Схема присутствует здесь http://vlab.su/viewtopic.php?f=250&t=1393&p=41853&hilit=%2Atwh%2A#p41853
Видеочип мертв, но питание не снято с него (напрочь была забита решетка радиатора).
При нормальной нагрузке температура CPU находится в норме (50-60 С), кулер работает спокойно: +5V_FAN около 2.5-3В, обороты нормальные, импульсы FAN1SIG с третьего пина разъема где-то в пределах 100Гц (амплитуда 3.3В).
В процессе стресс-нагрузки на CPU (принудительно закрываю отверстия выхода воздуха) обороты кулера постепенно увеличиваются, как и напряжение +5V_FAN. Когда питание кулера достигает +5В на нем появляются "грязные" прямоугольные пульсации (до 150мВ), одновременно пропадает половина импульсов на FAN1SIG (амплитуда не меняется), частота становится 80Гц вместо 150-160Гц. Через некоторое время, видимо, происходят провалы в оставшемся сигнале и кулер останавливается на 2-4 секунды и вновь запускается на полную. Так происходит все чаще и чаще, пока CPU не достигает критической температуры и ноутбук выключается.
Причина отключения кулера ясна - EC реагирует на слишком низкую частоту FAN1SIG остановкой и повторным запуском кулера. Именно EC отвечает за регулировку питания кулера посредством U13 и получает сигнал FAN1SIG. Такой же перезапуск можно устроить, если остановить кулер принудительно в нормальном режиме.
Я снимал кулер, подключал к ЛБП, подкидывал через 10К резистор +3В на провод таходатчика, давал питание 5.0/5.1/5.2В - нет срывов импульсов абсолютно (сигналы до 160-170Гц). В схеме же срывы сразу после того, как кулер системой включается на все +5В. При этом я запитывал "карлсона" от ЛБП, дополнительно подавая в разъем +5В: пока через U13 не EC не пытался подавать все +5В, все было хорошо; стоило нагреву дойти до точки, где кулер должен включиться на 100% - 1/2 импульсов начисто сдувает без следа.
Пока ноутбук не разбирал. мат. плату не вынимал, ограничиваясь внешними измерениями.
Хочу проверить стабильность +5V на U13, исправность PQ5 и конденсаторов на линии +5VS5.
Правильной дорогой иду, товарищи мастера?

Другой вентилятор подключить сначала.
Проблемы с питанием маловерятны.

тахометр кулера именно и генерит частоту импульсов, т.е. обороты должны снижаться в соответствии этой частоты, поэтому либо проблема в микросхеме кулера, либо в той мульт, ясли вы правильно описали, что только на него приходит сигнал оборотов.вообще система должна выключаться по температуре, нежели по скорости вентилятора, в случае если только не нулевые обороты, поэтому для начала подкинуть другой кулер, ну а дальше мульт, если нет ничего больше на линии тахометра в вашем случае, если конечно не прыгает питание +5В, подаваемое на кулер.

Спасибо за ответ. У нас тут - в глубинке - тяжело достать какие-либо запчасти, тем более на пробу. Именно поэтому я проверял кулер посредством ЛБП и осциллографа. Я понимаю, что схема получается не эквивалентная той, что в ноутбуке. Постараюсь найти что-то подходящее для пробы, а на время поисков еще покопаюсь.

Ваше предположение нашло подтверждение. Подключил кулер с очень старого ноутбука с потреблением 0.5А (у оригинального 0.4А) - на полном ходу в схеме никаких проблем с тахосигналом. Пульсации по питанию еще выше, чем с оригиналом, но это никак не мешало ему стабильно работать.
Буду заказывать новый кулер. Благодарю!

Аналогичный кулер заказан и установлен. Устранение проблемы подтверждено.