L'alimentazione del PC

I componenti "caldi" nel PC non sono sempre "caldi" alla stessa maniera : dipende da cosa stanno facendo, da quanta potenza stanno assorbendo per il loro lavoro. Ad esempio, l' alimentatore, usato in percentuale bassa delle sue possibilità, tenderà a scaldare di meno che se usato a piena potenza. Così pure la CPU o la GPU e un disco in attesa di essere letto o scritto scalderà meno di uno soggetto a frenetici cicli di accesso.
Se la ventola utilizzata per smaltire il calore ha una velocità fissa, questa dovrà essere calcolata sulla base della massima prestazione necessaria e quindi si troverà ad essere sovra utilizzata negli altri momenti in cui il consumo di energia è minore; in sostanza, la ventola a "tutto gas" produrrà più movimento di aria e più rumore di quello realmente necessario nella maggior parte del tempo.
L' ideale, dunque, sarebbe una ventola che adeguasse la sua velocità alle variazioni della temperatura, in modo da girare lentamente (e silenziosamente) quando serve un basso flusso di aria ed accelerare poi quando l' aumento delle temperatura richiede una flusso più sostenuto.
Ad esempio, negli alimentatori è contenuta una ventola (o più) che ha il duplice scopo di raffreddare i componenti elettronici interni e di produrre un flusso di aria all'interno del PC . L' aria é aspirata all' interno del case e soffiata verso l'esterno. Se la temperatura ambiente non é elevata e la potenza dissipata dai vari componenti é limitata , non occorre che questa ventola, solitamente ben dimensionata, vada a piena velocità, generando un rumore sensibile : già da tempo, in base a questa considerazione viene inserito un circuito elettronico ausiliario per regolare , mediante un sensore termico , la velocitá di rotazione delle pale della ventola , e quindi il flusso di aria , adattandolo alla situazione .

La soluzione più comune è quella presentata nell'immagine : si tratta di un tipico sistema di controllo della velocitá in funzione della temperatura, estremamente semplice, ma sufficientemente funzionale.

Il piccolo circuito stampato contiene due transistor e alcuni componenti passivi (resistenze e condensatori) ; la pastiglia verde che sporge a sinistra è il sensore di temperatura o termistor; tecnicamente si tratta una resistenza NTC .

Questo circuito é posizionato vicino all' area di cui si vuole controllare la temperatura. Circuiti del genere solitamente si trovano all' interno di alimentatori; vengono aggiunti alla normale ventola per ridurne il rumore senza modificare la struttura dell' alimentatore stesso. .

L'alimentazione a 12V arriva con il cavo rosso/nero mentre la tensione variabile è disponibile al connettore a due poli in alto a destra, a cui viene collegata la ventola .

Come detto, il termistor è una resistenza NTC (Negative Temperature Coefficent = resistenza a coefficiente di temperatura negativo), ovvero piú alta é la temperatura, minore é la resistenza; viene fabbricata con particolari materiali che variano il loro valore resistivo a seconda della temperatura. Queste variazioni sono usate per comandare un semplice amplificatore a transistor che, agendo come resistenza variabile, regola la tensione al motore della ventola.
Il sistema qui sopra visto può essere realizzato in vari modi, anche integrandolo nel circuito principale dell' alimentatore. E' estremamente semplice, per non dire semplicistico, ma funziona e permette di utilizzare una qualsiasi comune ventola, sia a due che a tre fili. Infatti, anche se l' azione della regolazione agisce sulla tensione di alimentazione del motore, nulla vieta che si possa disporre di connettore a tre pin per fornire il segnale tachimetrico : l' uscita open collector permette, entro margini abbastanza ampi, di avere differenti tensioni sul motore e sul pull up esterno del segnale tachimetrico.

Normalmente in questi circuiti, a PC appena acceso e con temperatura ambiente sotto i 20 gradi , la ventola si muove a bassa velocitá, alimentata con circa la meta della tensione; mentre la temperatura sale a causa delle varie unitá in funzione ( CPU , Hard disk , ecc.) l' aria aspirata sará piú calda e di conseguenza la velocitá aumenterà per mantenere costante l' effetto refrigerante . Si ottiene cosi una riduzione della potenza impiegata ed una notevole riduzione del rumore .
La soluzione è molto economica e funzionale; richiede il circuito esterno, ma permette di usare una qualunque ventola. Per contro non è un sistema molto preciso, nè molto raffinato : con l' elettronica si può fare di meglio.

Le ventole termo controllate

Si è trovato il modo di integrare questa funzione nella ventola stessa, in modo da non richiedere elementi esterni; dalla ventola sporgerà solo il sensore di temperatura. Questo è facilmente realizzabile da quando alcuni costruttori di semiconduttori hanno progettato e prodotto dei controller per questo scopo

Questo è dovuto alla relativa complessità del controller che integra numerose funzioni.
A differenza del sistema realizzato con il circuito precedente, qui abbiamo a che fare con un controllo in PWM che agisce direttamente sui drive di comando delle bobine dello statore.

Nell' immagine, come esempio, è riportato lo schema a blocchi di uno di questi controller, in particolare della famiglia ZXBM2000 della Zetex.
Un sensore di temperatura, la classica NTC già vista prima (Rtherm nello schema) controlla la regolazione della velocità attraverso un raffinato sistema PWM (Pulse Width Modulation) che agisce sul controllo di fase e i driver dei transistor di potenza (esterni) che a loro volta comandano le bobine. Il solito sensore di Hall fornisce gli impulsi di sincronismo.

