對(duì)電腦熟悉的朋友都知道，不管是臺(tái)式電腦還是筆記本電腦，都是具有風(fēng)扇的，該風(fēng)扇起到散熱作用，電腦CPU的溫度越高，轉(zhuǎn)速越快，可以提高電腦CPU的散熱效率，保證CPU正常工作。那么電腦是如何調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的呢？這要從風(fēng)扇的線序說(shuō)起。從一開(kāi)始到現(xiàn)在，電腦CPU的風(fēng)扇分別經(jīng)歷了兩線式、三線制以及今天的四線式。那他們之間有什么區(qū)別呢？
1 兩線式CPU風(fēng)扇的工作原理
早期的風(fēng)扇只有兩根線，一般用紅線和黑線來(lái)表示，紅色表示電源正、黑線表示電源負(fù)，即只要接上合適的電壓，風(fēng)扇就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而且是全速轉(zhuǎn)動(dòng)，速度不可調(diào)。這中風(fēng)扇雖然容易控制，但是沒(méi)有轉(zhuǎn)速反饋。風(fēng)扇有沒(méi)有在轉(zhuǎn)動(dòng)、風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是多少，電腦CPU完全不知道。即使風(fēng)扇壞掉了，電腦CPU也無(wú)法檢測(cè)到，溫度和轉(zhuǎn)速之間無(wú)法形成閉環(huán)，也可以說(shuō)風(fēng)扇的狀態(tài)是不可控的，存在散熱隱患。
鑒于兩線式風(fēng)扇的以上缺點(diǎn)，為提高散熱效率，后來(lái)又出現(xiàn)過(guò)三線式的風(fēng)扇。
2 三線式CPU風(fēng)扇的工作原理
三線式風(fēng)扇有三根線，分別用紅色、黑色和黃色來(lái)表示。紅色和黑色是電源線，而黃色是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的反饋線，通過(guò)這根線，電腦CPU可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)到風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。在風(fēng)扇開(kāi)啟后，CPU能知道風(fēng)扇是不是在工作，形成了初步的閉環(huán)。
在電腦需要散熱的時(shí)候，CPU檢測(cè)到風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為零，那么就可以判斷風(fēng)扇壞掉或者是缺失，可以向用戶提示故障信息。
以上兩種風(fēng)扇所存在的缺點(diǎn)就是，無(wú)法根據(jù)實(shí)際的溫度情況進(jìn)行調(diào)速，只要滿速運(yùn)行，導(dǎo)致噪聲很大，為了改善這種情況，出現(xiàn)了四線式風(fēng)扇。
3 四線式CPU風(fēng)扇的工作原理
四線式CPU風(fēng)扇在三線式的基礎(chǔ)之上多了一根調(diào)速線，CPU既能實(shí)時(shí)的檢測(cè)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，又能根據(jù)當(dāng)前CPU的溫度來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了溫度和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，提高了散熱效率、降低了主機(jī)功耗、還減小了風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的噪音。優(yōu)點(diǎn)明顯，所以，目前以四線式風(fēng)扇居多。
通過(guò)前面的對(duì)比可知，三線式風(fēng)扇比兩線式風(fēng)扇多了測(cè)速功能，而四線式風(fēng)扇又比三線式風(fēng)扇多了調(diào)速功能。對(duì)比如下表所示。
那么CPU是如何調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的呢？
4 CPU是如何調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的
給風(fēng)扇加上合適的額定電壓后，風(fēng)扇就會(huì)滿速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果把電壓降低一點(diǎn)，那么風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就會(huì)降低，當(dāng)把電壓將為零后，風(fēng)扇慢慢就停下來(lái)了?？梢园l(fā)現(xiàn)，只要改變風(fēng)扇兩端的電壓就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。那么如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電壓的調(diào)節(jié)呢？這就用到了PWM。
所謂PWM，就是脈沖寬度調(diào)制，一定頻率的方波是由高電平和低電平構(gòu)成的。假設(shè)高電平的持續(xù)時(shí)間是T1，低電平的持續(xù)時(shí)間是T2, 那么周期T=T1+T2。
通過(guò)改變高電平的持續(xù)時(shí)間，就可以改變方波的平均電壓，在一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的比例，就叫做占空比，計(jì)算公式為：D=T1/T。
占空比越大，那么平均電壓就越高；占空比越低，平均電壓就越小。
占空比為100%，那么風(fēng)扇兩端的電壓就是12V，風(fēng)扇滿速轉(zhuǎn)動(dòng)；
占空比為50%，那么風(fēng)扇兩端的電壓就是6V，風(fēng)扇以一半的速度轉(zhuǎn)動(dòng)；
占空比為0%，那么風(fēng)扇的電壓就是0V，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)。
占空比和平均電壓的計(jì)算關(guān)系如下圖所示。
PWM調(diào)速電路原理圖的設(shè)計(jì)
所以，CPU只要輸出不同占空比的方波就可以控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，占空比的大小與溫度有關(guān)。溫度越高，占空比越大，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快；溫度越低，占空比越小，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也就越小。CPU控制風(fēng)扇調(diào)速的電路原理圖如下圖所示。
上圖中，使用三極管作為風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)，也可以使用MOSFET等其他功率器件，方波的占空比是由CPU溫度控制的。理論上來(lái)講，頻率越高，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)越平滑，但是對(duì)功率開(kāi)關(guān)器件的響應(yīng)速度要求也就越高，所以方波的頻率一般控制在10K-30KHz之間。
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