Ventiladores PWM y no PWM: ¿cuál elegir?

Introducción

Ya sea en el ámbito de la informática de alto rendimiento o en el de los equipos industriales de misión crítica, la gestión térmica no es una opción; es la columna vertebral del mundo electrónico. El ventilador es un dispositivo sencillo, pero el elemento clave en la gestión térmica, que se encuentra en la ruta crítica que más a menudo se ignora en su sofisticación. Por eso, a la hora de elegir un ventilador de refrigeración, una de las decisiones más importantes que tendrá que tomar es entre dos métodos de control principales, que son Ventiladores PWM y no PWM (a veces llamados DC).

No se trata sólo de un detalle técnico, sino que tiene un efecto directo en el rendimiento, la "huella" acústica, el consumo de energía y la fiabilidad general del sistema. Los requisitos de refrigeración de un bastidor de servidor de un centro de datos son polos opuestos en comparación con los de un dispositivo de diagnóstico médico no térmico, y la tecnología de ventiladores correctamente aplicada puede marcar la diferencia. El control de la velocidad de los ventiladores es un factor clave en este sentido, y puede realizarse de forma dinámica en función de los cambios de temperatura o de la carga del sistema.

Pero, ¿cómo navegar por esta opción? ¿Merece siempre la pena pagar el dinero extra para obtener el control avanzado de un ventilador PWM cuando podría bastar con encontrar un ventilador de CC de alta calidad a la altura de sus necesidades? Esta guía acortará el ruido. Iremos al meollo de la cuestión de cada tecnología, haremos una comparación en profundidad de las dos en un cara a cara y veremos dónde podemos aplicar realmente cada tipo. Después, no sólo verá cuál es la diferencia, sino que también podrá hacer la elección mejor informada que más se adapte a sus propias necesidades. La mejor opción se basa en las necesidades específicas de su sistema.

¿Qué son los ventiladores PWM y no PWM? La diferencia fundamental

Al inspeccionar un ventilador PWM de 4 pines y un ventilador no PWM de 3 pines a primera vista, pueden parecer similares; sin embargo, al mirarlos más de cerca, difieren en su modo de control de velocidad, por naturaleza. Esta es la diferencia que les hará darse cuenta de los puntos fuertes y débiles de cada uno.

¿Qué son los ventiladores PWM (modulación por ancho de pulsos)?

El más avanzado de los dos es el Ventiladores PWMque se caracterizan por un conector de 4 pines. Estos pines alimentan:

1. Tierra (GND)
2. Alimentación (+12V/24V, etc.)
3. Tacómetro (señal sensora): Informa al sistema de la velocidad real del ventilador (RPM).
4. Señal de control PWM: El "cerebro" de la operación.

La genialidad de PWM es que el motor del ventilador siempre recibe toda la tensión de alimentación (por ejemplo, 12 V). El sistema, en lugar de reducir la velocidad bajando la tensión, comunica una señal especial a través del cuarto pin en un conjunto de pulsos de encendido y apagado en forma digital. La velocidad del ventilador se controla mediante la llamada anchura de estos pulsos.

Considere un interruptor eléctrico para una luz. Cuando hay un pulso largo de "encendido" y un pulso corto de "apagado" (un ciclo de porcentaje alto, digamos 90%), hay una señal al ventilador para que funcione casi a toda velocidad. Un pulso breve de "encendido" y un pulso largo de "apagado" (un ciclo de bajo porcentaje, como 20%) le informa que lo haga lentamente. Dado que en cada pulso entra toda la energía de 12 V de la batería, el motor tiene par de sobra para empezar a girar y seguir haciéndolo incluso a las velocidades más bajas.

