最近對電腦上的散熱風扇產生興趣,看了一些資料,現在將心得彙整一下。

 

最早期的個人電腦是沒有散熱風扇的,當年的 CPU 只需要

散熱片就可以將溫度控制在可接受的範圍內。

 

隨著 CPU 的速度與效能越來越高,到了 486 之後, CPU已經需要

靠著散熱風扇才能將溫度控制住,同時 PC 內發熱的裝置越來越多,

3D顯卡,硬碟,I/O…所以機殼上也需要加上散熱風扇才能 幫助散熱。

 

早期的風扇沒有轉速控制的概念,就是通電後會轉就可以了。

一直到 pentium之後, 開始對風扇有系統性的規範。

 

因為定速型的風扇有以下缺點:

  1. 解熱能力固定,要加大解熱能力必須提高轉速,轉速越高噪音越大。
  2. CPU開始有省電功能,風扇卻無法配合加減速

 

現今主機板對風扇轉速的控制有兩種:
 

VC (Voltage Control) 電壓控制


 這是比較早期主機板對風扇控制的一種技術,以電壓的大小來控制風扇轉速,其風扇接頭為3PIN。由主機板內的溫控sensor偵測溫度並由主機板直接輸出電壓大小給風扇來控制風扇轉速,進而達到散熱的效果。
 
其優點在於電路簡單,風扇成本低。在缺點方面,如品質不好的風扇在高電壓低電壓不斷切換之下,有時就會有"嗒嗒"或"KIKI"的磁切聲。另外在風扇轉速控制的反應上就沒那麼好。

 

底下照片就是3pin風扇的圖片,當然各家產品在尺寸跟造型上存在不少差異,當作參考看即可。
 

 

 

 

底下是華碩早期 775 主機板上的圖示,紅框處就是 3pin風扇插座, 籃框則是 4pin風扇插座。

 

 

 

3pin風扇接腳定義:

黑色:GND

紅色: +12V

黃色: 轉速 RPM偵測接腳

 

因為是靠控制提供風扇的電壓來調整轉速,而不同風扇有不同的啟動電壓,

低於這個電壓值風扇會不轉動,所以在使用上要注意這個規格。

 

底下是振華 SF-F120 12公分 系統風扇的規格,紅框處就是啟動電壓:

 

這個規格表示此風扇可以直接接 5V 就能做到降低轉速的功能而不會造成風扇停轉,

而有些風扇的這項規格高達 7V 以上,如果想簡單的使用 5V電源降轉將會遇到風扇

連動都不動的情況,使用上必須要特別注意。

 

 

 
PWM (Pulse Width Modulation) 脈波寬度調變


 最近有買主機板的人應該都會發現,CPU風扇的插座有的已經更換成4PIN的插座,除此之外,有些風扇廠商也推出PWM的風扇,如Arctic Cooling推出一系列8,9和12cm的PWM風扇。而PWM風扇的運作原理和VC扇差別很大,由原本3PIN內的電壓輸出固定為12V,主機板透過第4PIN接腳傳送風扇轉速控制信號去控制風扇的轉速,如此風扇在轉速控制上的反應將會比用VC來得快速許多,RPM的控制範圍也會比VC來得大且細膩。

 

由於現今CPU大多都有省電功能,如像AMD的Cool`n`Quiet,在CPU IDEL時CPU Mhz降低,CPU溫度跟著降低,再配合PWM風扇控制轉速可以降低至僅僅幾百轉甚至0 RPM,相對風扇噪音就非常低。等CPU Loading升高時,溫度跟著升高,PWM風扇會依據溫度多少,來控制轉速,達到有效的散熱效果,有點類似TC(Temperature Control)風扇,但TC風扇的溫感IC是在風扇上,而PWM風扇的溫感IC在主機板上。

 

其支援PWM風扇的優點不外乎可有效針對CPU溫度並調節風扇轉速,且在風扇噪音的抑制上有相當大的幫助。但缺點在於該類風扇內部需內建一顆PWM Singal Control IC,製造成本相對提高,在價格上也會比一般風扇來得高一點,而且主機板也要有支援PWM才可使用其PWM的功能,如果主機板的風扇座只有3PIN,拿來插上PWM的風扇也是浪費了PWM的功能,在購買風扇時可以參考參考。

 

底下照片就是 4pin PWM 風扇的圖片,當然各家產品在尺寸跟造型上存在不少差異,當作參考看即可。

 

 

4pin風扇接腳定義:

黑色:GND

紅色: +12V

黃色: 轉速 RPM偵測接腳

藍色: PWM控制接腳

 

接腳圖示:

 

 

PWM風扇的轉速控制就不像VC風扇般是調整輸入電壓,PWM風扇的電源是恆定12V輸入,

靠的是第 4pin 做為轉速控制。

 

PWM工作原理如底下圖示:

 

PWM是用佔空比不同的方波,來模擬「模擬輸出」的一種方式。靠,這個太拗口了,簡而言之就是電腦只會輸出0和1,那麼想輸出0.5怎麼辦呢?於是輸出01010101….,平均之後的效果就是0.5了。早這麼說就瞭然了嘛。

pwm

 

定速系統風扇

 

這種風扇應該歸類在 VC 類型下面,不過因為接口只有 2pin ,也就是正負電壓,使用的也是 PC 電源系統大四頭,

所以這裡另外列出來討論。

 

底下照片就是 2pin 系統 風扇的圖片,當然各家產品在尺寸跟造型上存在不少差異,當作參考看即可。

 

 

這種系統風扇其實也適用 VC電壓控制 轉速,但這種風扇的規格上就不一定會註明最低啟動電壓,

需要使用者自行確認。而因為沒有轉速偵測接腳,所以如果遇到故障慢轉或是停轉時,無法靠

軟體偵測,只能靠使用者勤於檢查確認風扇工作是否正常。

 

 

參考連結:

以下連結是 2004 INTEL 提出的 1.2版PWM 風扇規範:

http://www.formfactors.org/developer/specs/rev1_2_public.pdf

 

定義了 CPU 風扇的一些功能,還有電流電壓頻率等,值得參考。

2005年1.3版

http://www.formfactors.org/developer/specs/4_wire_pwm_spec.pdf

 

PWM說明:

http://www.diy-robots.com/?p=814

 

風扇說明:

https://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=299&t=449126

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