对电脑熟悉的朋友都知道,不管是台式电脑还是笔记本电脑,都是具有风扇的,该风扇起到散热作用,电脑CPU的温度越高,转速越快,可以提高电脑CPU的散热效率,保证CPU正常工作。那么电脑是如何调节风扇的转速的呢?这要从风扇的线序说起。从一开始到现在,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?
1-电脑上的风扇1 两线式CPU风扇的工作原理早期的风扇只有两根线,一般用红线和黑线来表示,红色表示电源正、黑线表示电源负,即只要接上合适的电压,风扇就会转动,而且是全速转动,速度不可调。这中风扇虽然容易控制,但是没有转速反馈。风扇有没有在转动、风扇的转速是多少,电脑CPU完全不知道。即使风扇坏掉了,电脑CPU也无法检测到,温度和转速之间无法形成闭环,也可以说风扇的状态是不可控的,存在散热隐患。
2-两线式风扇鉴于两线式风扇的以上缺点,为提高散热效率,后来又出现过三线式的风扇。2 三线式CPU风扇的工作原理三线式风扇有三根线,分别用红色、黑色和黄色来表示。红色和黑色是电源线,而黄色是风扇转速的反馈线,通过这根线,电脑CPU可以实时的检测到风扇的转速。在风扇开启后,CPU能知道风扇是不是在工作,形成了初步的闭环。
3-三线式风扇在电脑需要散热的时候,CPU检测到风扇的转速为零,那么就可以判断风扇坏掉或者是缺失,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,无法根据实际的温度情况进行调速,只要满速运行,导致噪声很大,为了改善这种情况,出现了四线式风扇。3 四线式CPU风扇的工作原理四线式CPU风扇在三线式的基础之上多了一根调速线,CPU既能实时的检测风扇的转速,又能根据当前CPU的温度来控制风扇的转速,实现了温度和风扇转速的闭环控制,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,所以,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,三线式风扇比两线式风扇多了测速功能,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?4 CPU是如何调节风扇转速的给风扇加上合适的额定电压后,风扇就会满速运转,如果把电压降低一点,那么风扇的转速就会降低,当把电压将为零后,风扇慢慢就停下来了。可以发现,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?这就用到了PWM。PWM调速原理所谓PWM,就是脉冲宽度调制,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,低电平的持续时间是T2, 那么周期T=T1 T2。
6- PWM方波通过改变高电平的持续时间,就可以改变方波的平均电压,在一个周期内高电平所占的比例,就叫做占空比,计算公式为:D=T1/T。占空比与平均电压的关系占空比越大,那么平均电压就越高;占空比越低,平均电压就越小。占空比为100%,那么风扇两端的电压就是12V,风扇满速转动;占空比为50%,那么风扇两端的电压就是6V,风扇以一半的速度转动;占空比为0%,那么风扇的电压就是0V,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,CPU只要输出不同占空比的方波就可以控制风扇的转速,占空比的大小与温度有关。温度越高,占空比越大,风扇转速越快;温度越低,占空比越小,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,使用三极管作为风扇的驱动,也可以使用MOSFET等其他功率器件,方波的占空比是由CPU温度控制的。理论上来讲,频率越高,风扇转动越平滑,但是对功率开关器件的响应速度要求也就越高,所以方波的频率一般控制在10K-30KHz之间。