Ventiladores sin PWM (CC): la sencillez del control de tensión

Ventiladores no PWM, o Ventiladores DCo los ventiladores controlados por tensión tienen un conector de 3 clavijas más sencillo:

1. Tierra (GND)
2. Alimentación (+V)
3. Tacómetro (señal sensora)

Su control de la velocidad funciona de una manera bastante directa y sencilla: cambiando el voltaje que se suministra al ventilador, se cambia su velocidad. El típico ventilador de 12 V funcionaría a máxima velocidad con 12 voltios, a media velocidad en torno a 8-9 V y a la velocidad más lenta en torno a 5-7 V. No se puede dar al ventilador menos de cierto valor de voltaje porque el ventilador no producirá suficiente potencia debido a la inercia y simplemente dejará de moverse.

Es una técnica fácil, constante y probada desde hace décadas. Es una resolución eficiente que no necesita los intrincados circuitos de control de su contador PWM.

Enfrentamiento técnico: Una comparación cara a cara

Tener una idea de los principios es una cosa, pero poder ver cómo pueden aplicarse al rendimiento real es otra. Para hacer la comparación, los examinaremos en relación con las tres métricas más importantes en lo que respecta al control, la eficiencia y el ruido.

Control de velocidad y precisión: El rango operativo más amplio

Este es el punto más fuerte de la tecnología PWM. El hecho de que un ventilador PWM vea continuamente la tensión completa entre cada pulso permite utilizar el motor a muchas más rpm sin que se dañe.

• Ventiladores PWM: Tienen la capacidad de girar hasta un 10-20% de las RPM máximas. El ventilador de 3000 RPM podría girar a un ritmo constante de 300-600 RPM. Admite un funcionamiento esencialmente silencioso en ralentí, y con velocidades reducidas, menor ruido, e incluso una rampa más fina a medida que aumenta la carga térmica.
• Ventiladores no PWM (CC): Están limitados dentro del rango de funcionamiento definido por la tensión mínima de arranque del motor. La gran mayoría de los ventiladores de CC sólo pueden reducir su velocidad hasta el 40-50%. Esta baja tensión no puede mantener el motor girando de forma fiable por debajo de este punto. El número máximo de rpm que puede bajar un ventilador de CC de 3000 RPM puede ser de 1200-1500 RPM. Es más probable que estos ventiladores funcionen a una velocidad fija que no puede modularse con precisión como los ventiladores PWM.

En aplicaciones que requieren una respuesta alternativa, por ejemplo a temperaturas variables como la refrigeración de una CPU en una estación de trabajo, o el control del clima en un edificio inteligente, la precisión del PWM es inestimable.

Eficiencia energética y vida útil: ¿Qué es más económico?

La eficiencia tiene dos vertientes, la del ventilador y la del sistema propiamente dicho.

Al funcionar continuamente a su diseño más eficiente, de alto voltaje, el motor del ventilador PWM es más eficiente y produce menos calor que debe desperdiciar. Los impulsos sólo determinan la frecuencia del empuje, pero no la fuerza. Esto puede dar lugar a una pequeña aplicación contable de ahorro de energía por ventilador.

Sin embargo, el ahorro es mayor a nivel de sistema. El mayor rango de control posible con los ventiladores PWM permite programar un sistema para que sus ventiladores funcionen a velocidades de consumo muy bajas durante más tiempo. Un ventilador de CC puede estar obligado a funcionar a una velocidad fija del 50%, mientras que un ventilador PWM puede funcionar al 15%. Esta diferencia en el uso de la energía se traduce en una enorme diferencia durante miles de horas de funcionamiento en una gran granja de servidores o en un conjunto de control industrial.

Una mayor edad también puede ser una ventaja. El funcionamiento de un ventilador con velocidad suficiente para suministrar caudal de aire limita el desgaste mecánico de los cojinetes y el motor, lo que es importante para la fiabilidad a largo plazo. Con el 80 por ciento de su actividad realizada a sólo el 20 por ciento de RPM, un ventilador está destinado a vivir más tiempo que uno que tiene que funcionar a media velocidad durante toda su vida.

Niveles de ruido: En busca del funcionamiento silencioso

En muchos usos, como la electrónica de consumo y los equipos médicos, el bajo nivel de ruido es un elemento de diseño esencial.

