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我們在研究散熱器和風扇的時辰常常會講到PWM，並且許多時辰支持PWM的產品會比不支撐PWM的顯得更高級一些。而在主板、顯卡還有電源評測中也會提到有PWM控制晶片，顯然對於PC來說PWM已經是一個很遍及的存在。然而PWM是什麼？PWM為什麼會那麼主要？我們相信良多玩家可能連「知其然」都做不到，更別說「知其所以然」了。為此今天的超能教室我們就來捋一捋關於PWM的二三事，看看這個在PC中仿佛無處不在，看著有點臉熟但現實上還是很生疏的PWM到底是何方神聖。


主板上的PWM供電控制晶片
什麼是PWM？
PWM的全稱是Pulse Width Modulation，即脈衝寬度調製，其素質是一種數位訊號，首要由兩個構成部分來進行界說，分別是占空比和頻率，此中占空比值得是信號為高電平狀況的時間量占有總周期時候的百分比，而頻率則代表著PWM信號完成一個周期的速度，也就是決定信號在凹凸電平狀況之間的切換速度。


圖片源自National Instruments

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目前PWM已經被廣泛利用在各類控制系統中，迥殊是各種摹擬電路的節制，多數離不開PWM旌旗燈號。可能大師對此會感應迷惑，PWM既然是一種數位訊號，那怎麼會用在摹擬電路的節制上呢？現實上PWM很大水平上就是為了實現摹擬電路數字化控制而降生的，我們無妨舉例說明，當一個數位訊號源的高電平為5V、低電平為0V的情況下，如果想要用這個數位訊號源輸出相當於3V的摹擬信號，那麼我們就能夠將這個數位訊號以PWM占空比60%的體式格局進行輸出，也就是說一個信號周期內有60%的時候輸出5V，剩下40%的時候輸出0V，此時只要旌旗燈號周期足夠短，也就是PWM頻率足夠快，那麼我們將取得一個輸出電平無窮接近於5V*60%=3V的旌旗燈號源，這就是PWM可以或許以數位訊號的身份節制摹擬電路的首要緣由。

以往模擬電路的正確節制常常需要一個相對大規模的電路，不但笨重並且功耗與發燒都不低。比擬之下經由過程PWM這類數位訊號來控制模擬電路，既可以確保精準度，又可以有用下降節制電路的體積與功耗，是以PWM很快就成為了今朝一種主流的電路節制模式，直流機電、閥門、液壓系統、電源等各個領域中我們都能看到PWM的身影，在PC上也是如斯，PC主板、顯卡都採用了PWM進行供電控制，散熱電扇也普遍運用PWM手藝，PC電源裡面也少不了PWM的身影。


散熱電扇的PWM技術
常見的散熱電扇調速有兩種，劃分是DC調速和PWM調速，此中DC調速又可以叫做電壓調速，簡單來講就是直接調劑加載於電扇上的電壓來進行轉速節制。而節制電扇電壓的體式格局有良多種，比較直接的體式格局就是外接電阻來進行分壓，例如各類電扇減速線採用的就是這個體式格局。不外這類電壓控制方式也有一個很顯著的缺點，那就是由於電扇的轉速未必與電壓呈線性關係，例如一把風扇的標稱電壓為12V，當你只給它6V電壓時其轉速未必為一半，更多的可能是因為其啟動電壓最少為7V，只加載6V的話會電壓不足而沒法啟動，是以想要精準地節制電扇的轉速，直接調劑風扇的輸入電壓往往不是一個抱負選擇。


支持PWM調速的電扇都採用4pin接口

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而採用PWM節制的電扇就沒有上述的問題，雖然從原理上說，電扇所用的PWM調速也算是一種電壓調速，只是其施展闡發出來的是「等效電壓」而非「現實電壓」。由於PWM是經由過程占空比來調劑輸出旌旗燈號的電平凹凸，因此轉換為電扇電壓時也就只有12V和0V的區分，只是通電時間長短有所分歧，簡單來講就是電扇上雖然加載的是等效6V的電壓，但其實際上是占空比為50%的12V電壓，這個時辰電扇就不存在「啟動電壓」的問題了，而且電扇轉速與PWM的占空比根基呈線性關係，這使得電扇轉速的節制變得特別很是簡單。