Questo controllo PWM interno non agisce sull' alimentazione, ma sul controllo di fase e sui driver integrati; questo è molto importante in quanto, sincronizzandosi con gli impulsi provenienti dal sensore di Hall, evita tutta quella serie di problemi di rumore e disturbo elettrico che si avrebbero nel caso di una variazione PWM della tensione di alimentazione.

Normalmente queste ventole hanno disponibile esternamente l' uscita open collector per il segnale tachimetrico (FG nello schema), utilizzando il classico connettore Molex a tre poli, mentre, a meno di particolari implementazioni OEM, non è riportato esternamente il segnale di allarme per blocco della rotazione (RD nello schema), dato che richiederebbe un connettore a 4 poli non standardizzato; inoltre, questa funzione è normalmente eseguibile dalle risorse dell' health monitor della scheda madre, per cui sarebbe superflua.

La frequenza del PWM può essere impostata con un condensatore esterno per ridurre al minimo il rumore dovuto alla commutazione e viene situata a valori abbastanza alti (20kHz o più).

La curva di regolazione è ideale : la velocità della ventola è minima da 0 a circa 25 gradi, temperature tipiche ambientali; nel momento in cui la temperatura sale, anche la velocità aumenta. Più la temperatura sale oltre i 25 gradi, più aumenta la velocità fino ad arrivare al massimo appena oltre i 50 gradi, temperatura considerabile come limite per l' aria interna delle apparecchiature elettroniche.

Questo presentato è solo un esempio di possibile applicazione : altri produttori hanno in catalogo chip analoghi.

Nell' implementazione pratica, una ventola termo controllata, ad un esame superficiale, si presenta del tutto simile ad una ventola comune. Osservando il numero dei fili che escono dal circuito stampato, si potrà notare che sono in numero maggiore; infatti ne sono necessari due in più per collegare il sensore termico.

Una ventola, quindi, può avere il segnale tachimetrico (ventola tachimetrica), ma non essere per nulla dotata di regolazione della velocità in funzione della temperatura, mentre una ventola termo controllata del tipo qui visto può benissimo avere o non avere l' uscita tachimetrica.

Dove è utile una di queste ventole ?
In generale, ovunque sia richiesto un controllo locale della velocità in funzione della temperatura , dove questa temperatura varia entro un ampio raggio per cui una ventola a velocità fissa sarebbe una fonte di inutile rumore. Ad esempio, soluzioni del genere sono normalmente implementate su dissipatori per CPU e chip, in sistemi di raffreddamento per dischi, alimentatori, chassis, ecc.
Quando un controller esterno che esegua questa funzione non è disponibile o non facilmente implementabile, le ventole dotate di controllo autonomo della velocità sono un' ottima soluzione per bilanciare efficacia di raffreddamento e rumore.

Come si è appena visto , la circuiteria interna è più complessa di quella di una ventola normale; inoltre è richiesta la resistenza di rilevamento della temperatura esterna, per cui il costo delle ventole termo controllate è certamente maggiore di quello delle ventole normali .

Confronto tra ventole tachimetriche e ventole controllate
Se, dopo tutto quanto detto, esiste ancora per una certa confusione sui due tipi di ventole, la tabella riassume le differenze principali :

Tipo	Velocitá	Cavi di collegamento	Segnali in uscita	Funzioni
Normale	costante	2 fili Positivo Negativo	nessuno	Gira a velocità costante dipendente dalle sue caratteristiche e dalla tensione di alimentazione Può essere collegata alla scheda madre o al controller che ne regola la velocità Non è in grado di fornire il segnale proporzionale alla rotazione. Se il dispositivo di controllo dispone di un segnale di allarme per ventola ferma, questo, in assenza del segnale tachimetrico, indicherà la ventola come difettosa ed quindi andrà escluso.
Tachimetrica	costante	3 fili Positivo Negativo Segnale tach.	tachimetrico (segnale proporzionale alla velocitá)	Gira a velocità costante dipendente dalle sue caratteristiche e dalla tensione di alimentazione Può essere collegata alla scheda madre o al controller che ne regola la velocità E' dotata di segnale tachimetrico e fornisce il segnale proporzionale alla rotazione in modo da poterne leggere la velocità ed impostare un allarme per ventola difettosa.
Termo Controllata	variabile con la temperatura	2 fili Positivo Negativo	nessuno	Gira a velocità variabile dipendente dalla temperatura rilevata dal suo sensore. La velocità dipende anche dalle sue caratteristiche e dalla tensione di alimentazione. Anche se si può variarne la velocità collegandola alla scheda madre o ad un regolatore apposito, queste ventole sono essenzialmente progettate per funzionare da sole alla tensione nominale, senza alcuna regolazione esterna. Non è dotata di segnale tachimetrico.
Termo Controllata tachimetrica	variabile con la temperatura	3 fili Positivo Negativo Segnale tach.	tachimetrico (segnale proporzionale alla velocitá)	Gira a velocità variabile dipendente dalla temperatura rilevata dal suo sensore. La velocità dipende anche dalle sue caratteristiche e dalla tensione di alimentazione. Anche se si può variarne la velocità collegandola alla scheda madre o ad un regolatore apposito, queste ventole sono essenzialmente progettate per funzionare da sole alla tensione nominale, senza alcuna regolazione esterna. E' dotata di segnale tachimetrico e fornisce il segnale proporzionale alla rotazione in modo da poterne leggere la velocità ed impostare un allarme per ventola difettosa.