Pwm: què és i perquè serveix en els ventiladors

Una cosa que segurament poques persones coneixen i al que gairebé ningú repara pel que fa a les característiques dels ventiladors per a PC és en la funció PWM, per a la qual cal tenir importants coneixements relacionats a la part tècnica de la informàtica. No obstant això, els usuaris d'ordinador estem més acostumats a aquesta funció que el que creiem.

Les tasques que porta a terme el PWM s'executen en segon pla i sense que puguin ser advertides, encara que els seus avantatges si són visibles en els PC que utilitzem.

En els últims anys, els fabricants de maquinari han posat especial atenció a la possibilitat que a través dels circuits integrats dels components es pogués controlar de manera eficient la velocitat dels ventiladors que s'ocupen de refrigerar diversos dispositius electrònics, com els ordinadors personals.

És molt important l'evolució que experimenta la tecnologia que utilitzen els ventiladors elèctrics que trobem en els equips electrònics de l'actualitat. Ventiladors que es vénen usant des de fa molts anys, i que al seu torn es vénen modificant per oferir cada vegada més avantatges.

Però això no sempre va ser així, ja que fins no fa molts anys, la possibilitat que un ordinador fora silenciós i que inclogués una funció per portar un control de la velocitat dels ventiladors no era present en cap model.

Diversos anys enrere, no trobàvem cap tipus de refrigeració activa en els ordinadors x86, a causa principalment al fet que no generaven excés de calor dins de les caixes de PC. Però això va començar a canviar amb els primers ordinadors 486, que requerien de més recursos per executar cada vegada més tasques.

Des d'aquell moment i fins a l'actualitat, els ordinadors van començar a consumir cada vegada més energia ia generar també més calor, tot i que també es van començar a obtenir majors rendiments.

És per tot això que a més de l'evolució dels components, els sistemes de refrigeració també van experimentar canvis i evolucions importants, principalment pel que fa a la forma de controlar la velocitat dels ventiladors, que es fa mitjançant el PWM.

A través d'un senzill "volt mod", amb el qual es podia seleccionar 5, 7 o 12V d'un connector Molex clàssic, es podia controlar la velocitat dels ventiladors fa diversos anys.

Després es van començar a fer servir resistències que servien per disminuir la velocitat dels ventiladors, així com també es feia ús de potenciòmetres i resistències tèrmiques, de manera que s'exercia un control manual de velocitat d'ampli rang. Els coneguts rehobus.

Però en l'actualitat, si s'està buscant controlar la velocitat dels ventiladors i bombes, l'opció més usada i eficient és el control PWM o l'ús de controladors de fabricants com Corsair o NZXT per gestionar via programari o BIOS la velocitat dels nostres ventiladors.

Índex de continguts

caràcter

Avui dia, els fabricants llancen les seves plaques base de mitjana gamma equipades, com a mínim, amb un capçal PWM de 4 pins. Per un pressupost més gran, les plaques base d'alta gamma inclouen quatre o més connectors de 4 pins que controlen la velocitat dels sistemes de refrigeració dels equips.

Malgrat aquesta evolució, encara hi ha moltes persones que no coneixen aquesta funció de les placa base que va sorgir el 2003, o no la tenen en compte a l'comprar un equip. Una mica encara més sorprenent és que en l'actualitat encara podem trobar que fabricants de ventiladors creen els seus components incloent obsolets connectors de 3 pins.

Per tal motiu, explicarem què és el control PWM, com gestiona la velocitat de bombes i ventiladors, i quins avantatges s'obtenen a l'saber utilitzar aquesta funció que encara segueix sent ignorada per la majoria dels usuaris.

Com funciona el PWM

El funcionament de l'PWM necessita d'un circuit que compta amb parts que compleixen diferents funcions cadascuna. En aquest circuit, el comparador treballa com a nexe, i està compost per una sortida i dues entrades diferents.

A l'hora de fer la configuració, cal tenir present que una de les dues entrades s'ocuparà de donar espai al senyal de l'modulador. De l'altra banda, la segona entrada ha d'estar unida a un oscil·lador de el tipus dents de serra perquè la funció es pugui dur a terme de manera adequada.

El senyal que proveeix l'oscil·lador amb dents és el que estableix la sortida de la freqüència. Amb els anys, el sistema PWM ja ha demostrat que funciona correctament, de manera que s'ha convertit en una funció molt utilitzada quan es tracta de gestionar la disponibilitat de recursos energètics.

