому этот вариант я все же оставил в запасе и стал искать способ продувать корпус компьютерным вентилятором. В моем распоряжении оказалось два вентилятора от процессора Интел, несколько разных вентиляторов от блоков питания. Перепробовал все вентиляторы от +5 вольт, отобрал самый тихий двухвыводной. Убедился, что процессорный вентилятор с 4-мя выводами может работать от +5 вольт, выводом PWM можно регулировать обороты самым простым способом – прикладывая постоянное напряжение на вход PWM. При 0 на этом входе вентилятор крутится совсем тихо и бесшумно, при +5 – максимально быстро. В инете есть советы подавать на вход PWM просто постоянное напряжение от переменного резистора, но я не пробовал, не нашлось ничего подходящего.

На новый свежекупленный приемник был установлен вентилятор от +5 вольт. Фото инсталляции представлено на рис 2. Вентилятор просасывает воздух снизу-вверх. Вентилятор подключен к +5 вольт от USB приемника через переделанный кабель USB папа-мама. Через этот же кабель подключен USB диск с внешним источником питания. У решения есть особенность, +5 вольт поступают от диска в кабель, что приводит к невозможности выключить вентилятор выключением приемника. В штатном режиме на разъеме USB 5 вольт имеются только при работающем приемнике. Выключать приемник я думал на ночь, чтобы убрать шум вентилятора, но оказалось, что я этот вентилятор вообще не слышу даже тихой ночью на даче. Оставил как есть. По уму можно убрать соединение цепи +5 вольт к диску в переделанном кабеле.


Рис 2. Охлаждение приемника DVB-T2 вентилятором сверху

Эффект следующий: без вентилятора верхняя крышка корпуса нового приемника ощутимо теплая, с вентилятором – холодная.

Второй Tesler был заменен на бывший в употреблении WorldVision T64D. После нескольких дней работы обнаружилось, что этот приемник время от времени перестает реагировать на ИК пульт ДУ. Перезапуск по питанию приводил прибор в чувство. Предположив, что и эта железяка испытывает перегрев, я прикрутил к нему вентилятор от процессора Интел в режиме минимальных оборотов (вход PWM) на землю. Зависания прекратились полностью, месяц полет нормальный. Работа вентилятора не слышна вовсе. Органолептически корпус стал существенно холоднее, а сверху чувствуется ток слегка теплого воздуха. Фото инсталляции показано на рис 3.


Рис 3. Охлаждение приемника DVB-T2 вентилятором снизу

Измерение эффективности активного охлаждения

Для исследования вопроса я собрал мини стенд из второго глючащего приемника Tesler, прибора имеющего выносной датчик DS1820 для измерения температуры, смартфона для регистрации результатов и измерения времени. Датчик прижат к радиатору чипа вентилятором.
Фото стенда представлено на рис 4.


Рис 4. Стенд для измерения эффективности активного охлаждения

Методика эксперимента заключалась в следующем:

1 этап. Включается измеритель температуры и ожидается установившийся тепловой режим. На рис 5 представлены измерения в начале эксперимента. Температура в начале эксперимента составила 27,4° С.


Рис 5. Температура в начале эксперимента

2 этап. Подается питание на приемник Tesler, запускается таймер на смартфоне до достижения стационарного теплового режима. В моем случае температура достигла 56,3° С через примерно 37 минут.

1
Рис 6. Установившаяся температура без активного охлаждения

3 этап. Включается вентилятор и ожидается установление теплового режима уже с активной вентиляцией. Температура составила 38° С через примерно 46 минут.


Рис 7. Установившаяся температура в режиме активного охлаждения

В результате эксперимента были получены следующие данные:

— без активного охлаждения тестовый прибор достиг температуры в 56° С;
— применение активного охлаждения обеспечило снижение температуры до 38° С.

Разность температур составила 18° С, что дает уменьшение вероятности отказа прибора в 18/10*2=3,6 раза. Понятно, что активное охлаждение прибора в закрытом корпусе покажет худшие результаты, но даже двухкратное увеличение срока службы таких коробочек уже хорошо.

Выводы. Используя бесплатные вентиляторы из старых компьютеров для организации активного охлаждения возможно значительно (в разы) продлить срок службы разнообразных приборов в маленьком корпусе с недостаточной вентиляцией.