三线调速风扇原理_电脑CPU风扇是如何调速的？两线式、三线式和四线式有什么区别？...

对电脑熟悉的朋友都知道&＃xff0c;不管是台式电脑还是笔记本电脑&＃xff0c;都是具有风扇的&＃xff0c;该风扇起到散热作用&＃xff0c;电脑CPU的温度越高&＃xff0c;转速越快&＃xff0c;可以提高电脑CPU的散热效率&＃xff0c;保证CPU正常工作。那么电脑是如何调节风扇的转速的呢&＃xff1f;这要从风扇的线序说起。从一开始到现在&＃xff0c;电脑CPU的风扇分别经历了两线式、三线制以及今天的四线式。那他们之间有什么区别呢&＃xff1f;

1-电脑上的风扇

早期的风扇只有两根线&＃xff0c;一般用红线和黑线来表示&＃xff0c;红色表示电源正、黑线表示电源负&＃xff0c;即只要接上合适的电压&＃xff0c;风扇就会转动&＃xff0c;而且是全速转动&＃xff0c;速度不可调。这中风扇虽然容易控制&＃xff0c;但是没有转速反馈。风扇有没有在转动、风扇的转速是多少&＃xff0c;电脑CPU完全不知道。即使风扇坏掉了&＃xff0c;电脑CPU也无法检测到&＃xff0c;温度和转速之间无法形成闭环&＃xff0c;也可以说风扇的状态是不可控的&＃xff0c;存在散热隐患。

2-两线式风扇

鉴于两线式风扇的以上缺点&＃xff0c;为提高散热效率&＃xff0c;后来又出现过三线式的风扇。

三线式风扇有三根线&＃xff0c;分别用红色、黑色和黄色来表示。红色和黑色是电源线&＃xff0c;而黄色是风扇转速的反馈线&＃xff0c;通过这根线&＃xff0c;电脑CPU可以实时的检测到风扇的转速。在风扇开启后&＃xff0c;CPU能知道风扇是不是在工作&＃xff0c;形成了初步的闭环。

3-三线式风扇

在电脑需要散热的时候&＃xff0c;CPU检测到风扇的转速为零&＃xff0c;那么就可以判断风扇坏掉或者是缺失&＃xff0c;可以向用户提示故障信息。

以上两种风扇所存在的缺点就是&＃xff0c;无法根据实际的温度情况进行调速&＃xff0c;只要满速运行&＃xff0c;导致噪声很大&＃xff0c;为了改善这种情况&＃xff0c;出现了四线式风扇。

四线式CPU风扇在三线式的基础之上多了一根调速线&＃xff0c;CPU既能实时的检测风扇的转速&＃xff0c;又能根据当前CPU的温度来控制风扇的转速&＃xff0c;实现了温度和风扇转速的闭环控制&＃xff0c;提高了散热效率、降低了主机功耗、还减小了风扇转动时的噪音。优点明显&＃xff0c;所以&＃xff0c;目前以四线式风扇居多。

4-四线式风扇

通过前面的对比可知&＃xff0c;三线式风扇比两线式风扇多了测速功能&＃xff0c;而四线式风扇又比三线式风扇多了调速功能。对比如下表所示。

5-风扇线序对比

那么CPU是如何调节风扇的转速的呢&＃xff1f;

给风扇加上合适的额定电压后&＃xff0c;风扇就会满速运转&＃xff0c;如果把电压降低一点&＃xff0c;那么风扇的转速就会降低&＃xff0c;当把电压将为零后&＃xff0c;风扇慢慢就停下来了。可以发现&＃xff0c;只要改变风扇两端的电压就可以实现转速的调节。那么如何实现风扇电压的调节呢&＃xff1f;这就用到了PWM。

PWM调速原理

所谓PWM&＃xff0c;就是脉冲宽度调制&＃xff0c;一定频率的方波是由高电平和低电平构成的。假设高电平的持续时间是T1&＃xff0c;低电平的持续时间是T2, 那么周期T&＃61;T1&＃43;T2。

6- PWM方波

通过改变高电平的持续时间&＃xff0c;就可以改变方波的平均电压&＃xff0c;在一个周期内高电平所占的比例&＃xff0c;就叫做占空比&＃xff0c;计算公式为&＃xff1a;D&＃61;T1/T。

占空比与平均电压的关系

占空比越大&＃xff0c;那么平均电压就越高&＃xff1b;占空比越低&＃xff0c;平均电压就越小。

占空比为100%&＃xff0c;那么风扇两端的电压就是12V&＃xff0c;风扇满速转动&＃xff1b;

占空比为50%&＃xff0c;那么风扇两端的电压就是6V&＃xff0c;风扇以一半的速度转动&＃xff1b;

占空比为0%&＃xff0c;那么风扇的电压就是0V&＃xff0c;风扇不转动。

占空比和平均电压的计算关系如下图所示。

7-平均电压的计算方法

PWM调速电路原理图的设计

所以&＃xff0c;CPU只要输出不同占空比的方波就可以控制风扇的转速&＃xff0c;占空比的大小与温度有关。温度越高&＃xff0c;占空比越大&＃xff0c;风扇转速越快&＃xff1b;温度越低&＃xff0c;占空比越小&＃xff0c;风扇转速也就越小。CPU控制风扇调速的电路原理图如下图所示。

8-PWM调速电路原理图

上图中&＃xff0c;使用三极管作为风扇的驱动&＃xff0c;也可以使用MOSFET等其他功率器件&＃xff0c;方波的占空比是由CPU温度控制的。理论上来讲&＃xff0c;频率越高&＃xff0c;风扇转动越平滑&＃xff0c;但是对功率开关器件的响应速度要求也就越高&＃xff0c;所以方波的频率一般控制在10K-30KHz之间。