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我們在研究散熱器和電扇的時候常常會講到PWM，並且良多時刻撐持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，明顯對於PC來講PWM已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。為此今天的超能課堂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照舊很生疏的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，劃分是占空比和頻率，此中占空比值得是信號為高電平狀況的時候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，也就是決議旌旗燈號在凹凸電平狀態之間的切換速度。


圖片源自National Instruments

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今朝PWM已被廣泛利用在各類節制系統中，特殊是各類摹擬電路的控制，大都離不開PWM旌旗燈號。可能大家對此會感應迷惑，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模擬電路數字化節制而降生的，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%的體例進行輸出，也就是說一個旌旗燈號周期內有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能夠以數位訊號的身份控制摹擬電路的首要緣由。

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，不但粗笨並且功耗與發燒都不低。比擬之下通過PWM這類數位訊號來控制摹擬電路，既可以確保精準度，又可以有效下降控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，直流電機、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進行供電控制，散熱電扇也普遍利用PWM技術，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，分別是DC調速和PWM調速，此中DC調速又可以叫做電壓調速，簡單來說就是直接調劑加載於電扇上的電壓來進行轉速節制。而控制電扇電壓的體式格局有許多種，比較直接的體式格局就是外接電阻來進行分壓，例如各種電扇減速線採用的就是這個方式。不外這種電壓節制方式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，是以想要精準地控制電扇的轉速，直接調整電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，雖然從道理上說，風扇所用的PWM調速也算是一種電壓調速，只是其體現出來的是「等效電壓」而非「實際電壓」。由於PWM是經由過程占空比來調劑輸出信號的電平凹凸，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分歧，簡單來說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，這個時候電扇就不存在「啟動電壓」的問題了，而且電扇轉速與PWM的占空比基本呈線性關係，這使得電扇轉速的控制變得極度簡單。

固然了這個PWM旌旗燈號並非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者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節制電扇轉速的啟發，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來節制風扇的輸入電壓，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技術
主板、顯卡和PC電源固然是三個截然不同的硬體，然則就供電所用的技術來講卻是大同小異，PC電源是經由過程各種拓撲架構和PWM手藝將市電的交換輸出變為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，是以目前主板、顯卡和PC電源基本上都應用了PWM供電控制技術。


PC電源中的PWM控制晶片
PWM節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斯，只是由於它們所帶的負載對電壓和電流的不亂度要求很高，是以低速的PWM不適合用在供電控制上。目前業內普遍做法是，電源的PWM控制需要使用不低於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節制比刮風扇上的顯然會複雜很多，因為供電電路面對的大多半是恆定電壓、動態電流的負載，是以用在供電上的PWM節制就不但要斟酌裝備的輸入電壓，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控制型PWM和電流控制型PWM，前者是通過電壓反饋線路比較基準電壓和現實輸出電壓，然後通過調整PWM的占空比來穩定輸出電壓。這種電路的構成比力簡單，可是用在供電電路中會有一個顯明的弱點，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，但是對於高功耗和動態變化豐碩的電路來講，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，從而導致電路不穩定，沒法正常工作。

電流節制型PWM
而電流控制型PWM就是為了填補電壓控制型PWM的缺點而成長起來的，根基組成來講，電流控制型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，形成雙閉環節制，如許不管電路中的電壓仍是電流發生了變化，城市觸發PWM的占空比調整，使得全部電路的響應速度有了很大的提拔，可以有用改良供電的電壓調劑率，加強系統不變性。

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控制型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，但是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僅僅是有PWM來決議的，並非說你用的PWM節制晶片好就可以有不變的供電，包孕MosFET、電容、電感等構成部分也一樣主要。



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