PWM是如何实现调速的？CPU风扇的每根线都是什么意思？

对电脑熟悉的朋友都知道，不管是台式电脑还是笔记本电脑，都是具有风扇的，该风扇起到散热作用，电脑CPU的温度越高，转速越快，可以提高电脑CPU的散热效率，保证CPU正常工作。那么电脑是如何调节风扇的转速的呢？这要从风扇的线序说起。从一开始到现在，电脑CPU的风扇分别经历了两线式、三线制以及今天的四线式。那他们之间有什么区别呢？

1-电脑上的风扇

1 两线式CPU风扇的工作原理

早期的风扇只有两根线，一般用红线和黑线来表示，红色表示电源正、黑线表示电源负，即只要接上合适的电压，风扇就会转动，而且是全速转动，速度不可调。这中风扇虽然容易控制，但是没有转速反馈。风扇有没有在转动、风扇的转速是多少，电脑CPU完全不知道。即使风扇坏掉了，电脑CPU也无法检测到，温度和转速之间无法形成闭环，也可以说风扇的状态是不可控的，存在散热隐患。

2-两线式风扇

鉴于两线式风扇的以上缺点，为提高散热效率，后来又出现过三线式的风扇。

2 三线式CPU风扇的工作原理

三线式风扇有三根线，分别用红色、黑色和黄色来表示。红色和黑色是电源线，而黄色是风扇转速的反馈线，通过这根线，电脑CPU可以实时的检测到风扇的转速。在风扇开启后，CPU能知道风扇是不是在工作，形成了初步的闭环。

3-三线式风扇

在电脑需要散热的时候，CPU检测到风扇的转速为零，那么就可以判断风扇坏掉或者是缺失，可以向用户提示故障信息。

以上两种风扇所存在的缺点就是，无法根据实际的温度情况进行调速，只要满速运行，导致噪声很大，为了改善这种情况，出现了四线式风扇。

3 四线式CPU风扇的工作原理

四线式CPU风扇在三线式的基础之上多了一根调速线，CPU既能实时的检测风扇的转速，又能根据当前CPU的温度来控制风扇的转速，实现了温度和风扇转速的闭环控制，提高了散热效率、降低了主机功耗、还减小了风扇转动时的噪音。优点明显，所以，目前以四线式风扇居多。

4-四线式风扇

通过前面的对比可知，三线式风扇比两线式风扇多了测速功能，而四线式风扇又比三线式风扇多了调速功能。对比如下表所示。

5-风扇线序对比

那么CPU是如何调节风扇的转速的呢？

4 CPU是如何调节风扇转速的

给风扇加上合适的额定电压后，风扇就会满速运转，如果把电压降低一点，那么风扇的转速就会降低，当把电压将为零后，风扇慢慢就停下来了。可以发现，只要改变风扇两端的电压就可以实现转速的调节。那么如何实现风扇电压的调节呢？这就用到了PWM。

PWM调速原理

所谓PWM，就是脉冲宽度调制，一定频率的方波是由高电平和低电平构成的。假设高电平的持续时间是T1，低电平的持续时间是T2, 那么周期T=T1+T2。

6- PWM方波

通过改变高电平的持续时间，就可以改变方波的平均电压，在一个周期内高电平所占的比例，就叫做占空比，计算公式为：D=T1/T。

占空比与平均电压的关系

占空比越大，那么平均电压就越高；占空比越低，平均电压就越小。

占空比为100%，那么风扇两端的电压就是12V，风扇满速转动；

占空比为50%，那么风扇两端的电压就是6V，风扇以一半的速度转动；

占空比为0%，那么风扇的电压就是0V，风扇不转动。

占空比和平均电压的计算关系如下图所示。

7-平均电压的计算方法

PWM调速电路原理图的设计

所以，CPU只要输出不同占空比的方波就可以控制风扇的转速，占空比的大小与温度有关。温度越高，占空比越大，风扇转速越快；温度越低，占空比越小，风扇转速也就越小。CPU控制风扇调速的电路原理图如下图所示。

8-PWM调速电路原理图

上图中，使用三极管作为风扇的驱动，也可以使用MOSFET等其他功率器件，方波的占空比是由CPU温度控制的。理论上来讲，频率越高，风扇转动越平滑，但是对功率开关器件的响应速度要求也就越高，所以方波的频率一般控制在10K-30KHz之间。