我們在研究散熱器和風扇的時候往往會講到PWM，而且良多時辰支持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來講PWM已經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，看著有點臉熟但現實上照樣很生疏的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，其素質是一種數位訊號，首要由兩個構成部門來進行定義，分別是占空比和頻率，個中占空比值得是旌旗燈號為高電平狀況的時間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，也就是決意信號在高低電平狀況之間的切換速度。
圖片源自National Instruments
掌控機遇 絕版典藏｜MINI 60週年限量紀念版
Sponsored by MINI台灣總署理 汎德
今朝PWM已被普遍利用在各類節制系統中，特殊是各種摹擬電路的控制，多數離不開PWM旌旗燈號。可能各人對此會感應迷惑，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？實際上PWM很大水平上就是為了實現模擬電路數字化控制而誕生的，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的摹擬信號，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%的時間輸出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控制模擬電路的主要原因。
以往摹擬電路的正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熱都不低。比擬之下經由過程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。
散熱風扇的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，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風扇上的電壓來進行轉速節制。而控制風扇電壓的方式有良多種，比力直接的體例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方式。不過這種電壓節制方式也有一個很明顯的弱點，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的話會電壓不足而無法啟動，因此想要精準地控制風扇的轉速，直接調劑電扇的輸入電壓常常不是一個抱負選擇。
撐持PWM調速的電扇都採用4pin接口
你的提案讓台灣更美妙－2020年總統盃黑客松報名開跑
Sponsored by 經濟部中小企業處
而採用PWM節制的風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，只是其浮現出來的是「等效電壓」而非「現實電壓」。由於PWM是經由過程占空比來調整輸出旌旗燈號的電平高低，因此轉換為電扇電壓時也就只有12V和0V的區分，只是通電時候長短有所分歧，簡單來講就是電扇上雖然加載的是等效6V的電壓，但其現實上是占空比為50%的12V電壓，這個時候風扇就不存在「啟動電壓」的問題了，並且電扇轉速與PWM的占空比根基呈線性關係，這使得電扇轉速的節制變得異常簡單。
當然了這個PWM旌旗燈號並非作為驅動風扇的電源使用，而是用來驅動電扇內部的三極體或MosFET，以此實現對電扇的輸入節制，是以支持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，通過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節制。不外這類設置裝備擺設根基上只有中高端主板才會享用，真正普及的依然是直接支撐PWM節制的4pin風扇接口。
供電電路的PWM手藝
主板、顯卡和PC電源固然是三個判然不同的硬體，可是就供電所用的手藝來講卻是大同小異，PC電源是經由過程各種拓撲架構和PWM技術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，是以目前主板、顯卡和PC電源根基上都應用了PWM供電控制手藝。
PC電源中的PWM節制晶片
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控制「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利於調劑的響應速度。
電壓控制型PWM
當然用在供電上的PWM節制比刮風扇上的明顯會複雜良多，因為供電電路面臨的大多數是恆定電壓、動態電流的負載，因此用在供電上的PWM控制就不僅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和電流節制型PWM，前者是經由過程電壓反饋線路比較基準電壓和實際輸出電壓，然後經由過程調劑PWM的占空比來不變輸出電壓。這類電路的構成比力簡單，但是用在供電電路中會有一個顯著的缺點，那就是由於實際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紛歧致，對於低功耗、低響應需求的電路來講還問題不大，可是對於高功耗和動態轉變豐富的電路來講，電壓控制型PWM往往不克不及即速響應裝備對供電轉變的需求，從而致使電路不不亂，無法正常工作。
電流節制型PWM
而電流控制型PWM就是為了彌補電壓控制型PWM的缺點而成長起來的，根基構成來講，電流控制型PWM就是在電壓控制型PWM的基礎上增添了一組電流反饋線路，形成雙閉環控制，如許不管電路中的電壓照舊電流産生了轉變，城市觸發PWM的占空比調整，使得整個電路的響應速度有了很大的提升，可以有效改良供電的電壓調劑率，加強系統不變性。
是以今朝顯卡、主板和電源上的PWM供電控制大部分都是電流控制型PWM，其比擬電壓節制型PWM固然在電路構成上要稍微複雜，整體成本也更高，但是換回來供電穩定性和供電響應速度顯然更為重要。當然供電電路的性能也不單單是有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，包括MosFET、電容、電感等構成部分也一樣主要。
文章出處
文章定位：
