本文要點(diǎn)

了解 4 針 PWM 接頭的基本知識(shí)

了解 4 針 PWM 風(fēng)扇的工作原理

了解設(shè)計(jì) 4 針 PWM 風(fēng)扇控制器需要什么

什么是 4 針 PWM 接頭？

4 針 PWM 接頭連接到電腦風(fēng)扇的連接器。要理解其存在的原因，我們需要重溫一下 PWM 到底是什么。

脈寬調(diào)制

PWM 代表脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation），這是一種改變周期性數(shù)字脈沖占空比的技術(shù)。

PWM 通常用于將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬電壓，方法是發(fā)送具有占空比的脈沖，從而產(chǎn)生所需的模擬電壓。通過(guò)改變高電平有效狀態(tài)的間隔，PWM 還可以用于將信息編碼到載波脈沖中的應(yīng)用。在控制設(shè)備中可以發(fā)現(xiàn) PWM，包括伺服電機(jī)、調(diào)光器、蜂鳴器，或作為一個(gè)電信編碼器。

一些冷卻風(fēng)扇由 4 針 PWM 驅(qū)動(dòng)。

那么，為什么主板上會(huì)有 4 針 PWM 接頭呢？

原因很簡(jiǎn)單：4 針 PWM 接頭用于控制連接到機(jī)箱的冷卻風(fēng)扇。大多數(shù)現(xiàn)代主板都可能配備這樣的接頭，它連接到一個(gè)支持 PWM 的 BLDC 風(fēng)扇。在下文中，我們將探索其工作原理。

4 針 PWM 風(fēng)扇的工作原理

PWM 可以用作電壓控制的一種形式，這正是它對(duì) PWM 風(fēng)扇所起的作用。風(fēng)扇根據(jù)通過(guò) PWM 控制引腳提供的電壓旋轉(zhuǎn)。這樣也可以為主板的熱管理提供更好、更智能控制。

CPU 和 GPU 因產(chǎn)生熱量而臭名昭著。然而，它們并不總是在其極限下運(yùn)行。眾所周知，全速旋轉(zhuǎn)的冷卻風(fēng)扇噪音很大。因此，PWM 用于根據(jù) CPU 或 GPU 的使用來(lái)控制風(fēng)扇的速度。

4 針 PWM 風(fēng)扇由不同占空比的脈沖驅(qū)動(dòng)。

這就把我們帶到了下一個(gè)問(wèn)題。既然 3 針接頭就可以了，為什么我們還需要 4 針 PWM 連接？

4 針 PWM 風(fēng)扇不僅僅是主板的 3 針電源、接地和信號(hào)連接，它還有第四根線，從內(nèi)置轉(zhuǎn)速表傳感器向主板提供反饋。這種反饋對(duì)主板非常有用，因?yàn)樗?strong>會(huì)告訴主板風(fēng)扇是否以所需的速度運(yùn)行。如果主板溫度升高而沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致風(fēng)扇出現(xiàn)故障，這是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)檫^(guò)熱會(huì)損壞內(nèi)部器件。

設(shè)計(jì) 4 針 PWM 風(fēng)扇控制器

如果我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè) 4 針 PWM 風(fēng)扇控制器，那么這項(xiàng)工作其實(shí)很簡(jiǎn)單，因?yàn)槲覀兛梢哉业絻?nèi)置 PWM 模塊的微控制器。內(nèi)置 PWM 模塊免去了編寫(xiě)代碼來(lái)仿真軟件 PWM 的麻煩，而這一麻煩是乏味且具有挑戰(zhàn)性的。

大多數(shù) 4 針 PWM 風(fēng)扇需要 25 kHz 頻率的信號(hào)，這應(yīng)該在大多數(shù)低端微控制器的能力范圍內(nèi)。至于控制風(fēng)扇的速度，只需將所需的值寫(xiě)入 PWM 寄存器即可。此外，我們還需要一個(gè)中斷觸發(fā)的輸入引腳，以便可以檢測(cè)到轉(zhuǎn)速表反饋，從而相應(yīng)地調(diào)整風(fēng)扇速度。

帶有 PWM 模塊的微控制器可用于 PWM 風(fēng)扇控制。

對(duì)于 PCB 設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，PWM 并不特別具有挑戰(zhàn)性，但仍應(yīng)謹(jǐn)慎行事，使模擬信號(hào)遠(yuǎn)離 PWM 走線。千萬(wàn)別冒險(xiǎn)將噪聲從 PWM 信號(hào)耦合到相鄰的模擬走線。

如果我們使用了高質(zhì)量的 PCB 設(shè)計(jì)軟件，那么在進(jìn)行 PCB Layout 時(shí)，可以設(shè)置清晰的設(shè)計(jì)規(guī)則。同時(shí)，我們也可以使用 inspectAR 軟件，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)以交互性的方式評(píng)估和改進(jìn) PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程，輕松準(zhǔn)確地進(jìn)行 PCB 檢查、調(diào)試、返工和組裝。

上圖顯示了在 inspectAR 軟件中通過(guò) AR 技術(shù)疊加在實(shí)體 PCB上的網(wǎng)絡(luò)。利用AR技術(shù)，工程師或制造技術(shù)人員可以在制造過(guò)程中的任何時(shí)候?qū)蝹€(gè)器件、走線、子電路或整個(gè)電路板與設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行比較，并隨時(shí)查看技術(shù)手冊(cè)、添加留言、注釋。

歡迎點(diǎn)擊這里，了解 inspectAR 功能詳情。

inspectAR 專業(yè)版軟件現(xiàn)在支持14天免費(fèi)試用，快來(lái)下載吧！

如果想在自己的電路板上進(jìn)行嘗試，只需要花費(fèi)幾分鐘時(shí)間就能在智能手機(jī)上啟動(dòng)并運(yùn)行inspectAR平臺(tái)；如果有來(lái)自 Arduino、SparkFun、LimeSDR 和 BeagleBone 等平臺(tái)的電路板，還會(huì)有許多免費(fèi)項(xiàng)目可供下載使用。