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我們在研究散熱器和風扇的時候往往會講到PWM，並且許多時辰撐持PWM的產品會比不撐持PWM的顯得更高級一些。而在主板、顯卡還有電源評測中也會提到有PWM節制晶片，顯然對於PC來講PWM已經是一個很普遍的存在。但是PWM是什麼？PWM為什麼會那麼主要？我們相信良多玩家可能連「知其然」都做不到，更別說「知其所以然」了。網站架設為此今天的超能課堂我們就來捋一捋關於PWM的二三事，看看這個在PC中似乎無處不在，看著有點臉熟但現實上照樣很目生的PWM究竟是何方神聖。


主板上的PWM供電節制晶片
什麼是PWM？
PWM的全稱是Pulse Width Modulation，即脈衝寬度調製，其素質是一種數位訊號，主要由兩個構成部份來進行界說，分別是占空比和頻率，個中占空比值得是信號為高電平狀況的時候量占據總周期時候的百分比，而頻率則代表著PWM旌旗燈號完成一個周期的速度，也就是決意旌旗燈號在凹凸電平狀況之間的切換速度。


圖片源自National Instruments

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今朝PWM已被普遍運用在各類節制系統中，特別是各種模擬電路的節制，大都離不開PWM旌旗燈號。可能大家對此會感到迷惑，PWM既然是一種數位訊號，那怎麼會用在模擬電路的節制上呢？現實上PWM很大水平上就是為了實現摹擬電路數字化節制而降生的，我們不妨舉例申明，當一個數位訊號源的高電平為5V、低電平為0V的環境下，若是想要用這個數位訊號源輸出相當於3V的摹擬旌旗燈號，那麼我們就可以將這個數位訊號以PWM占空比60%的方式進行輸出，也就是說一個旌旗燈號周期內有60%的時候輸出5V，剩下40%的時候輸出0V，此時只要旌旗燈號周期足夠短，也就是PWM頻率足夠快，那麼我們將取得一個輸出電平無限接近於5V*60%=3V的旌旗燈號源，這就是PWM可以或許以數位訊號的身份節制摹擬電路的首要緣由。

以往摹擬電路的正確控制往往需要一個相對大範圍的電路，不僅粗笨而且功耗與發熱都不低。比擬之下經由過程PWM這類數位訊號來控制模擬電路，既可以確保精準度，又可以有效下降節制電路的體積與功耗，是以PWM很快就成為了今朝一種主流的電路節制模式，直流機電、閥門、液壓系統、電源等各個範疇中我們都能看到PWM的身影，在PC上也是如此，PC主板、顯卡都採用了PWM進行供電控制，散熱電扇也廣泛利用PWM手藝，PC電源裡面也少不了PWM的身影。


散熱電扇的PWM手藝
常見的散熱電扇調速有兩種，分別是DC調速和PWM調速，個中DC調速又可以叫做電壓調速，簡單來講就是直接調劑加載於電扇上的電壓來進行轉速控制。而節制風扇電壓的體例有很多種，比較直接的方式就是外接電阻來進行分壓，例如各類電扇減速線採用的就是這個方式。不過這種電壓控制體例也有一個很顯著的錯誤謬誤，那就是由於電扇的轉速未必與電壓呈線性關係，例如一把電扇的標稱電壓為12V，當你只給它6V電壓時其轉速未必為一半，更多的可能是因為其啟動電壓最少為7V，只加載6V的話會電壓不足而沒法啟動，是以想要精準地節制風扇的轉速，直接調劑風扇的輸入電壓常常不是一個幻想選擇。