Tipus de ventiladors de PC

Tenint en compte la quantitat de cables amb el que ve de fàbrica un ventilador, és possible diferenciar segons tres tipus principals de connexions.

1. Si vénen amb només dos cables a terra, aquests ventiladors disposen de connexions de positiu i negativo.El segon grup de ventiladors ve amb tres cables; dos s'encarreguen de l'alimentació de l'ventilador, mentre que el tercer transporta el senyal tacométrica, també coneguda com "Tach". Mitjançant aquest tercer cable es pot transferir un senyal d'una freqüència equitativa a la velocitat de l'ventilador, que es mesura en RPM (revolucions per minut).El últim tipus de ventiladors ve amb quatre cables, i són els que coneixem com a "ventiladors PWM". Un cable es connecta a terra, el segon s'encarrega de l'alimentació, el tercer compte les RPM i el quart transfereix els polsos a l'ventilador.

Usos de l'control PWM

Si bé es podria pensar que el terme PWM (Premi Width Modulation) o Modulació per Ample de polsos, en espanyol, és poc usat, la veritat és que sol ser molt emprat en àmbits com l'enginyeria elèctrica, podent ser útil en diversos sectors, com en les telecomunicacions, en dispositius servomotors, equips d'àudio, i molts més.

En definitiva, el PWM compleix la funció d'un interruptor, encenent-se i apagant-se de manera contínua, ajustant d'aquesta manera la quantitat de potència que obté el motor de la bomba o el ventilador.

Aquest motor és part fonamental per a un sistema PWM encarregat de controlar la velocitat de bombes i ventiladors, treballant en + 12V (plena potència) o en 0V (potència nul·la).

Les velocitats que assoleixin les bombes i ventiladors estarà determinada directament per l'ample del senyal PWM, o el que és el mateix, pel temps que romangui encès el motor.

Per donar-nos una idea, un cicle de treball de l'10% vol dir que el PWM enviarà uns pocs impulsos de potència en un determinat període de temps, fent que el motor funcioni a una baixa velocitat. Per contra, amb un cicle de treball de l'100% s'aconsegueix que un ventilador o bomba funcioni a la màxima velocitat, és a dir, amb un encès continu de l'motor.

refrigeració líquida

El consum d'energia que exigeixen les bombes que s'utilitzen en la refrigeració per aigua resulta considerablement superior, raó per la qual, l'energia es connecta en la seva major part a l'connector Molex, mentre que els altres dos cables de l'PWM i de l'tacòmetre es connecten a el capçal de la placa base amb la finalitat de gestionar el PWM així com la velocitat.

En cas que no hi hagi senyal PWM en els ventiladors, llavors el funcionament estarà en la seva màxima potència, mentre que les bombes de la refrigeració líquida tindran una velocitat mitjana. En altres paraules, si es busca fer funcionar la bomba a plena potència, caldrà connectar-la a un senyal PWM que estigui configurada a el 100% de l'cicle de treball.

Connexió molex a Bomba D5 (Sèrie Corsair Hydro X), encara que també es pot comprar amb connexió PWM de 4 pins.

Els ventiladors de qualitat superior inclouen els seus propis controladors IC exclusius dins el nucli de l'motor que creen un senyal PWM inclinada en comptes d'una quadrada plana. Aquestes últimes senyals acostumen a produir grinyols molestos en el moment en que la velocitat de l'ventilador és mínima.

Aquest soroll molest es deu al fet que quan el motor rep un increment abrupte de potència, això provoca que el rotor es mogui, generant així aquests espetecs que de vegades molesten a l'usuari.

Per evitar això, s'ha de recórrer a utilitzar circuits integrats especials, els que van a garantir que l'encesa de l'motor sigui més suau a l'rebre un impuls.

Per què és tan important el PWM?

És normal que gairebé tots els ventiladors d'un equip s'apaguin quan el voltatge està fixat en uns 5V o menys. En aquests casos, els ventiladors deixen de funcionar i ja no giren, motiu pel qual amb freqüència el rang de velocitats que declara el fabricant de l'ventilador només és possible aconseguir-la fent servir una regulació PWM.

D'aquesta manera, a través de l'control PWM es pot aconseguir que els ventiladors treballen a velocitats molt baixes, al voltant de les 300 a 600 RPM.

Quan s'arriba a aquestes velocitats sense que els ventiladors s'aturin, s'obté un funcionament realment silenciós, a més que amb el control PWM es poden apagar si l'usuari ho desitja.

