Режим оптимизации энергопотребления

К сожалению, описанным выше не исчерпываются все проблемы применения модулей Пельтье в составе кулеров. Дело в том, что архитектура современных процессоров и некоторые системные программы предусматривают изменение энергопотребления в зависимости от загрузки процессоров. Кстати, это предусмотрено и стандартами энергосбережения, которые поддерживаются специальными функциями, встроенными в аппаратно-программное обеспечение современных компьютеров.

В обычных условиях оптимизация работы процессора и его энергопотребления благотворно сказывается как на тепловом режиме самого процессора, так и на общем тепловом балансе. Однако режимы с периодическим изменением энергопотребления могут плохо сочетаться со средствами охлаждения процессоров, использующими модули Пельтье. Это связано с тем, что кулеры Пельтье, как правило, рассчитаны на непрерывную работу. В случае же перехода процессора в режим пониженного энергопотребления (и соответственно тепловыделения) температуры корпуса и кристалла процессора могут заметно снизиться. Переохлаждение ядра процессора способно вызвать временную потерю его работоспособности и стойкое "зависание" компьютера. Напомним, что в соответствии с документацией корпорации Intel минимальная температура, при которой гарантируется корректная работа серийных процессоров для настольных и серверных решений, обычно составляет +5 град.С (хотя, как показывает практика, они прекрасно работают и при более низких температурах).

Кроме того, как отмечалось выше, низкие температуры могут вызвать конденсацию влаги из воздуха на холодных частях системы охлаждения, т. е. на холодной стороне модуля Пельтье, а, следовательно, и на охлаждаемой поверхности, например, процессора. Если используется теплопроводящая пластина, вода конденсируется и на ней. Бороться с этим эффектом можно путем изоляции от воздуха холодных участков системы охлаждения, например, с помощью специальных колец из губчатой резины. Именно такой способ выбрали некоторые производители серийных кулеров, созданных на основе термоэлектрических модулей.

Некоторые проблемы могут возникнуть и в результате работы ряда встроенных функций, например, управляющих вентиляторами кулеров. В частности, режимы управления энергопотреблением процессора в некоторых системах предусматривают изменение скорости вращения охлаждающих вентиляторов через встроенные аппаратные средства системной платы. В обычных условиях это значительно улучшает тепловой режим процессора, однако при использовании простейших активных кулеров, в конструкции которых не предусмотрены температурные датчики и средства контроля, уменьшение скорости вращения может привести к ухудшению теплового режима с фатальным результатом для процессора (из-за его перегрева работающим модулем Пельтье).

Однако в случае графических процессоров кулеры Пельтье могут быть хорошей альтернативой традиционным средствам охлаждения. Работа таких процессоров сопровождается значительным тепловыделением, а режим их функционирования обычно не подвержен резким изменениям.

Чтобы исключить проблемы с режимами изменяемого энергопотребления, вызывающими конденсацию влаги и возможное переохлаждение, а в некоторых случаях даже перегрев защищаемых элементов, придется отказаться от использования подобных режимов и ряда встроенных функций. Однако как альтернативу можно использовать системы охлаждения, предусматривающие интеллектуальные средства управления кулерами Пельтье. Такие средства могут не только контролировать работу вентиляторов, но и изменять режимы работы самих термоэлектрических модулей, используемых в составе активных кулеров. В простейшем случае это может быть миниатюрное термореле на основе биметаллической пластины, укрепленное на модуле Пельтье и управляющее работой его охлаждающего вентилятора.

Работы, направленные на совершенствование систем обеспечения оптимальных температурных режимов электронных элементов, ведут сегодня многие исследовательские лаборатории. Сравнительно недавно в технической прессе появились сообщения об экспериментах по встраиванию миниатюрных термоэлектрических модулей непосредственно в микросхемы процессоров для охлаждения наиболее критичных их структур. Такое решение способствует лучшему охлаждению за счет снижения теплового сопротивления и позволяет значительно повысить рабочую частоту и производительность процессоров. О серьезности намерений разработчиков свидетельствуют соответствующие патенты, часть которых принадлежит производителям процессоров, например, AMD.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По-видимому, главной причиной, вызвавшей всплеск интереса к термоэлектрическому охлаждению, является абсолютная экологическая чистота этого метода преобразования энергии, в отличие от традиционного парокомпрессионного метода.

К другим преимуществам термоэлектрического охлаждения следует отнести:

1. Отсутствие движущихся деталей, изнашивающихся частей, рабочих жидкостей и газов.

2. Практически неограниченный ресурс работы как следствие отсутствия движущихся частей и обычных веществ.

3. Бесшумность работы термоэлектрического блока, что так же является следствием пункта 1.

4. Габариты термоэлектрического охладителя могут быть практически как угодно малыми. Толщина современных пленочных охладителей электронных чипов достигает сотен нанометров при длине и ширине порядка десятков микрон.

5. Легкость перехода из режима охлаждения в режим нагрева.

Это далеко не полный список достоинств термоэлектрического охлаждения, но при этом можно выделить и недостатки:

1. Использование постоянного тока. Данное преимущество превращается в недостаток, если источник постоянного тока отсутствует. Тогда приходится преобразовывать переменный ток с помощью выпрямителя, что повышает габариты и стоимость системы.

2. Низкий холодильный коэффициент.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Судовые термоэлектрические охлаждающие устройства» Ю. Н. Цветков, С. С. Аксенов, В. М. Шульман — Л.: Судостроение, 1972.— 191 с.

2. «Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов» В. С. Мартыновский — М.: Энергия, 1979.— 285 с.

3. «Термоэлектрическое охлаждение - все впереди» Д. А. Тайц – 2010.

4. «Термоэлектрическое охлаждение компьютерных элементов» Е. А. Рудометов – 2004.

5. «Термоэлектрические охладители» Под ред. А.Л. Вайнера. - М.: Радио и связь, 1993.

6. «Энциклопедия устройств на полевых транзисторах» В.П. Дьяконов, А. А. Максимчук, A.M. Ремнев, В.Ю. Смердов - М.: СОЛОН-Р, 2002.

7. «Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник» Л. И. Анатычук, 1979.

8. «Термоэлектрическое охлаждение. Текст лекций.» Л. П. Булат, М.В. Ведерников, А.П. Вялов, СПб, 2002.

9. «Термоэлектрическое охлаждение: состояние и перспективы» Л.П. Булат, СПб, 1999.