Los ventiladores PWM suenan más silenciosos a las velocidades más bajas. Pueden girar más despacio y, por tanto, tienen capacidad para alcanzar un ruido inferior al que pueden alcanzar los ventiladores de CC a velocidades más bajas. Sin embargo, existe una posible contrapartida. En configuraciones realmente silenciosas, algunas conmutaciones eléctricas de alta frecuencia del control PWM pueden generar ocasionalmente un ligero chasquido o tic-tac del motor, pero en los ventiladores de alta calidad rara vez supone un problema.

Un ventilador de corriente continua, en comparación, produce un zumbido de sonido más analógico con su motor. En mezclas de velocidad media a alta (más del 50%), no es el motor el que produce la conmoción predominante en ambas formas, sino la turbulencia en el aire causada por las aspas. A estas alturas, un ventilador PWM bien diseñado y un ventilador DC bien diseñado pueden sonar idénticos. Esto requerirá una mejor calidad en el montaje del ventilador, la estructura de las aspas y los cojinetes para lograr los resultados acústicos finales.

Escenarios de aplicación: ¿Dónde brilla cada tipo?

El ventilador más adecuado es siempre el mejor. Veamos ahora con más detalle los ajustes más adecuados de las tecnologías.

Los ventiladores PWM son ideales para:

• Centros de datos y servidores: El lugar donde las cargas térmicas varían enormemente, y a escala, 100s de miles de unidades individuales la eficiencia energética es la principal consideración. Esto se debe a que la capacidad de controlar el flujo de aire con precisión a cientos de servidores ahorra muchos gastos operativos.
• Informática de alto rendimiento y PC para juegos: Acelera hasta 30 grados centígrados las temperaturas de la CPU y la GPU en menos de un segundo. Los ventiladores PWM, incluso los de la CPU, ofrecen esa capacidad de respuesta inmediata a altas RPM que garantiza que no se produzca estrangulamiento térmico para mantenerlos funcionando al máximo.
• Instrumentos médicos y científicos: En un instrumento como un monitor de paciente o un equipo de laboratorio, el rendimiento silencioso es esencial para la comodidad del paciente y la concentración del operador. Los ventiladores más eficientes se denominan PWM; pueden funcionar a niveles casi inaudibles de ralentí, pero escalan a plena potencia cuando es necesario.
• Equipos de telecomunicaciones: Conmutadores de red y estaciones base que se colocan en recintos abarrotados necesitan un método de refrigeración inteligente que sea a la vez inteligente y sensible a las cargas de tráfico, duradero al mismo tiempo, pero no demasiado ruidoso ni con demasiado consumo de energía.

Los ventiladores sin PWM (CC) son una opción sólida para:

• Ventilación general de armarios: El ventilador de CC refrigera de forma fiable y rentable los paneles de control industriales, armarios eléctricos donde la carga térmica interna es relativamente constante. Dado que la carga térmica cambia con relativamente poca frecuencia, un ventilador de CC con una velocidad óptima fija siempre proporcionará la solución más rentable.
• Fuentes de alimentación: Una generación térmica altamente predecible significa que un simple ventilador de CC controlado por tensión es una respuesta más que suficiente y rentable para muchas fuentes de alimentación (PSU).
• Electrónica de consumo sensible a los costes: Los productos cuyo coste es importante para el margen de cada parte de la lista de materiales se beneficiarán enormemente del uso de un ventilador de CC de alto rendimiento que no requiera el gasto añadido de proporcionar circuitos relacionados con PWM.
• Sistemas sencillos y fiables: En los sistemas que funcionan según la filosofía de "configúralo y olvídate", la sencillez de un ventilador de CC puede ser una ventaja, ya que minimiza el número de puntos de fallo en el sistema de control.