Una altra característica interessant sobre el control PWM és que amb una simple senyal és possible controlar tots els ventiladors. Tenint en compte que els ventiladors reben de manera contínua 12 volts, es poden utilitzar splitters especials per enviar un senyal PWM a totes les bombes i ventiladors de l'equip. D'aquesta manera s'aconsegueix una harmonia en el funcionament de tots els ventiladors i bombes.

Avui dia, els fabricants de plaques base li donen cada dia més rellevància a el tema de la regulació PWM, motiu pel qual hi ha al mercat configuracions molt sòlides i detallades que permeten que sigui cada vegada més fàcil l'ús d'aquest recurs.

Amb l'ajuda de l'PWM ja no hi haurà sorolls molestos quan els components de l'equip estiguin en ple funcionament, a causa que podran treballar a baixes velocitats així com regular la corba de duty cycle (cicles de treball) PWM en funció de les lectures de temperatura.

Avantatges de l'control PWM

Fer servir un regulador a la velocitat de bombes i ventiladors ens pot beneficiar en diversos aspectes:

• Un ventilador funcionant a menys velocitat produeix menys sorolls molestos.Al funcionar a baixa velocitat, el ventilador consumeix menys energía.Las baixes velocitats de l'ventilador fan que augmentin la seva vida útil i el seu rendiment.

Però per sobretot, la major avantatge que s'obté amb el control PWM és el seu alt nivell d'eficiència, la seva simple funcionament i el baix cost d'implementar-, tenint en compte que el ventilador romandrà totalment encès o apagat.

Hi ha diversos motius pels quals el control PWM continua sent no només un sistema d'alta popularitat, sinó també de gran nivell d'eficàcia.

És un fet que els motors en el seu conjunt, però els de corrent continu en particular, actuen amb gran rapidesa a l'control PWM, el que els permet, per exemple, ajustar la seva velocitat en pocs segons quan reben el senyal PWM. Així mateix, aquests senyals que controlen la velocitat dels motors són molt ràpides, principalment quan es necessiten pocs o cap càlcul.

Quan es combinen la velocitat per defecte de PWN amb la capacitat de resposta de l'motor, s'obté una eficiència d'alta qualitat dels controladors PWM, sobretot en aplicacions que són summament sensibles a la temperatura i necessiten que els canvis de temperatura es produeixin instantàniament.

Desavantatges de l'control PWM

Entre els punts negatius que se li poden trobar a el control PWM cal esmentar que la informació que conté el tacòmetre es veu limitada a l'rebre el senyal PWM, a causa de que la potència no sempre arriba fins al ventilador.

No obstant això, és possible recuperar aquesta informació de l'tacòmetre fent ús d'una tècnica comunament anomenada "estirament de pols", que consisteix a encendre el ventilador durant el temps que sigui necessari per tal de recopilar la informació de l'tacòmetre. Això pot comportar un augment en el soroll generat pel ventilador.

Un altre desavantatge de l'PWM de baixa freqüència està relacionada a el soroll que genera la commutació. És a dir, quan els ventiladors romanen encesos i apagats de manera contínua, hi ha possibilitats que es percebin sorolls. El mateix passa amb la velocitat d'aquesta commutació, la qual si no arriba a ser ràpida, és possible que es faci perceptible un parpelleig.

Finalment, tant el preu d'aquesta regulació com els problemes d'interferències provocats per radiofreqüència també són punts negatius.

Paraules finals i conclusió sobre la connexió PWM

Si ens centrem en els aspectes de la fiabilitat, el soroll acústic i l'eficiència energètica, no hi ha cap dubte que el més adequat per a la regulació de la velocitat dels ventiladors és fer servir una unitat PWM amb una freqüència major als 20 kHz.

Així com elimina l'exigència d'estirament de polsos sorollosos i els sorolls molestos de la commutació relacionats amb les unitats de PWM de baixa freqüència, compta amb un rang de control bastant més ampli que el que ofereixen un altre tipus de controls PWM.

Per mitjà de l'control PWM d'alta freqüència, és possible que el ventilador treballi a velocitats mínimes, properes a el 10% de la potència màxima, a l'contrari de la velocitat mínima que podria arribar a un ventilador amb control lineal, podent funcionar en aquest cas a un 50% de la velocitat màxima.

El control PWM és altament beneficiós en termes de consum d'energia, ja que els ventiladors estan contínuament funcionant o apagats.

Et recomanem la lectura:

Finalment, gràcies al fet que un ventilador pot funcionar a molt baixa velocitat amb el control PWM, la seva vida útil augmenta, de la mateixa manera que la fiabilitat de el sistema.