El control del ventilador es la gestión de la velocidad de rotación de un ventilador eléctrico. En las computadoras, se utilizan varios tipos de ventiladores para proporcionar una refrigeración adecuada , y diferentes mecanismos de control de los ventiladores equilibran sus capacidades de refrigeración y el ruido que generan. Esto comúnmente se logra mediante las placas base que tienen circuitos de monitoreo de hardware , que el usuario final puede configurar a través de BIOS u otro software para realizar el control del ventilador. [1]
A medida que las PC modernas se vuelven más potentes, también lo hacen sus necesidades de energía eléctrica . Las computadoras emiten esta energía eléctrica en forma de calor generado por todos los componentes principales . La producción de calor varía con la carga del sistema, donde los períodos de actividad informática intensiva generan mucho más calor que el tiempo de inactividad . [1]
Los procesadores de la mayoría de las primeras computadoras basadas en x86, hasta algunas de las primeras 486 , no necesitaban ventilación activa. Las fuentes de alimentación necesitaban refrigeración forzada y los ventiladores de las fuentes de alimentación también hacían circular aire de refrigeración por el resto de la PC con el estándar ATX . El subproducto del aumento de la generación de calor es que los ventiladores necesitan mover cantidades cada vez mayores de aire y, por lo tanto, deben ser más potentes. Como deben mover más aire a través de la misma área del espacio, los ventiladores se volverán más ruidosos.
Los ventiladores instalados en la carcasa de un PC pueden producir niveles de ruido de hasta 70 dB . Dado que el ruido del ventilador aumenta con la quinta potencia de la velocidad de rotación del ventilador , [2] reducir las revoluciones por minuto (RPM) en una pequeña cantidad significa potencialmente una gran reducción en el ruido del ventilador. Esto debe hacerse con precaución, ya que una reducción excesiva de la velocidad puede provocar que los componentes se sobrecalienten y se dañen. [ necesita actualización ] Si se hace correctamente, el ruido del ventilador se puede reducir drásticamente.
Los ventiladores de refrigeración comunes que se utilizan en las computadoras utilizan conectores estandarizados con dos a cuatro pines. Los dos primeros pines siempre se utilizan para suministrar energía al motor del ventilador, mientras que el resto puede ser opcional, según el diseño y el tipo de ventilador:
El color de los cables conectados a estos pines varía según la cantidad de conectores, pero la función de cada pin está estandarizada y se garantiza que será la misma en cualquier sistema. Los ventiladores de refrigeración equipados con conectores de dos o tres clavijas suelen estar diseñados para aceptar una amplia gama de voltajes de entrada, lo que afecta directamente la velocidad de rotación de las aspas.
En este estilo de control del ventilador, el ventilador está encendido o apagado. Se verifica la temperatura dentro del chasis y, si se detecta una temperatura fuera de rango, los ventiladores se configuran a su velocidad máxima. Cuando la temperatura vuelve a caer por debajo de un umbral, los ventiladores se vuelven a apagar. Este método de control reduce los problemas de ruido y los requisitos de energía durante períodos de bajo uso, pero cuando el sistema está funcionando al máximo de su capacidad, el ruido del ventilador puede volver a ser un problema.
Un ventilador de refrigeración estándar es un motor de CC con aspas adjuntas. Al variar la entrada de voltaje en el rango aceptable para un ventilador, la velocidad del ventilador aumentará (para agregar voltaje) y disminuirá (para reducir el voltaje); un ventilador más rápido significa que se mueve más aire y, por tanto, una mayor tasa de intercambio de calor. Hay algunas formas de realizar esta regulación, como se describe a continuación.
Las resistencias en serie con el pin de alimentación de un ventilador son el método más simple para reducir el ruido del ventilador, pero aumentan el calor generado dentro de la carcasa de la computadora . Dado que la caída de voltaje es proporcional a la corriente, es posible que el ventilador no arranque. Deben tener la potencia nominal adecuada. Para el control variable del ventilador, se podrían usar potenciómetros junto con un transistor como un MOSFET cuyo voltaje de salida está controlado por el potenciómetro. Es posible utilizar un reóstato en su lugar.
