Ventole in serie

Collegare in parallelo ventole del tipo di quelle usate nei PC , ovviamente non presenta alcun problema: basta disporre della tensione e della corrente richieste.

Può capitare, però, l'idea di collegare due ventole da 12V nominali in serie, disponendo di una tensione a 24V. Riferendosi alle ventole solamente come carichi in cc da 12V, il collegamento in serie non dovrebbe presentare problemi.

Però ci sono casi molti in cui le ventole funzionano male o non partono. Come si spiega?

La cosa dipende da come sono realizzate le ventole dei PC. Come possiamo vedere qui, non si tratta di semplici avvolgimenti, ma questi motori sono una forma particolare di BLDC (motore senza spazzole). In sostanza, si tratta di un flip-flop che alimenta in successione le due bobine del motore: la corrente assorbita è impulsiva.

Questi sono gli oscillogrammi delle componenti alternate rilevati ai capi di alcune ventole. La corrente è la traccia blu e la tensione quella gialla.

Nota: l'oscillogramma della tensione riportala la reale situazione ai capi della ventola; la scala è in mV.
L'immagine della corrente è rilevata con una sonda IIT. Non è calibrata e rappresenta solo la componente impulsiva della corrente in ingresso alla ventola.

Sulla corrente, si notano bene i picchi dovuti alle commutazioni.
I lievi disturbi sulla tensione di alimentazione, in coincidenza con le commutazioni,  possono essere cancellati collegando un elettrolitico in parallelo alla ventola.

Le forme d'onda delle diverse ventole sono simili, ma non uguali. Evidenziano l'andamento impulsivo della corrente con i picchi della commutazione delle bobine dello statore.

Se mettiamo elettricamente in serie i due motori, la successione delle commutazioni ben difficilmente sarà in sincronismo; solo quando un transistor di un flip-flop andrà in conduzione ci sarà un flusso di corrente che sarà sfruttabile anche dall'altro motore. 
Nei momenti di pausa di conduzione di un motore, l'altro sarà privato della corrente. Il risultato sarà un movimento poco regolare e una perdita di potenza. In casi particolari le ventole non si avvieranno nemmeno.
Quindi il collegamento in serie di due ventole potrebbe presentare seri problemi.

Ecco cosa succede a due ventole da 12V in serie, alimentate a 24V. Le ventole della coppia sono dello stesso identico modello.

Si nota che la corrente ha un andamento decisamente irregolare, dato che si sovrappongono gli impulsi di commutazione. 
La tensione è rilevata ai capi di una ventola. Anche gli spike sulla tensione di alimentazione sono decisamente peggiorati.

E peggiore è la situazione se mettiamo in serie due ventole con diverse caratteristiche.
Abbiamo collegato in serie una ventola da 120mm con corrente nominale 0.3A e una da 80mm con corrente nominale 0.13A.

La ventola da 120mm acquisisce una tensione media superiore alla metà. La rotazione delle ventole è irregolare e si sente anche ad orecchio il rumore prodotto dal movimento non fluido dei rotori.

Questo vuol dire che non è possibile il collegamento serie?
Per niente: basta fornire ad ogni ventola un "supporto" che mantenga tensione nei momenti critici.
Questo si ottiene collegando un condensatore elettrolitico in parallelo ad ogni ventola.

Ecco gli oscillogrammi con la capacità in parallelo ai capi di una ventola.

Coppia delle Yateloon con in parallelo 330uF ciascuna	Netto miglioramento anche per la coppia Evergreen con 330uF in parallelo a ciascuna ventola
Corrente con 470uF in parallelo ad ogni ventola.	Tensione con 470uF in parallelo ad ogni ventol. Niente più picchi di disturbo, ma la distribuzione delle tensioni è ancora sbilanciata.

Per le coppie di ventole uguali, l'andamento della componente impulsiva della corrente è sempre notevole, ma molto migliore della situazione senza condensatori.
Le due ventole si suddividono a metà la tensione di alimentazione.
Il movimento è fluido.

Nel caso delle ventole diverse, l'andamento della componente impulsiva della corrente è sempre notevole, ma molto migliore della situazione senza condensatori. 
La tensione ai capi delle ventole è priva di disturbi. 
La distribuzione delle tensioni è sempre sbilanciata con una tensione maggiore sulla ventola a consumo minore. Il movimento è fluido, ma la ventola a consumo minore girerà più veloce di quanto atteso e viceversa.

Conclusioni & Avvertenze:

1. Da quanto sopra, la serie di due ventole è possibile collegando in parallelo ad ogni ventola un condensatore elettrolitico (rispettando le polarità...). I condensatori potranno variare da 100 a 470uF a seconda delle caratteristiche delle ventole.
   
2. Non è consigliabile collegare in serie ventole diverse: quella con la corrente nominale minore riceverà una tensione maggiore dell'altra, con una differenza di prestazioni.
   
3. Non è consigliabile collegare più di due o tre ventole in serie perchè la necessità di una tensione di alimentazione elevata si scontra con la bassa tensione di rottura dei transistor del flip-flop o dei regolatori integrati: gli spike sulla tensione possono danneggiare i semiconduttori.
   Altrettanto si può dire per  ventole PWM a 4 fili: non è detto che gli integrati di controllo del pwm, previsti per 12V possano sopportare tensioni più elevate.
   
4. Il segnale tachimetrico, se presente, è valido solo per la ventola che ha il negativo a massa. Il segnale tachimetrico dell'altra ventola è flottante rispetto alla massa (ricordiamo che sono generalmente open collector).