我們在研究散熱器和電扇的時候往往會講到PWM，而且良多時刻支持PWM的產品會比不撐持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節制晶片，顯然對於PC來說PWM已是一個很遍及的存在。然而PWM是什麼？PWM為什麼會那麼重要？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。為此今天的超能講堂我們就來捋一捋關於PWM的二三事，看看這個在PC中似乎無處不在，看著有點臉熟但現實上照舊很生疏的PWM究竟是何方神聖。


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，首要由兩個構成部份來進行界說，劃分是占空比和頻率，個中占空比值得是信號為高電平狀況的時候量占據總周期時候的百分比，而頻率則代表著PWM旌旗燈號完成一個周期的速度，也就是決議旌旗燈號在高低電平狀況之間的切換速度。


圖片源自National Instruments

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目前PWM已被普遍應用在各類節制系統中，分外是各類摹擬電路的控制，大都離不開PWM信號。可能人人對此會感應疑惑，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的環境下，假如想要用這個數位訊號源輸出相當於3V的模擬旌旗燈號，那麼我們就可以將這個數位訊號以PWM占空比60%的體例進行輸出，也就是說一個旌旗燈號周期內有60%的時間輸出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，那麼我們將獲得一個輸出電平無窮接近於5V*60%=3V的信號源，這就是PWM可以或許以數位訊號的身份節制模擬電路的首要緣由。

以往模擬電路的精確節制往往需要一個相對大範圍的電路，不但笨重並且功耗與發熱都不低。相比之下通過PWM這類數位訊號來控制摹擬電路，既可以確保精準度，又可以有用降低節制電路的體積與功耗，因此PWM很快就成為了目前一種主流的電路控制模式，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進行供電節制，散熱風扇也普遍應用PWM技術，PC電源裡面也少不了PWM的身影。網站架設


散熱風扇的PWM手藝
常見的散熱風扇調速有兩種，別離是DC調速和PWM調速，個中DC調速又可以叫做電壓調速，簡單來說就是直接調劑加載於風扇上的電壓來進行轉速節制。而節制風扇電壓的體例有許多種，比較直接的體例就是外接電阻來進行分壓，例如各種電扇減速線採用的就是這個體例。不過這類電壓節制方式也有一個很較著的缺點，那就是由於電扇的轉速未必與電壓呈線性關係，例如一把電扇的標稱電壓為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，因此想要精準地節制風扇的轉速，直接調劑電扇的輸入電壓往往不是一個抱負選擇。


支撐PWM調速的風扇都採用4pin接口

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而採用PWM節制的風扇就沒有上述的問題，固然從道理上說，風扇所用的PWM調速也算是一種電壓調速，只是其浮現出來的是「等效電壓」而非「實際電壓」。由於PWM是通過占空比來調整輸出旌旗燈號的電平高低，是以轉換為電扇電壓時也就只有12V和0V的區別，只是通電時候長短有所不同，簡單來說就是風扇上固然加載的是等效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，並且風扇轉速與PWM的占空比基本呈線性關係，這使得風扇轉速的節制變得非常簡單。

固然了這個PWM旌旗燈號並非作為驅動電扇的電源使用，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，是以支持PWM節制的風扇除有供電、檢測和接地三根線外，還會有一根額外的PWM節制線。而受PWM控制電扇轉速的啟發，有部份主板也在風扇接口上到場了PWM節制模塊，經由過程PWM來控制電扇的輸入電壓，讓3pin接口的電扇也能實現近乎線性的轉速控制。不外這種設置裝備擺設根基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節制的4pin風扇接口。


供電電路的PWM技術
主板、顯卡和PC電源固然是三個截然不同的硬體，可是就供電所用的手藝來講卻是大同小異，PC電源是通過各種拓撲架構和PWM手藝將市電的交流輸出變為12V、5V、3.3V、-12V等分歧的輸出電壓，而主板和顯卡則是將PC電源的供電經由過程PWM技術改變為CPU和GPU等晶片所需要的電壓和電流，因此目前主板、顯卡和PC電源基本上都利用了PWM供電控制手藝。


PC電源中的PWM節制晶片
PWM控制電壓的技術放在什麼硬體上都是一樣的，就是通過控制占空比來節制「等效電壓」。顯卡、主板和PC電源上的天然也是如斯，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，是以低速的PWM不合適用在供電節制上。網站架設今朝業內遍及做法是，電源的PWM節制需要使用不低於20kHz的頻率，建議是使用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良多，因為供電電路面臨的大多數是恆定電壓、動態電流的負載，是以用在供電上的PWM控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節制型PWM和電流控制型PWM，前者是經由過程電壓反饋線路對照基準電壓和現實輸出電壓，然後通過調劑PWM的占空比來不亂輸出電壓。網站架設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缺點，那就是由於現實電路中常常會存在電容和電感等元件，電流與電壓的轉變會不一致，對於低功耗、低響應需求的電路來說還問題不大，可是對於高功耗和動態轉變豐富的電路來說，電壓節制型PWM常常不克不及馬上響應設備對供電變化的需求，從而導致電路不不變，沒法正常工作。

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電流節制型PWM
而電流控制型PWM就是為了填補電壓節制型PWM的缺點而成長起來的，根基構成來講，電流控制型PWM就是在電壓節制型PWM的根本上增添了一組電流反饋線路，形成雙閉環控制，這樣不管電路中的電壓還是電流産生了轉變，都邑觸發PWM的占空比調整，使得全部電路的響應速度有了很大的晉升，可以有用改善供電的電壓調劑率，加強系統不亂性。

因此今朝顯卡、主板和電源上的PWM供電節制大部分都是電流節制型PWM，其比擬電壓節制型PWM雖然在電路構成上要稍微複雜，整體本錢也更高，可是換回來供電不變性和供電響應速度顯然更為重要。當然供電電路的機能也不僅僅是有PWM來決定的，並非說你用的PWM節制晶片好就能有不變的供電，包羅MosFET、電容、電感等構成部門也一樣主要。



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