Un diodo en serie con el ventilador reducirá el voltaje que se envía al ventilador. Un diodo de silicio proporciona una caída de voltaje relativamente constante de aproximadamente 0,7 V por diodo; Las hojas de datos para un diodo específico especifican su caída de voltaje, por ejemplo, la caída de voltaje del diodo de silicio 1N4001 varía de aproximadamente 0,7 a 0,9 V mientras que la corriente varía de 0,01 a 1 A. [3] Se debe tener en cuenta la potencia nominal y algunos diodos pueden requerir refrigeración para funcionar a su corriente nominal. La caída de voltaje a través del diodo disminuirá con la temperatura, lo que hará que el ventilador se acelere.
Al igual que otros reguladores en serie, el diodo disipará una potencia igual a su caída de voltaje multiplicada por la corriente que lo atraviesa.
El voltaje que recibe el ventilador de refrigeración de una computadora se define por la diferencia entre el cable de voltaje (+12 V) y el cable de tierra (+0 V). Al conectar uno o ambos cables a un voltaje diferente, el voltaje que recibe el ventilador será diferente de los 12 V predeterminados para los que fue diseñado el ventilador.
Se puede aumentar el voltaje [4] por encima del valor predeterminado de 12 V, por ejemplo, conectando la línea de alimentación de −12 V o −5 V en lugar del cable de tierra en el conector del ventilador, y conectando la línea de alimentación de 5 V en el conector de +12 V. entrada del conector del ventilador. A través de este procedimiento, se pueden lograr voltajes de 10, 17 y 24 V, siendo los voltajes superiores a 12 V potencialmente dañinos para los ventiladores de la computadora clasificados en 12 V. Sin embargo, ya no se requiere la combinación de fuentes de alimentación modernas para proporcionar un -5 V. La línea de alimentación y la capacidad limitada de entrega de energía de la línea de -12 V (generalmente menos de 1 A de corriente) reducen la capacidad total de los ventiladores modificados en voltios en los sistemas modernos.
Conectar la línea de alimentación de +5 V a la entrada de +12 V del ventilador reduce el voltaje que recibe el ventilador a +5 V. Algunos ventiladores no funcionarán en absoluto con un voltaje tan bajo, mientras que otros pueden funcionar a +5 V una vez. han comenzado a girar a una velocidad razonable. [ cita necesaria ]
Otro método para reducir la velocidad del ventilador [5] es mover el cable de 5 V en el conector de alimentación Molex clásico en el lugar del cable de tierra que va al ventilador, entregando así +7 V (12 V − 5 V = 7 V). al ventilador. Sin embargo, este es un método potencialmente riesgoso, porque la línea de fuente de alimentación de +5 V está destinada a generar corriente únicamente, no a hundirla, por lo que es probable que la fuente de alimentación se dañe en caso de que la carga en la línea de fuente de alimentación de 5 V esté por debajo de la carga generada por 7 Ventiladores V (por ejemplo, cuando la PC entra en estado de inactividad/suspensión). Además, los componentes internos de la computadora que utilizan alimentación de +5 V pueden quedar expuestos a más de 5 V en caso de un cortocircuito en el ventilador.
Los circuitos integrados reguladores de voltaje comunes, como la popular serie LM78xx, a veces se utilizan para proporcionar voltaje variable o constante a los ventiladores. Cuando se conecta térmicamente al chasis de la computadora, uno de estos circuitos integrados puede proporcionar hasta 1 A de corriente a un voltaje de 6, 8, 9 o 10 V para LM7806, LM7808, LM7809 y LM7810, respectivamente. [6] También existen versiones ajustables como el popular LM317 ; Cuando se combinan con un potenciómetro , estos reguladores ajustables permiten al usuario variar la velocidad del ventilador de varios ventiladores a corrientes muy superiores a las que podría manejar un potenciómetro estándar. [7]
Para corrientes más altas, los reguladores lineales discretos son relativamente sencillos de construir utilizando un transistor de potencia o MOSFET y un pequeño transistor de señal o un diodo Zener como referencia de voltaje. Si bien los reguladores discretos requieren componentes adicionales (un mínimo de dos transistores, tres resistencias y un condensador pequeño), permiten corrientes arbitrariamente altas, lo que permite la regulación de ventiladores y accesorios adicionales.
