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 de computadora para proporcionar una refrigeración adecuada , y diferentes mecanismos de control de ventiladores equilibran sus capacidades de refrigeración y el ruido que generan. Esto se logra comúnmente mediante placas base que tienen circuitos de monitoreo de hardware , que pueden ser configurados por el usuario final a través de BIOS u otro software para realizar el control del ventilador. [1]
A medida que las computadoras modernas se vuelven más potentes, también aumentan 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 intensiva de cómputo generan mucho más calor que el tiempo de inactividad . [1]
Los procesadores de la mayoría de los primeros ordenadores basados en x86, hasta algunos de los primeros 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 del PC con el estándar ATX . La consecuencia de una mayor generación de calor es que los ventiladores necesitan mover cantidades cada vez mayores de aire y, por lo tanto, deben ser más potentes. Dado que deben mover más aire a través de la misma área de espacio, los ventiladores se volverán más ruidosos.
Los ventiladores instalados en una caja de 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 en la velocidad puede hacer que los componentes se sobrecalienten y se dañen. [ necesita actualización ] Si se hace correctamente, el ruido del ventilador puede reducirse drásticamente.
Los ventiladores de refrigeración habituales que se utilizan en los ordenadores utilizan conectores estandarizados de dos a cuatro pines. Los dos primeros pines se utilizan siempre para suministrar energía al motor del ventilador, mientras que el resto pueden ser opcionales, según el diseño y el tipo del 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 sea la misma en cualquier sistema. Los ventiladores de refrigeración equipados con conectores de dos o tres pines 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 de ventiladores, 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 apagan nuevamente. 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 a plena capacidad, el ruido del ventilador puede volver a convertirse en un problema.
Un ventilador de refrigeración estándar es un motor de corriente continua con aspas acopladas. Al variar la entrada de voltaje dentro del rango aceptable para un ventilador, la velocidad del ventilador aumentará (a voltaje adicional) y disminuirá (a voltaje reducido); un ventilador más rápido significa que se mueve más aire y, por lo 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 pueden usar potenciómetros junto con un transistor como un MOSFET cuyo voltaje de salida esté controlado por el potenciómetro. Es posible usar 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 de 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 a medida 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 acelere.
Al igual que otros reguladores en serie, el diodo disipará energía igual a su caída de voltaje multiplicada por la corriente que pasa a través de él.
El voltaje que recibe un ventilador de refrigeración de 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.
El aumento de voltaje [4] por encima de los 12 V predeterminados se puede lograr, 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 la entrada de +12 V del conector del ventilador. A través de este procedimiento, se pueden lograr voltajes de 10, 17 y 24 V, con voltajes superiores a 12 V que pueden dañar los ventiladores de la computadora con una clasificación de 12 V. Sin embargo, la combinación de fuentes de alimentación modernas que ya no son necesarias para proporcionar una línea de alimentación de −5 V y la capacidad limitada de suministro de energía de la línea de −12 V (generalmente menos de 1 A de corriente) reduce la capacidad total para ventiladores modificados por voltaje en los sistemas modernos.
Al conectar la línea de alimentación de +5 V a la entrada de +12 V del ventilador, se reduce el voltaje que recibe el ventilador a +5 V. Algunos ventiladores no funcionarán con un voltaje tan bajo, mientras que otros pueden funcionar a +5 V una vez que hayan comenzado a girar a una velocidad razonable. [ cita requerida ]
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 la fuente de alimentación de +5 V está destinada a generar corriente únicamente, no a absorberla, por lo que es probable que la fuente de alimentación se dañe en caso de que la carga en la línea de la fuente de alimentación de 5 V sea inferior a la carga generada por los ventiladores de 7 V (por ejemplo, cuando la PC entra en estado inactivo/suspendido). Además, los componentes dentro de la computadora que usan energía de +5 V pueden estar 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, se utilizan a veces para proporcionar voltaje variable o constante a los ventiladores. Cuando se unen 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 los 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 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 fáciles de construir utilizando un transistor de potencia o MOSFET y un transistor de señal pequeña 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 capacitor 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 por ancho de pulso (PWM) es un método común para controlar los ventiladores de las computadoras. Un ventilador con capacidad PWM generalmente se conecta a un conector de 4 pines (disposición 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 colector abierto o drenaje 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 se acciona 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 opera 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 de audición humana; el uso de una frecuencia más baja podría producir un zumbido o un gemido audible. Por lo general, 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 a niveles de control bajos (lineal, apagado hasta un valor umbral o una velocidad mínima hasta un umbral) depende del fabricante. [9]
Muchas placas base cuentan con firmware y software que regulan estos ventiladores en función de 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 de los ventiladores. Se pueden montar en una ranura de expansión o en una bahía para unidades de 5,25" o 3,5" , o bien vienen integrados en la carcasa de la computadora. Mediante interruptores o perillas, se pueden ajustar las velocidades de los ventiladores conectados mediante uno de los métodos anteriores.
La mayoría de las placas base modernas cuentan con chips de monitorización de hardware , que son capaces de controlar los ventiladores, [1] normalmente a través del método PWM , como se ha descrito anteriormente. Estos chips se pueden configurar a través de la BIOS , [10] : §11.1 o mediante el uso de software especializado una vez que se ha iniciado el sistema operativo.
Los procesadores producen distintos niveles de calor según la carga del sistema, por lo que tiene sentido reducir la velocidad de los ventiladores durante el funcionamiento en reposo para disminuir el ruido que producen cuando funcionan a toda velocidad, hasta que la carga aumenta, momento en el que 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 ciclo de monitorización de forma independiente sin necesidad de un BIOS o un sistema operativo en funcionamiento. 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 una velocidad específica del ventilador de forma automática. [10] : §12
Sin embargo, no todo el software es capaz de acceder a estos parámetros de configuración avanzados proporcionados por algunos chips, y es muy común que el software genérico implemente solo la interfaz más básica con los chips, es decir, una configuración explícita para el ciclo de trabajo para cada configuración de control del ventilador, 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 bucle de monitoreo. [10] : §11.3 Esto puede no ser un problema hasta que el sistema o la utilidad se bloqueen, momento en el que el sistema puede sobrecalentarse debido a la falla de los ventiladores para mantener una refrigeración adecuada mientras funcionan a voltaje y velocidad reducidos.
Actualmente, muchas empresas ofrecen software para controlar la velocidad de los ventiladores en sus placas base con Microsoft Windows o Mac OS X/MacOS. Las distintas placas base utilizan distintos programas. También existen programas de terceros que funcionan en una variedad de placas base y permiten una amplia personalización del comportamiento de los ventiladores en función de 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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