固然了這個PWM旌旗燈號並不是作為驅動風扇的電源利用，而是用來驅動電扇內部的三極體或MosFET，以此實現對風扇的輸入節制，因此支持PWM控制的風扇除有供電、檢測和接地三根線外，還會有一根額外的PWM節制線。而受PWM節制風扇轉速的啟發，有部分主板也在電扇接口上加入了PWM節制模塊，經由過程PWM來控制風扇的輸入電壓，讓3pin接口的風扇也能實現近乎線性的轉速控制。不外這種設置裝備擺設基本上只有中高端主板才會享用，真正普及的仍然是直接撐持PWM控制的4pin風扇接口。


供電電路的PWM手藝
主板、顯卡和PC電源雖然是三個截然不同的硬體，可是就供電所用的手藝來講倒是大同小異，PC電源是經由過程各類拓撲架構和PWM技術將市電的交流輸出變為12V、5V、3.3V、-12V等不同的輸出電壓，而主板和顯卡則是將PC電源的供電通過PWM手藝轉變為CPU和GPU等晶片所需要的電壓和電流，因此今朝主板、顯卡和PC電源根基上都應用了PWM供電控制技術。


PC電源中的PWM節制晶片
PWM控制電壓的手藝放在什麼硬體上都是一樣的，就是經由過程節制占空比來節制「等效電壓」。顯卡、主板和PC電源上的天然也是如此，只是由於它們所帶的負載對電壓和電流的穩定度要求很高，因此低速的PWM不合適用在供電節制上。今朝業內普遍做法是，電源的PWM節制需要利用不低於20kHz的頻率，建議是利用200kHz或以上的，因為越高的頻率越有益於調劑的響應速度。


電壓節制型PWM
當然用在供電上的PWM控制比起風扇上的顯然會複雜很多，因為供電電路面臨的大多半是恆定電壓、動態電流的負載，因此用在供電上的PWM節制就不但要斟酌裝備的輸入電壓，還要斟酌到輸入電流。供電電路所用的PWM節制大體上可以分為電壓控制型PWM和電流節制型PWM，前者是經由過程電壓反饋線路對比基準電壓和現實輸出電壓，然後經由過程調劑PWM的占空比來穩定輸出電壓。這類電路的組成比力簡單，可是用在供電電路中會有一個顯著的瑕玷，那就是由於現實電路中往往會存在電容和電感等元件，電流與電壓的變化會紛歧致，對於低功耗、低響應需求的電路來講還問題不大，然則對於高功耗和動態轉變雄厚的電路來說，電壓節制型PWM往往不克不及頓時響應裝備對供電轉變的需求，從而致使電路不不變，沒法正常工作。

電流控制型PWM
而電流節制型PWM就是為了填補電壓節制型PWM的缺點而成長起來的，根基構成來說，電流節制型PWM就是在電壓節制型PWM的根蒂根基上增添了一組電流反饋線路，構成雙閉環節制，這樣不管電路中的電壓還是電流發生了變化，城市觸發PWM的占空比調劑，使得全部電路的響應速度有了很大的提升，可以有用改善供電的電壓調劑率，加強系統穩定性。

是以今朝顯卡、主板以及電源上的PWM供電節制大部份都是電流控制型PWM，其比擬電壓節制型PWM固然在電路構成上要稍微複雜，整體本錢也更高，然則換回來供電不變性和供電響應速度明顯更為主要。固然供電電路的機能也不單單是有PWM來決議的，並非說你用的PWM節制晶片好就可以有穩定的供電，包孕MosFET、電容、電感等組成部分也同樣主要。



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