呂阿谷的部落格

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)與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。

而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，本範例頻率約為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的第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。