我們在研究散熱器和風扇的時辰常常會講到PWM，並且良多時候支撐PWM的產品會比不支持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，明顯對於PC來說PWM已是一個很遍及的存在。但是PWM是什麼？PWM為什麼會那麼主要？我們相信許多玩家可能連「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，看著有點臉熟但實際上照樣很陌生的PWM究竟是何方神聖。


主板上的PWM供電節制晶片
什麼是PWM？
PWM的全稱是Pulse Width Modulation，即脈衝寬度調製，其本質是一種數位訊號，首要由兩個構成部門來進行定義，離別是占空比和頻率，此中占空比值得是旌旗燈號為高電平狀態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，也就是決意信號在高低電平狀態之間的切換速度。


圖片源自National Instruments

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今朝PWM已被廣泛應用在各類控制系統中，迥殊是各種摹擬電路的節制，大都離不開PWM旌旗燈號。可能各人對此會感應疑惑，PWM既然是一種數位訊號，那怎麼會用在摹擬電路的控制上呢？實際上PWM很大程度上就是為了實現模擬電路數字化節制而誕生的，我們無妨舉例申明，當一個數位訊號源的高電平為5V、低電平為0V的環境下，若是想要用這個數位訊號源輸出相當於3V的摹擬旌旗燈號，那麼我們就可以將這個數位訊號以PWM占空比60%的方式進行輸出，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，此時只要信號周期足夠短，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主要緣由。

以往摹擬電路的切確節制常常需要一個相對大範圍的電路，不僅粗笨並且功耗與發熱都不低。比擬之下通過PWM這類數位訊號來節制摹擬電路，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很快就成為了目前一種主流的電路節制模式，直流機電、閥門、液壓系統、電源等各個範疇中我們都能看到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，散熱電扇也廣泛運用PWM技術，PC電源裡面也少不了PWM的身影。


散熱電扇的PWM手藝
常見的散熱電扇調速有兩種，別離是DC調速和PWM調速，個中DC調速又可以叫做電壓調速，簡單來講就是直接調劑加載於風扇上的電壓來進行轉速節制。而節制電扇電壓的體例有許多種，對照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。不外這類電壓節制體例也有一個很明明的瑕玷，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，更多的多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風扇的轉速，直接調劑電扇的輸入電壓往往不是一個幻想選擇。


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，固然從道理上說，電扇所用的PWM調速也算是一種電壓調速，只是其表現出來的是「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，是以轉換為風扇電壓時也就只有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固然加載的是等效6V的電壓，但其現實上是占空比為50%的12V電壓，這個時刻電扇就不存在「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，這使得電扇轉速的控制變得很是簡單。

當然了這個PWM信號並不是作為驅動電扇的電源利用，而是用來驅動電扇內部的三極體或MosFET，以此實現對電扇的輸入控制，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控制線。而受PWM控制電扇轉速的啟發，有部門主板也在電扇接口上插足了PWM節制模塊，經由過程PWM來控制電扇的輸入電壓，讓3pin接口的風扇也能實現近乎線性的轉速節制。不過這種設置裝備擺設基本上只有中高端主板才會享用，真正普及的依然是直接撐持PWM節制的4pin電扇接口。


供電電路的PWM手藝
主板、顯卡和PC電源固然是三個截然不同的硬體，可是就供電所用的技術來講卻是大同小異，PC電源是通過各類拓撲架構和PWM手藝將市電的交換輸出變為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手藝改變為CPU和GPU等晶片所需要的電壓和電流，是以今朝主板、顯卡和PC電源根基上都應用了PWM供電節制技術。


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，就是經由過程控制占空比來控制「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不變度要求很高，是以低速的PWM不合適用在供電節制上。今朝業內遍及做法是，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
固然用在供電上的PWM節制比起風扇上的明顯會複雜很多，因為供電電路面對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控制就不但要考慮設備的輸入電壓，還要考慮到輸入電流。供電電路所用的PWM控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比基準電壓和實際輸出電壓，然後經由過程調整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明顯的瑕玷，那就是由於現實電路中常常會存在電容和電感等元件，電流與電壓的變化會不一致，對於低功耗、低響應需求的電路來說還問題不大，然則對於高功耗和動態轉變豐碩的電路來講，電壓節制型PWM常常不能即刻響應設備對供電轉變的需求，從而導致電路不不亂，沒法正常工作。

電流節制型PWM
而電流節制型PWM就是為了填補電壓控制型PWM的缺陷而成長起來的，根基組成來講，電流節制型PWM就是在電壓節制型PWM的基礎上增添了一組電流反饋線路，形成雙閉環節制，如許不管電路中的電壓仍是電流産生了轉變，都邑觸發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，可以有用改良供電的電壓調劑率，增強系統不亂性。

因此今朝顯卡、主板和電源上的PWM供電節制大部門都是電流節制型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，然則換回來供電不亂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來決意的，並非說你用的PWM控制晶片好就可以有不亂的供電，包孕MosFET、電容、電感等構成部分也一樣主要。



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