Más allá de la tecnología: Por qué es importante el fabricante del ventilador

La elección entre PWM y DC aún no es la solución. El fabricante del ventilador definirá el rendimiento final, la durabilidad y la fiabilidad de la elección de su solución de refrigeración. Algunos ventiladores de señal PWM de calidad inferior nunca podrán competir con un ventilador DC que esté fuertemente diseñado.

Y aquí es donde la experiencia de un fabricante especial funciona como su mejor alternativa. El problema no es solo vender un producto, sino ofrecer una solución de ingeniería.

La ventaja de ACDCFAN: Ingeniería de precisión para cada necesidad

Con más de 20 años de experiencia dedicada a los ventiladores con motor de CC sin escobillas, en ACDCFAN entendemos que la excelencia se construye desde la base. Tanto si elige uno de nuestros avanzados modelos PWM como un ventilador axial de CC rentable, estará invirtiendo en una base de calidad.

¿Qué significa esto para usted?

• Durabilidad y rendimiento inigualables: No sólo cumplimos las normas, sino que las establecemos. Nuestros ventiladores están diseñados para vida útil de hasta 70.000 horas y puede resistir temperaturas extremas, desde un gélido De -40°C a unos abrasadores 120°C. Para aplicaciones que exigen la máxima estabilidad, nuestros marcos de ventilador premium están fabricados con aluminio de primera calidad mejorado con cobre, lo que da como resultado 30% Rendimiento de aire más estable bajo carga.
• Protección contra los elementos: Su aplicación no siempre se encuentra en una sala blanca. Por eso hemos innovado para conseguir hasta Protección IP68lo que hace que nuestros ventiladores sean impermeables al polvo, la humedad e incluso la entrada directa de agua, una característica crítica para equipos industriales, de automoción o de exterior.
• Auténtica asociación de personalización: Su proyecto es único, y su solución de refrigeración también debería serlo. Ofrecemos una cartera de casi 40 modelos de ventiladores de CC en varios tamaños y voltajes (5 V, 12 V, 24 V, 48 V), pero nuestro servicio va más allá. Proporcionamos personalización multifacética, integrando funciones esenciales de control y supervisión como PWM, FG (generación de frecuencia) y RD (detección de rotación) para crear un ventilador que se adapte perfectamente a sus necesidades.
• Calidad garantizada y servicio receptivo: Nuestro compromiso está respaldado por Certificaciones CE, UL, RoHS y EMC. Respaldamos nuestros productos con la promesa de responder a las consultas y resolver cualquier problema. en 12 horaspara que su proyecto siga por buen camino.

Elegir ACDCFAN significa que no sólo está comprando un ventilador; está adquiriendo un socio dedicado a resolver sus retos térmicos con soluciones personalizadas, fiables y diseñadas con precisión.

Conclusión

No hay un ganador entre ventiladores PWM y no PWM, ya que cada uno encuentra su línea de meta con una aplicación diferente. La decisión es un compromiso entre precisión, rendimiento, ruido y precio.

• Utilice Ventiladores PWM cuando se requiere disponer de aplicaciones energéticamente eficientes para aprovechar cargas bajas con un funcionamiento silencioso y un control dinámico. Es una mejor opción en sistemas cuyas demandas térmicas tienden a fluctuar, ya que proporciona un control preciso de la velocidad del ventilador.
• Utilice ventiladores no-PWM (DC) cuando se trata de los requisitos de su proyecto, en el que el entorno térmico es estable, desea ahorrar costes y necesita una refrigeración sencilla y fiable. Un ventilador de CC de alta calidad es un caballo de batalla fiable y robusto, así como la mejor opción para instalaciones más sencillas.

Después de todo esto, la elección más importante es encontrar un socio fabricante en el que pueda confiar y que le ofrezca una calidad excepcional, independientemente de la tecnología que haya detrás.

¿Desea encontrar una solución de refrigeración óptima para su proyecto? Póngase en contacto con la unidad de ingeniería de ACDCFAN para obtener ahora una consulta profesional. Le guiaremos en su elección y diseñaremos el ventilador que mejor se adapte a sus necesidades.