Control de ventilador por computadora
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 los diferentes mecanismos de control de los ventiladores equilibran sus capacidades de refrigeración y el ruido que generan. Esto se logra comúnmente mediante las 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]
Necesidad de control de ventiladores
A medida que las PC modernas se vuelven más potentes, también lo hacen sus necesidades de energía eléctrica. Las computadoras emiten esta energía eléctrica como calor generado por todos los componentes principales . La producción de calor varía con la carga del sistema, donde los períodos de actividad intensiva en computación 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 la fuente de alimentación también circulaban aire de refrigeración por el resto de la PC con el estándar ATX . El subproducto 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 carcasa 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 de la velocidad puede hacer que los componentes se sobrecalienten y se dañen. [ necesita actualización ] Si se hace correctamente, el ruido del ventilador se puede reducir drásticamente.
Conectores de ventilador
Los ventiladores de refrigeración comunes que se utilizan en las computadoras utilizan conectores estandarizados de 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:
- Terreno - terreno común
- Vcc (potencia): nominalmente una fuente de +12 V, aunque puede ser variable según el tipo de ventilador y la velocidad de rotación deseada del ventilador.
- Salida de sensor (o tacómetro) del ventilador: emite una señal que pulsa dos veces por cada revolución del ventilador como un tren de pulsos, con la frecuencia de la señal proporcional a la velocidad del ventilador.
- Entrada de control: una señal de entrada de modulación de ancho de pulso (PWM), que se utiliza cuando el conjunto del ventilador de refrigeración tiene un circuito de controlador de motor interno. Los ensamblajes de ventilador con esta entrada de control brindan la capacidad de ajustar la velocidad de rotación del ventilador sin cambiar el voltaje de entrada entregado al ensamblaje del ventilador de enfriamiento. Una velocidad de rotación variable permite ajustar la velocidad de enfriamiento para satisfacer la demanda, silenciando el ventilador y ahorrando energía cuando no se requiere la velocidad máxima.
El color de los cables conectados a estos pines varía según la cantidad de conectores, pero el papel de cada pin está estandarizado y se garantiza que será el mismo en cualquier sistema. Los ventiladores de refrigeración equipados con conectores de dos o tres pines generalmente están diseñados para aceptar una amplia gama de voltajes de entrada, lo que afecta directamente la velocidad de rotación de las aspas.
Tipos de control
Termostático
En este estilo de control del ventilador, el ventilador está encendido o apagado. Se comprueba la temperatura dentro del chasis y, si se detecta una temperatura fuera de rango, los ventiladores se ajustan 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 los períodos de bajo uso, pero cuando el sistema está funcionando a su capacidad, el ruido del ventilador puede volver a convertirse en un problema.
Regulación de voltaje lineal
Un ventilador de enfriamiento 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 (a voltaje adicional) y disminuirá (a voltaje reducido); un ventilador más rápido significa que se mueve más aire y, por lo tanto, una tasa de intercambio de calor más alta. Hay algunas formas de realizar esta regulación, como se describe a continuación.
Resistencias
Las resistencias en serie con la clavija 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 está controlado por el potenciómetro. En su lugar, es posible utilizar un reóstato .
Diodos
Un diodo en serie con el ventilador reducirá el voltaje que sale 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 ya que la corriente varía de 0,01 a 1 A. [3] Se debe anotar la potencia nominal y algunos diodos pueden requerir enfriamiento para operar a su corriente nominal. La caída de voltaje en el 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.
Modificación de voltaje ("modding de voltios")
El voltaje que recibe un ventilador de enfriamiento 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 la tensión [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 el +12 V entrada del conector del ventilador. A través de este procedimiento, se pueden lograr voltajes de 10, 17 y 24 V, con voltajes que exceden los 12 V potencialmente dañinos para los ventiladores de la computadora clasificados en 12 V. línea eléctrica 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 en voltios en los sistemas modernos.
La conexión de 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 a un voltaje tan bajo, mientras que otros pueden funcionar a +5 V una vez. han comenzado a girar a una velocidad razonable. [ cita requerida ]
Otro método para reducir la velocidad del ventilador [5] es moviendo el cable de 5 V en el conector de alimentación clásico de Molex 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 arriesgado, porque la línea de la 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 la 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 inactivo / inactivo). Además, los componentes internos de la computadora que utilizan una alimentación de +5 V pueden estar expuestos a más de 5 V en caso de un cortocircuito en el ventilador.
