在說明PWM風扇控制之前先來談談風扇的結構。

 

一般PC用的散熱風扇是無刷式DC直流風扇,配合PC的電供規格,一般都是採用12V DC的馬達,

底下是兩張風扇的電路示意圖:

 

 

 

 

 

 

 

實際上兩線三線四線式風扇在基本結構上是很相似的,

差別在於3線式風扇比兩線式風扇多了一個霍爾元件(Hall sensor)感應轉速輸出,

也就是Tach singal out,第三pin。

4線式則是比3線式風扇在馬達線圈前面又多了一個MOSFET做為開關,可以接受PWM訊號開關風扇,

 

底下是intel定義的PWM訊號規範:

 

 

 

這裡可以看到PWM訊號只要符合0.8V(low)5.25V(high)即可,這表示可以透過一般的微控制晶片

或是Arduino等單板電腦即可進行PWM控制。

 

而有一點可以肯定的是雖然intel定義了PWM頻率為25KHz,但其實PWM控制的是占空比

也就是一定時間內的平均on/off比例,因此利用其他頻率的PWM事實上也可以進行風扇轉速控制。

 

也因為4pin風扇需要進行PWM調變控制,所以比起其他風扇要來得不容易控制一些。

 

但事實上PWM風扇在沒有接PWM訊號的時候,就等於是一個3pin風扇,通入額定電壓之後

會以最高轉速運轉,因為此時PWM固定為high,等於duty 100%,也就是全速,

所以一樣可以透過改變電壓的方式進行調速,與3pin風扇並無不同。

 

3pin 4pin風扇如果不去讀取轉速的話,其實跟2pin風扇也並無不同之處,

所以風扇貌似複雜,不論是線數,接頭形式,看似種類繁多,事實上萬變不離其宗,

知道工作原理後就可以完全掌握風扇的特性來使用。

 

而轉速偵測訊號依照intel的規範是open collector type output(開集極輸出),

所以接一個10K左右的pull high電阻就可以讓一般微控制器或Arduino樹梅派等單板電腦讀取轉速,

甚至是透過一個簡易的除法器或計數器即可讀取風扇轉速。

 

同樣是參考本章最前面兩張圖,一般3pin風扇可不可以改成PWM控制風扇?

答案是可以的,3pin 4pin風扇只差在一個MOSFET控制風扇ON/OFF而已,請參考以下電路圖:

 

 

實際接線:

 

 

成品照片:

 

 

這是簡易的風扇減速控制,10K電阻即可讓風扇以50%的速度運轉,電阻拿掉則停轉。

這種方式比前一章的電壓控制方式更有效率,電晶體不加散熱片也能工作,因為作用只是開關而已。

電源OFF時風扇靠的是慣性繼續轉動,但轉速會下降,此時電晶體不會有電流通過,所以此時不耗電。

 

也可以透過簡易的555晶片製作PWM控制器,以下為範例電路圖:

 

 

 

更改C1的電容值可以改變PWM的頻率,本範例頻率約144Hz。

D1 D2可以使用常見的二極體,也可以用1N4148替代。

Q1只要耐壓大於12V,最好選用20V以上,因MOSFET Rds ON導通電組小,都是豪歐姆等級,

所以使用上幾乎不會發燙,可以不用加散熱片。

Duty cycle可以從0-100%。

 

這個電路可以控制2pin 3pin及4pin的風扇,

 

 

PST功能

 

 

PWM風扇還有一個功能就是 PST(PWM Sharing Technology),可以讓一個PWM訊號控制多個風扇,

依照主機板廠商建議一個4pin風扇腳座最好不要接超過5個風扇,接法如下:

 

 

 

不論接幾個風扇,能偵測轉速的風扇只有一個,其他風扇是連動受PWM訊號控制,

要偵測轉速的風扇就接到上圖的2位置才能偵測到風扇轉速,4的部分可以並聯多個風扇插座,

此接線方式風扇的電力是由主機板的風扇腳座而來,所以要注意別接太多個風扇,

以免超出主機板的規範而導致意外或不工作。

 

如果想控制更多個風扇可以使用外接電源的方式,如下圖:

 

 

12V透過外部接頭供給而不抽取風扇腳座電力,這樣可以接很多˙風扇而不會有問題。

 

這種分接線或是分接器有很多廠商已經進行生產,底下是市售商品圖:

 

 

這是一對八的分接盒。

 

也有直接做成線狀的產品,這是一對二的,市面上也有一對多的產品:

 

 

 

 

 

除了市售這種簡單的分接線或分接盒,上面文章中自製的555 PWM控制器可不可以控制

多組風扇達到PST功能?

 

答案是可以

 

只要將555的7腳單獨拉出,接到上述的藍色接腳,也就是PWM控制訊號腳,

同樣也可以用一個PWM產生器控制多組風扇。

 

以上將各種風扇及控制方式都說明完畢。

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