כשעקרונות ההנדסה הסינית ("יהיה בסדר") כבר לא מספקים את הסחורה, זה הזמן להוסיף למוצר אלמנט של בקרה שיווסת את צריכת האנרגיה.

סיפורנו מתחיל במחשב נייד קצת ישן מבית Acer, שנהג להתחמם קצת יותר מדי. סילוק האבק מפתחי האוורור לא עזר, וגם לא הצעד הדרסטי של רענון המשחה הטרמית בין המעבד לגוף הקירור; כנראה התכנון הטרמי של המחשב פשוט לא היה מי-יודע-מה, ולא לקח בחשבון את הקיץ הארצישראלי המצוי. בכל אופן, כיוון שהתחממות-היתר לא הייתה ממש קיצונית, פתרתי את הבעיה בעזרת משטח קירור סיני זול: מעמד מתכת בזווית, שמתחבר ב-USB למחשב ומצנן אותו מלמטה באמצעות שלושה מאווררים קטנים.

הפתרון הזה עבד יפה במשך שנתיים-שלוש, עד שיום אחד צצה תקלה חדשה: שנייה או שתיים אחרי שלחצתי כפתור ההדלקה, המחשב השמיע צפצוף ממושך וצורם, ו"קפא" באמצע הטעינה של מערכת ההפעלה. לפעמים כיבוי מלא והדלקה מחדש עזרו, לפעמים נדמה היה שהוא מתאושש לבד אחרי מספר שניות, ובכל מקרה זה היה מאוד לא נעים.

החשד נפל באופן טבעי על ה-BIOS, שנוטה להגיב בצפצופים מעצבנים על בעיות קריטיות באתחול המחשב, אבל כשהמחשב כן עלה לא הצלחתי לאתר שום בעיה קריטית כזו, וגם המדריכים ברשת לא הכירו תגובה של צפצוף מתמשך עד כדי כך. קרה שם משהו אחר. בניסיון לגלות את מקור הבאג הדלקתי את המחשב בלי סוללה, רק עם סוללה, בלי ששום דבר מחובר ל-USB… ואז הבנתי.

ליציאות USB 2.0 יש מגבלה סטנדרטית על הזרם, 0.5 אמפר. המאווררים של המשטח הידרדרו עם הזמן (זה בלתי נמנע בגלל חומרי סיכה מתיישנים, לכלוך וכדומה) וצריכת הזרם שלהם עלתה. כששלושתם ביחד התחילו לפעול עם הדלקת המחשב הם עברו את הסף שהמחשב יכול לעמוד בו ועשו ללוח האם שבץ. בדיקה עם ספק כוח שולחני הראתה שאכן, ברגע ההדלקה המשטח לוקח כ-0.55 אמפר, ויורד זמן קצר לאחר מכן לסביבות 0.5. אין שם שום אלקטרוניקה: חוטי החשמל מחיבור ה-USB מתפצלים ישירות למאווררים.

אז מה עושים עכשיו? לקנות משטח חדש זה לתת פרס להנדסה בינונית-מינוס, ולקצוץ את החוטים לאחד מהמאווררים כדי לנתק אותו לגמרי זה קל מדי. במקום זה, בחרתי לשים שם מיקרו-בקר שינהל את האוורור בצורה קצת יותר חכמה: התחלה הדרגתית של פעולת המאווררים, ומניעת מצב שבו שלושתם פועלים בו-זמנית.

ראשית, ניתקתי את ההלחמות ובדקתי כל מאוורר בפני עצמו. כולם היו פחות או יותר שקטים, ועם אותה צריכת זרם. לקחתי ארדואינו וטרנזיסטור N-Channel מדגם BS107A שהיה לי זמין, ווידאתי שאני יכול לשלוט במאוורר יחיד בעזרת אות דיגיטלי. כצפוי, וכפי שמזהירים באינטרנט, המאווררים האלה אינם מנועי DC פשוטים ואי אפשר לווסת אותם באמצעות אות PWM – זה עלול להרוס את האלקטרוניקה הפנימית, ובתדרים נמוכים זה גם יוצר זמזום מרגיז. כל עוד לא מווסתים את הזרם עצמו בעזרת רכיבים נוספים, אין ברירה אלא להפעיל כל מאוורר בכל העוצמה או בכלל לא.

וכך חשבתי על הרעיון להפעיל בכל פעם שני מאווררים בלבד, כאשר מדי פרק זמן – נניח עשרים שניות – אחד מהשניים מפסיק והשלישי הדומם מתחיל לפעול במקומו. זרימת האוויר של המשטח כולו תקטן כמובן בשליש, אבל המיקום של השליש הזה לא יהיה קבוע כפי שהיה לו הייתי מנתק מאוורר ספציפי, וליציאת ה-USB לא תהיה בעיה לעמוד בדרישות הזרם החשמלי.

כדי לתזמן את ההפעלה והכיבוי בחרתי במיקרו-בקר PIC12F675 הפשוט והמוכר, עם שלושה טרנזיסטורים (ונגדי pull-down שימנעו הפעלה לא רצויה שלהם עד שהמיקרו-בקר מתחיל לפעול). התוכנה הקצרה כוללת טבלת lookup עם דפוסי ההפעלה השונים: שניים התחלתיים (כלום לא דולק, ואז מאוורר אחד בלבד דולק) ושלושה דפוסים שחוזרים על עצמם בלולאה (מאווררים 1+2, 2+3, ו-3+1).

המוח החדש של משטח הקירור (לפני קיבוע בדבק חם)

כיוון שהערכים מהטבלה הזו נכתבים ישירות לרגיסטר GPIO (ומכאן לפינים), וכיוון שגם לטרנזיסטורים יש זמן תגובה שונה להפעלה ולכיבוי, עלול להיווצר מצב שבו לשבריר שנייה שלושה מאווררים פועלים יחדיו. בעיקרון מדובר בסדר גודל של מיליארדיות השנייה בלבד, והקבלים הפנימיים במחשב יוכלו להתמודד עם זה, אבל בשביל ההרגשה הטובה הוספתי מצבי ביניים, שיוצרים רווח בן מספר מיליוניות שנייה (כמה שלוקח ל-PIC12F675 להריץ פקודה) בין כיבוי מאוורר להדלקת הבא בתור. בשפה המקצועית זה נקרא deadband.

המערכת החדשה עבדה נהדר, אבל הייתה לה חולשה אחת: לא היה מה שיחזיק את לוח הבקרה במקומו, וכשהוא והחוטים מתנופפים להם סתם כך הסיכוי לתאונות גדול. דבק חם בלבד יתנתק עם הזמן, אז נדרש משהו מכני וחזק יותר. הוצאתי את כלי המדידה ועיצבתי בזריזות ב-Blender מתאם, שיוחזק במקום על ידי שניים מהמאווררים ויחזיק את הלוח בינו לבין המשטח המקורי:

לדקדקנים: כן, אני יודע שהמשטח העליון יכול היה להיות דמוי רשת, ובכל זאת עשיתי אותו מלא – בעיקר כדי להקטין סיכוי שחפצי מתכת שיתגלגלו על השולחן יגיעו ללוח הבקרה ויקצרו משהו. הנה המשטח עם החלק המודפס לפני הברגתו למקום:

ולסיום, הנה השפצור הסופי. הלד הירוק הקטן על הלוח, שמהווה אינדיקציה לאספקת חשמל, מאיר דרך הפלסטיק הלבן כך ששום דבר לא הולך לאיבוד. המשטח עובד והמחשב הפסיק להתלונן. עד התקלה הבאה!