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WIKI Collegamento delle ventole e funzione

Liupen

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Questo breve wiki vuol essere un aiuto per chi si vuole avvicinare all'argomento ventole e controller per ventole da PC.


I primi controller per ventole fatti in casa utilizzavano un semplice "volt mod" scegliendo 5, 7 o 12 V da un classico connettore Molex.
Seguì l'uso di normali resistori per rallentare le ventole, dotate di resistenze termiche, vari potenziometri per un controllo manuale della velocità ad ampio raggio, ecc.

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Ma al giorno d'oggi, se vuoi controllare la velocità delle tue ventole e pompe, si devono usare ventole con controllo PWM.

Ma andiamo per gradi. Quando guardiamo la nostra scheda madre, vediamo 2 tipi di connettori: a 3 pin o a 4 pin.

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Ogni scheda madre tradizionale è dotata di almeno un connettore PWM a 4 pin. Le schede madri di fascia alta offrono 4-6 o anche più di questi connettori ventola/pompa a 4 pin e il sistema PWM è un modo molto efficace e intelligente per controllare le ventole. Tuttavia, ancora oggi, molti anni dopo l'introduzione di PWM nel 2003,
Nonostante il controllo della velocità che è possibile attuare sulle ventole PWM sia ottimale, ci sono aziende anche importanti, cha propongono ventole avanzate e ben progettate con connettori a 3 pin vecchio stile.


Quali sono le differenze?

Dal numero di fili e/o i pin che ha una ventola, possiamo distinguere tre tipi principali di connessioni.
Le ventole con solo due fili hanno solo connessioni: più (la tensione dei 12V) e meno (ground o noi diremo: massa) ed il gioco è fatto.; sono ventole che, come le prime in alto, non hanno un controllo della velocità (o sono spente o sono accese e vanno alla massima velocità di rotazione).

Il secondo tipo ha tre fili; due per l'alimentazione della ventola e uno che porta il cosiddetto Sensor o “Tach” ovvero il segnale tachimetrico (il filo che dà una lettura della velocità attuale della rotazione della ventola).
Attraverso questo terzo filo viene inviato un segnale con una certa frequenza proporzionale alla velocità della ventola, espressa in RPM (giri al minuto). La regolazione della tensione V, utilizzata da questo tipo di ventole, come abbiamo visto, non è scalare ma si attesta su tensioni di riferimento: 0V, 5V, 7V e 12V. Di conseguenza anche il controllo della velocità ne risente. Il controllo non è scalare specie a basso numero di RPM.
Il segnale di velocità della ventola è una serie di impulsi (a tensione definita) generati all'interno del motore e rimandati sul Pin #3 alla scheda madre (sensore tachimetrico) per il conteggio e la visualizzazione su software (UEFI e/o OS).
Questo metodo è chiamato "Modalità di controllo della tensione" o talvolta "Modalità CC".

Il terzo tipo di ventole che utilizzano quattro fili sono le ventole PWM ovvero a 4 pin, ove, oltre al sensore tachimetrico si affianca un filo/pin per il controllo della rotazione.

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PWM (Pulse Width Modulation) o modulazione con l'ampiezza di un impulso, è un termine diffuso nel mondo dell'ingegneria elettrica. Ha una vasta gamma di applicazioni, come nel campo delle telecomunicazioni, apparecchiature audio, servomotori, ecc. Interessante per noi appassionati è l'applicazione del PWM nella regolazione della tensione.

In breve, PWM funziona come un interruttore che si accende e si spegne costantemente, regolando così la quantità di potenza guadagnata dalla ventola o dal motore della pompa. Il sistema PWM utilizzato per il controllo delle ventole e pompe funziona con il motore, ottenendo +12V (piena potenza) o 0V (nessuna alimentazione). Per capire meglio come funziona, dai un'occhiata al grafico qui sotto.

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Quindi, il motore riceve impulsi di potenza. Immaginalo allo stesso modo come se dovessi girare l'elica della ventola con la mano. Puoi spingere l'elica ogni 5 secondi con la stessa quantità di forza e continuerai a girare l'elica. Puoi anche accelerare l'intervallo quando spingi l'elica; diciamo che la spingi ogni 3 secondi. In tal caso, noterai che l'elica gira un po' più velocemente, e quasi allo stesso modo funziona la modulazione di larghezza di impulso. La velocità del motore, cioè la ventola o la pompa, è determinata dall'ampiezza del segnale PWM – la durata del tempo in cui è acceso.

Come si vede nella figura sopra, un ciclo di lavoro del 10% fornisce solo pochi impulsi di potenza per un periodo di tempo, il che significa che il motore girerà lentamente e un ciclo di lavoro del 100% significa che la ventola/pompa funzionerà a piena velocità , costantemente accesa.

È importante sapere che qui non è coinvolta alcuna regolazione della tensione e, utilizzando la regolazione PWM, il motore viene costantemente alimentato a 12 volt. Per questo motivo, il connettore sulla scheda madre a 4 pin dovrebbe essere utilizzata solo per una ventola, o eventualmente due, utilizzando lo splitter a Y. Le pompe per il raffreddamento ad acqua hanno un consumo energetico significativamente maggiore, quindi l'alimentazione è per lo più collegata al connettore molex e gli altri due fili tach e PWM sono collegati all'intestazione della scheda madre per il controllo PWM e la lettura della velocità.
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Se non è presente alcun segnale PWM, quasi tutte le ventole funzioneranno al 100% della potenza, mentre la maggior parte delle pompe utilizzate nel raffreddamento ad acqua funzioneranno a una velocità media. Ciò significa che se si desidera far funzionare la pompa a piena potenza, è necessario collegarla a un segnale PWM impostato sul ciclo di lavoro del 100%.