Al igual que con otros reguladores lineales, el calor residual que se produce será aproximadamente P = ( V entrada - V salida ) I salida . [8]
La modulación de ancho de pulso (PWM) es un método común para controlar los ventiladores de la computadora. Un ventilador con capacidad PWM generalmente está conectado a un conector de 4 pines (distribución de pines: Tierra, +12 V, detección, control). El pin de detección se utiliza para transmitir la velocidad de rotación del ventilador y el pin de control es una salida de drenaje abierto o de colector abierto, que requiere una elevación de 5 V o 3,3 V en el ventilador. A diferencia de la regulación de voltaje lineal, donde el voltaje del ventilador es proporcional a la velocidad, el ventilador funciona con un voltaje de suministro constante; el control de velocidad lo realiza el ventilador en función de la señal de control.
La señal de control es una onda cuadrada que funciona a 25 kHz y el ciclo de trabajo determina la velocidad del ventilador. Se utilizan 25 kHz para elevar el sonido de la señal por encima del rango del oído humano; El uso de una frecuencia más baja podría producir un zumbido o gemido audible. Normalmente, un ventilador puede funcionar entre aproximadamente el 30% y el 100% de la velocidad nominal del ventilador, utilizando una señal con un ciclo de trabajo de hasta el 100%. El comportamiento exacto de la velocidad en niveles de control bajos (lineal, apagado hasta un valor umbral o velocidad mínima hasta un umbral) depende del fabricante. [9]
Muchas placas base cuentan con firmware y software que regula estos ventiladores según las temperaturas del procesador y de la carcasa de la computadora.
Otro método, popular entre los entusiastas del hardware de PC, es el controlador manual de velocidad del ventilador. Se pueden montar en una ranura de expansión o en un compartimento para unidades de 5,25" o 3,5" o venir integrados en la carcasa de una computadora. Usando interruptores o perillas, se puede ajustar la velocidad de los ventiladores conectados mediante uno de los métodos anteriores.
La mayoría de las placas base modernas cuentan con chips de monitoreo de hardware , que son capaces de realizar el control del ventilador, [1] generalmente a través del método PWM como se describe anteriormente. Estos chips se pueden configurar a través de BIOS , [10] : §11.1 o mediante el uso de software especializado una vez que se haya iniciado el sistema operativo.
Los procesadores producen distintos niveles de calor dependiendo de la carga del sistema, por lo que tiene sentido reducir la velocidad de los ventiladores durante el estado inactivo para disminuir el ruido producido por los ventiladores que funcionan a máxima velocidad, hasta que la carga aumenta, momento en el cual se debe ajustar la velocidad del ventilador. rápidamente para evitar el sobrecalentamiento. Los chips de monitorización de hardware modernos, una vez configurados, son capaces de ejecutar este bucle de monitorización de forma independiente sin necesidad de un BIOS o un sistema operativo que funcione. Este control automático que ofrecen algunos chips puede denominarse modo de crucero térmico para mantener una envolvente térmica, así como modo de crucero de velocidad del ventilador para mantener automáticamente una velocidad de ventilador específica. [10] : §12
Sin embargo, no todo el software es capaz de acceder a estos parámetros de configuración avanzada proporcionados por algunos chips, y es muy común que el software genérico implemente sólo la interfaz más básica con los chips, es decir, una configuración explícita para el ciclo de trabajo para cada control de ventilador. configuración, realizando posteriormente los ajustes del ciclo de trabajo en el software y, por lo tanto, requiriendo que tanto el sistema operativo como este software de terceros continúen ejecutándose en la CPU principal para realizar el ciclo de monitoreo. [10] : §11.3 Esto puede no ser un problema hasta que el sistema o la utilidad falle, momento en el cual el sistema puede sobrecalentarse debido a que los ventiladores no mantienen una refrigeración adecuada mientras funcionan a voltaje y velocidad reducidos.
Muchas empresas ofrecen ahora software para controlar la velocidad de los ventiladores en sus placas base con Microsoft Windows o Mac OS X/MacOS. Las diferentes placas base utilizan software diferente. También existen programas de terceros que funcionan en una variedad de placas base y permiten una amplia personalización del comportamiento del ventilador según las lecturas de temperatura de los sensores de la placa base, la CPU y la GPU, además de permitir el control manual. Dos de estos programas son SpeedFan [11] y Argus Monitor. [12]
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