INFORMAZIONI TECNICHE

Le ventole del PC 
Il segnale tachimetrico


Tachimetrico vuol dire velocità variabile ?

Per niente ! 
Va qui ribadito una volta di più che la funzione tachimetrica NON ha nulla a che fare con un eventuale sistema di controllo e variazione della velocità della ventola stessa; una ventola "tachimetrica" fornisce un segnale proporzionale alla velocità di rotazione e basta. L' eventuale controllo di velocità sarà realizzato da altre componenti del sistema, magari anche interne alla ventola, ma che costituiscono una funzione addizionale; in questo caso si parlerà di ventole controllate termicamente.

Il segnale tachimetrico, corrispondente al terzo filo della ventola, non è un ingresso di controllo, ma una uscita che fornisce impulsi proporzionali alla velocità di rotazione.  

Quale è lo scopo di questo segnale ?

La ventola serve a raffreddare un componente caldo; se essa non funziona, il componente si può surriscaldare e danneggiarsi. In pratica la ventola può fermarsi quando si guasta l' elettronica del motore o quando a causa di sporco e polvere oppure a seguito di urti, la parte rotante si blocca. Come fa l' utente a sapere che la ventola si è guastata ? Non  può certo passare il tempo ad osservare le ventole del suo computer !
Un sistema potrebbe essere quello di tenere sotto controllo la temperatura del componente e quando essa sale troppo, vuol dire che qualcosa nel raffreddamento non va; questo si può fare utilizzando sonde termiche interne al componente o aggiunte esternamente ed un circuito elettronico che , al superamento di una temperatura programmata, faccia scattare un allarme. Però questa è una "ultima ratio" : ormai il componente è "molto" caldo.
In condizioni usuali, la causa principale di un anormale aumento della temperatura è una disfunzione della circolazione dell' aria : allora, perchè non controllare se la ventola gira ? Se si blocca e sono in grado di sapere quando questo accade, prima che la temperatura salga passerà qualche tempo ed avrò già dato l' allarme, in anticipo sull' aumento della temperatura. 

Dunque, lo scopo del segnale tachimetrico è quello di fornire al controllo della salute del sistema (health monitor), di qualunque genere esso sia, la condizione in cui si trova la ventola : se gira regolarmente, il segnale sarà presente. Se la ventola è guasta o bloccata da sporco e polvere, il segnale sarà assente o insufficiente e questo potrà essere rilevato dal monitor steso, che darà un opportuno allarme.
Disponendo di un segnale proporzionale alla velocità, posso costruire raffinati e sicuri sistemi di regolazione del flusso dell' aria.

La configurazione tipica, come si è visto dagli schemi precedenti, è quasi sempre un open collector, nel caso di transistor bipolari, mentre nel caso di MOSFET sarà un open drain. Solitamente è identificata sugli schemi con la sigla FG.
Secondo lo standard, la frequenza di uscita degli impulsi tachimetrici è di due per giro, il che permette di unificare i sistemi di lettura della velocità; dove esistano ventole con caratteristiche diverse, anche se non comuni, si potrebbero creare problemi con il software dei monitor della velocità.
Ad esempio, il foglio caratteristiche di una ventola tachimetrica propone lo schema equivalente di interfaccia qui a fianco.

I parametri massimi consigliati sono :

VFG = 18V max
Ic = 10 mA

e, conformemente a quanto ci si deve aspettare, sono generati due impulsi per ogni giro, corrispondenti agli impulsi su una delle coppie polari dello statore.

Secondo le caratteristiche generalmente stabilite, i valori ammessi, però, sono più restrittivi di quelli indicati qui sopra ed in particolare si troverà sui fogli dati :
VFG = 13,8V max
Ic = 5 mA
Certamente i transistor usati sono di piccola potenza, ma si tratta di dati molto conservativi perchè i componenti discreti utilizzati hanno solitamente capacità maggiori. In ogni caso, potenze maggiori non servono per questo impiego, in quanto il segnale in uscita va ad un circuito di misura e non ad azionare elementi di potenza. 