Ventole di qualità superiore hanno i propri chip driver IC speciali all'interno dell'hub-motore che generano un segnale PWM inclinato anziché uno quadrato piatto. I segnali quadrati piatti tendono a creare sgradevoli rumori di clic quando la ventola funziona a basse velocità. L'improvviso aumento di potenza quando il motore riceve +12 volt provoca uno strappo del rotore, che in alcuni casi crea il suono di un clic. L'uso di circuiti integrati speciali fa in modo che il motore si accenda più dolcemente ogni volta che viene dato un impulso.

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Perché PWM è così importante?
Quasi tutte le ventole a 3 pin "muoiono" se la tensione viene abbassata sotto i 5 V, ma con il controllo PWM, le ventole possono raggiungere velocità di funzionamento molto basse di 300-600 RPM. Non muoiono letteralmente; si spengono e smettono di girare, ed è per questo che spesso la gamma di velocità dichiarata della ventola può essere raggiunta solo utilizzando la regolazione PWM. A queste velocità, le ventole sono completamente silenziose e alcune ventole possono persino essere spente completamente tramite la regolazione PWM. Un'altra cosa molto interessante della regolazione PWM è che puoi usare un segnale PWM per governare tutti i tuoi fan. Poiché le ventole ricevono sempre 12 volt, è possibile utilizzare speciali splitter per hub delle ventole che invieranno un segnale PWM a tutte le ventole collegate o persino alle pompe. In questo modo, tutti i fan e le pompe lavoreranno in armonia.


Utilizzando un sensore di temperatura, le schede madri possono impostare automaticamente un profilo °C/RPM. Quasi tutte le schede ormai consentono di impostare anche profili PWM personalizzati.

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E' possibile alimentare e controllare delle ventole a 3 pin utilizzando un connettore a 4 pin e viceversa?

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La risposta, come si può vedere dalla figura sopra, è: collegare ovviamente si (c'è una tacca, una guida in plastica che permette di non sbagliare), ma non viene permesso il controllo di una ventola PWM su un attacco a 3 pin, o viceversa una ventola a 3 pin non è detto che possa essere controllata su un alloggiamento PWM (4 pin) se la scheda madre non è predisposta alla variazione di tensione.

I connettori dei due tipi di ventole sono quasi gli stessi in modo che entrambi i tipi possano essere collegati a entrambi i tipi di connettori maschio della scheda madre. I segnali sono così simili che mescolarli, funzionano in qualche modo.
Ovviamente, se non si mescolano i connettori, ogni tipo funziona come previsto.
Se si collega una ventola a 4 pin a un connettore della scheda madre che utilizza la modalità di controllo della tensione, la ventola non riceve alcun segnale PWM e non può modificare l'alimentazione fornita. MA l'alimentazione sul pin n. 2 è una tensione VARIANTE che viene quindi alimentata agli avvolgimenti del motore invariata e la velocità del motore È controllabile dalla scheda madre o da un controller esterno. Ma l'altro modo - collegare una ventola a 3 pin a un'intestazione utilizzando la modalità PWM - non fornisce il controllo. Il motore riceve un +12 VDC fisso sul pin n. 2 e non ha modo di accettare o utilizzare il segnale PWM sul pin n. 4, quindi il motore della ventola funziona sempre a piena velocità.

Inoltre occorre fare attenzione alle prese 4 pin disponibili sulla propria scheda madre, perche non sempre supportano PWM.
Ora, ecco il "trucco". NON puoi dire dal conteggio dei pin sull'intestazione della scheda madre quale tipo di controllo sta utilizzando. Devi giocare a fare il detective con il manuale della scheda madre.

Esempio:

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https://it.gigabyte.com/products/page/mb/ga-h170m-d3hrev_10#kf



In questa scheda sono mostrati i diagrammi per i tre header SYS_FAN che hanno 4 pin.
Ma non è la configurazione base (come si può vedere presente in CPU_FAN):
1. massa,
2. +12V,
3. Sensore Tach,
4. Controllo PWM

Dice infatti che il segnale sul Pin #4 è "VCC", mentre l'etichetta per l'intestazione CPU_FAN ha l'etichetta "Speed Control" sul suo Pin #4.

Ciò significa che il connettore CPU_FAN STA utilizzando il sistema di controllo PWM, ma i connettori SYS_FAN NON stanno utilizzando la modalità di controllo della tensione. In altre parole, sebbene i connettori della ventola abbiano 4 pin per farti sentire a tuo agio, in realtà funzionano esattamente come connettori nella modalità di controllo della tensione a 3 pin.
Perché dovrebbero farlo?
Principalmente per consentire anche a ventole a 3 pin di essere utilizzate controllando entrambe le tipologie.
Quindi, indipendentemente dal tipo di ventola che hai acquistato, i connettori sulla scheda madre SYS_FAN POSSONO controllarne la velocità con questo design, anche se non utilizzano purtroppo la tipologia PWM.
 
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