Reguladores lineales integrados o discretos
Los CI reguladores de voltaje comunes como la popular serie LM78xx se utilizan a veces para proporcionar voltaje variable o constante a los ventiladores. Cuando se une 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 modelos 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 simples de construir usando 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 de entrada - V de salida ) I de salida . [8]
Modulación de ancho de pulso
La modulación de ancho de pulso (PWM) es un método común para controlar ventiladores de computadora. Un ventilador con capacidad PWM generalmente se conecta a un conector de 4 pines (configuración de pines: tierra, +12 V, detección, control). El pin de detección se usa para transmitir la velocidad de rotación del ventilador y el pin de control es una salida de drenaje abierto o colector abierto, que requiere un pull-up 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. 25 kHz se utiliza 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 un 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 (lineal, apagado hasta un valor umbral o una velocidad mínima hasta un umbral) en niveles de control bajos depende del fabricante. [9]
Muchas placas base cuentan con firmware y software que regulan estos ventiladores en función de las temperaturas de la carcasa del procesador y la computadora.
Controladores de velocidad del ventilador
Otro método, popular entre los entusiastas del hardware de PC, es el controlador de velocidad del ventilador manual. Se pueden montar en una ranura de expansión o en un compartimiento para unidades de 5,25 "o 3,5" o pueden venir integrados en la carcasa de una computadora. Usando interruptores o perillas, los ventiladores conectados pueden ajustar la velocidad mediante uno de los métodos anteriores.
Hardware
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 describió 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 diferentes niveles de calor según la carga del sistema, por lo que tiene sentido reducir la velocidad de los ventiladores durante el ralentí para disminuir el ruido producido por los ventiladores que funcionan a máxima velocidad, hasta que la carga aumente, 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 de forma independiente este bucle de monitorización 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 automáticamente una velocidad específica del ventilador. [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 control de 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 ciclo de monitoreo. [10] : §11.3 Esto puede no ser un problema hasta que el sistema o el servicio público se caiga, momento en el cual el sistema puede sobrecalentarse debido a la falla de los ventiladores para mantener una refrigeración adecuada mientras funcionan a voltaje y velocidad reducidos.
Software
Muchas empresas ahora ofrecen software para controlar la velocidad de los ventiladores en sus placas base en Microsoft Windows o Mac OS X / MacOS. Diferentes placas base utilizan software diferente. También hay programas de terceros que funcionan en una variedad de placas base y permiten una amplia personalización del comportamiento del ventilador en función de las lecturas de temperatura de la placa base, la CPU y los sensores de la GPU, además de permitir el control manual. Dos de estos programas son SpeedFan [11] y Argus Monitor. [12]
Ver también
- PC silencioso
- Controlador PID
Referencias
- ↑ a b c Constantine A. Murenin (17 de abril de 2007). "1. Antecedentes". Interfaz generalizada con monitores de hardware del sistema de microprocesador . Actas de la Conferencia Internacional IEEE de 2007 sobre redes, detección y control, 15-17 de abril de 2007. Londres, Reino Unido: IEEE . págs. 901–906. doi : 10.1109 / ICNSC.2007.372901 . ISBN 978-1-4244-1076-7. IEEE ICNSC 2007, págs. 901–906.
- ^ Barbero, Antony (1992). Manual de control de ruido y vibraciones - Antony Barber - Google Books . ISBN 9781856170796. Consultado el 1 de enero de 2014 .
- ^ http://www.diodes.com/datasheets/ds28002.pdf
- ^ Haz girar a tus fans
- ^ Obtenga 12V, 7V o 5V para sus ventiladores
- ^ "LM7808" . fairchildsemi.com . Archivado desde el original el 2 de abril de 2015 . Consultado el 13 de agosto de 2014 .
- ^ "LM317 - LDO de un solo canal - Regulador lineal (LDO) - Descripción y parámetros" . ti.com .
- ^ "Consideraciones térmicas para reguladores lineales" . 28 de noviembre de 2006. Archivado desde el original el 2 de abril de 2015 . Consultado el 26 de febrero de 2015 .
- ^ "Especificación de ventiladores controlados por PWM de 4 cables" (PDF) . Septiembre de 2005. Archivado desde el original (PDF) el 26 de julio de 2011 . Consultado el 21 de julio de 2011 .
- ↑ a b c Constantine A. Murenin (21 de mayo de 2010). Sensores de hardware OpenBSD - Monitoreo ambiental y control de ventiladores ( tesis MMath ). Universidad de Waterloo : UWSpace. hdl : 10012/5234 . ID de documento: ab71498b6b1a60 ff817 b29d56997a418.
- ^ "SpeedFan - Sensor de temperatura de acceso en su computadora" .
- ^ "Argus Monitor - Software para controlar CPU, GPU y ventiladores del sistema usando cualquier fuente de temperatura de PC disponible" .
enlaces externos
- Especificación de ventiladores controlados por PWM de 4 cables v1.3 , Intel
- Conectores de ventilador de 3 y 4 cables , Intel
- Disposición de pines del conector del ventilador de la placa base de 3 cables y 4 cables , AllPinouts
- Por qué y cómo controlar la velocidad del ventilador (2/3/4 cables) para enfriar equipos electrónicos , dispositivos analógicos
- Controlar las velocidades de los ventiladores en Linux en placas base PWM, Thinkpad y ASUS Eee PC
- Compatible con IBM PC
- Refrigeración del hardware de la computadora