L' uscita open collector, o open drain nel caso di utilizzo di MOSFET, separa la tensione di alimentazione della ventola da quella del circuito integrato dell' health monitor, permettendo che siano diverse (ad esempio 12V per la ventola e 5V per l' IC del monitor o viceversa) e richiede che l' ingresso dell' health monitor abbia una resistenza di pull-up. Questa configurazione, viste anche le basse frequenze delle commutazioni, consente di avere un tratto di cavo relativamente lungo tra ventola e sistema di lettura senza pericolo di perdita dei dati.
Dato che tensioni di alimentazione della ventola diverse d quella nominale, sia in più che in meno, non danno problemi al corretto funzionamento dell' uscita del segnale tachimetrico così realizzato, variando la tensione di alimentazione del motore per variarne la velocità, non si perde la funzionalità del segnale tachimetrico.

Va detto, però, che esistono, anche se non comuni, ventole che hanno un pull-up integrato oppure che escono sul segnale tachimetrico con altri sistemi (ad es,. push-pull); generalmente nell' uso normale questo non provoca problemi elettrici, anche se a volte l' accoppiata di una data ventola con un circuito di monitor particolare fa si che il segnale tachimetrico sia rilevato con difficoltà o non rilevato del tutto. In questi casi, però, potrebbero esserci seri problemi di interfaccia tra l' uscita tachimetrica e i controller dell' health monitor se si alimentasse la ventola a tensione diversa da quella nominale.

Un particolare problema si è rilevato nella lettura corretta della rotazione delle ventole quando si utilizzano modelli a basso numero di giri; spesso i sistemi di health monitor hanno difficoltà ad accettare segnali al di sotto di una certa soglia, corrispondente a circa 800 rpm ed identificano velocità inferiori come guasto alla ventola. Questo capita usando ad esempio dissipatori per CPU a bassissimo rumore, la cui struttura richiede un flusso di aria molto ridotto e la ventola, al minimo, gira a soli 500 rpm o anche meno; oppure con ventole dotate di controllo termico della velocità interno e indipendente dalle risorse del sistema. In questi casi, se il BIOS non prevede particolari opzioni per le ventole "lente", l' unica soluzione è quella di escluderle dall' analisi dell' health monitor.

 Se nei modelli più recenti di schede madri è comune avere integrato (health monitor, health system, ecc) un insieme di funzioni di controllo, sicurezza e risparmio energetico, tra cui anche la regolazione della velocità delle ventole in relazione alla temperatura, ovviamente la gestione della ventola in funzione della temperatura può essere effettuata anche da da regolatori esterni, magari dotati di display LCD.

Per riassumere quanto detto e chiarire ulteriormente, vediamo alcuni quesiti comuni :

La ventola tachimetrica cambia velocitá ?
No. La ventola tachimetrica gira a velocitá costante, dipendente dalle sue caratteristiche e dalla tensione di alimentazione. Per variare la velocità di una ventola, tachimetrica o no, dovrò usare un dispositivo esterno.

La ventola tachimetrica si ferma ?
Questo dipende dalla scheda madre e/o dal sistema di controllo . Alcune schede madri spengono la ventola quando il sistema passa in condizioni di risparmio energetico , perché esso, posto a riposo, non dissipa piú calore e l'arresto delle ventole riduce il consumo del sistema, oppure ne regolano la velocità in funzione della temperatura monitorizzata. Questo non ha niente a che vedere con l' uscita del segnale tachimetrico : la funzione tachimetrica della ventola serve solo al sistema di controllo per verificare che essa giri; regolazione di velocità, avviamento e spegnimento NON fanno parte della funzione tachimetrica.

Sperando così di aver chiarito una volta per tutte la questione delle ventole "tachimetriche", passiamo a vedere una ulteriore generazione di ventole controllate.

 

 


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Aggiornato il 06/03/07.