支撐PWM調速的電扇都採用4pin接口

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而採用PWM節制的風扇就沒有上述的問題，固然從道理上說，電扇所用的PWM調速也算是一種電壓調速，只是其顯示出來的是「等效電壓」而非「現實電壓」。由於PWM是經由過程占空比來調整輸出信號的電平凹凸，是以轉換為電扇電壓時也就只有12V和0V的區別，只是通電時間長短有所分歧，簡單來講就是電扇上固然加載的是等效6V的電壓，但其現實上是占空比為50%的12V電壓，這個時辰電扇就不存在「啟動電壓」的問題了，並且風扇轉速與PWM的占空比根基呈線性關係，這使得電扇轉速的節制變得特別很是簡單。

固然了這個PWM旌旗燈號並不是作為驅動電扇的電源使用，而是用來驅動電扇內部的三極體或MosFET，以此實現對電扇的輸入節制，是以支撐PWM節制的風扇除有供電、檢測和接地三根線外，還會有一根額外的PWM控制線。而受PWM控制電扇轉速的啟發，有部門主板也在風扇接口上插足了PWM節制模塊，通過PWM來節制電扇的輸入電壓，讓3pin接口的風扇也能實現近乎線性的轉速節制。不過這類設置裝備擺設根基上只有中高端主板才會享用，真正普及的依然是直接支撐PWM節制的4pin電扇接口。


供電電路的PWM手藝
主板、顯卡和PC電源固然是三個判然不同的硬體，但是就供電所用的手藝來講倒是大同小異，PC電源是經由過程各種拓撲架構和PWM手藝將市電的交流輸出變為12V、5V、3.3V、-12V等不同的輸出電壓，而主板和顯卡則是將PC電源的供電經由過程PWM手藝改變為CPU和GPU等晶片所需要的電壓和電流，是以今朝主板、顯卡和PC電源根基上都利用了PWM供電控制技術。


PC電源中的PWM節制晶片
PWM節制電壓的手藝放在什麼硬體上都是一樣的，就是經由過程節制占空比來控制「等效電壓」。顯卡、主板和PC電源上的自然也是如斯，只是由於它們所帶的負載對電壓和電流的不亂度要求很高，是以低速的PWM不合適用在供電控制上。今朝業內遍及做法是，電源的PWM節制需要利用不低於20kHz的頻率，建議是利用200kHz或以上的，因為越高的頻率越有利於調整的響應速度。


電壓節制型PWM
當然用在供電上的PWM節制比刮風扇上的顯然會複雜許多，因為供電電路面臨的大多半是恆定電壓、動態電流的負載，因此用在供電上的PWM節制就不僅要斟酌裝備的輸入電壓，還要斟酌到輸入電流。供電電路所用的PWM節制大體上可以分為電壓節制型PWM和電流控制型PWM，前者是經由過程電壓反饋線路比較基準電壓和現實輸出電壓，然後經由過程調整PWM的占空比來不變輸出電壓。這類電路的構成比力簡單，然則用在供電電路中會有一個顯明的缺點，那就是由於現實電路中常常會存在電容和電感等元件，電流與電壓的變化會紛歧致，對於低功耗、低響應需求的電路來講還問題不大，但是對於高功耗和動態轉變豐富的電路來講，電壓控制型PWM常常不克不及立地響應設備對供電轉變的需求，從而導致電路不不亂，無法正常工作。

電流節制型PWM
而電流節制型PWM就是為了填補電壓控制型PWM的缺點而成長起來的，基本組成來講，電流控制型PWM就是在電壓控制型PWM的根本上增添了一組電流反饋線路，構成雙閉環節制，這樣不管電路中的電壓照舊電流産生了轉變，都會觸發PWM的占空比調劑，使得全部電路的響應速度有了很大的提升，可以有用改良供電的電壓調整率，加強系統不亂性。

是以今朝顯卡、主板以及電源上的PWM供電控制大部分都是電流節制型PWM，其比擬電壓控制型PWM固然在電路構成上要略微複雜，整體成本也更高，可是換回來供電不變性和供電響應速度明顯更為重要。固然供電電路的性能也不單單是有PWM來決議的，並不是說你用的PWM控制晶片好就能有不變的供電，包括MosFET、電容、電感等構成部門也一樣重要。



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