我們在研究散熱器和電扇的時辰常常會講到PWM，並且良多時辰支撐PWM的產品會比不支撐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，明顯對於PC來說PWM已是一個很遍及的存在。但是PWM是什麼？PWM為什麼會那麼重要？我們相信許多玩家可能連「知其然」都做不到，更別說「知其所以然」了。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，看著有點臉熟但實際上照樣很目生的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，首要由兩個組成部份來進行界說，分別是占空比和頻率，其中占空比值得是信號為高電平狀態的時候量占有總周期時間的百分比，而頻率則代表著PWM旌旗燈號完成一個周期的速度，也就是決定旌旗燈號在高低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控制系統中，特殊是各類摹擬電路的節制，多數離不開PWM旌旗燈號。可能人人對此會感應疑惑，PWM既然是一種數位訊號，那怎麼會用在摹擬電路的節制上呢？實際上PWM很大水平上就是為了實現摹擬電路數字化節制而誕生的，我們無妨舉例申明，當一個數位訊號源的高電平為5V、低電平為0V的情況下，假如想要用這個數位訊號源輸出相當於3V的摹擬旌旗燈號，那麼我們就能夠將這個數位訊號以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，此時只要信號周期足夠短，也就是PWM頻率足夠快，那麼我們將取得一個輸出電平無窮接近於5V*60%=3V的信號源，這就是PWM可以或許以數位訊號的身份節制模擬電路的首要原因。
以往摹擬電路的切確節制常常需要一個相對大範圍的電路，不僅笨重並且功耗與發燒都不低。比擬之下經由過程PWM這類數位訊號來控制摹擬電路，既可以確保精準度，又可以有用降低控制電路的體積與功耗，是以PWM很快就成為了目前一種主流的電路控制模式，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上也是如斯，PC主板、顯卡都採用了PWM進行供電控制，散熱電扇也普遍利用PWM技術，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，此中DC調速又可以叫做電壓調速，簡單來講就是直接調整加載於電扇上的電壓來進行轉速節制。而節制電扇電壓的體例有許多種，比力直接的體例就是外接電阻來進行分壓，例如各種電扇減速線採用的就是這個體例。不過這類電壓節制體式格局也有一個很明顯的瑕玷，那就是由於電扇的轉速未必與電壓呈線性關係，例如一把風扇的標稱電壓為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至少為7V，只加載6V的話會電壓不足而無法啟動，是以想要精準地節制電扇的轉速，直接調劑電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控制的電扇就沒有上述的問題，固然從道理上說，風扇所用的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「實際電壓」。由於PWM是經由過程占空比來調劑輸出信號的電平高低，是以轉換為電扇電壓時也就只有12V和0V的區分，只是通電時候長短有所不同，簡單來講就是風扇上雖然加載的是等效6V的電壓，但其現實上是占空比為50%的12V電壓，這個時辰風扇就不存在「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十分簡單。
當然了這個PWM旌旗燈號並非作為驅動電扇的電源利用，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控制，是以支撐PWM控制的電扇除有供電、檢測和接地三根線外，還會有一根額外的PWM節制線。而受PWM節制風扇轉速的啟發，有部分主板也在電扇接口上到場了PWM節制模塊，經由過程PWM來節制電扇的輸入電壓，讓3pin接口的電扇也能實現近乎線性的轉速節制。不外這類配置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持PWM控制的4pin電扇接口。
供電電路的PWM手藝
主板、顯卡和PC電源雖然是三個判然不同的硬體，然則就供電所用的手藝來說倒是大同小異，PC電源是通過各類拓撲架構和PWM技術將市電的交換輸出變為12V、5V、3.3V、-12V等分歧的輸出電壓，而主板和顯卡則是將PC電源的供電經由過程PWM手藝轉變為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電源基本上都運用了PWM供電控制手藝。
PC電源中的PWM控制晶片
PWM節制電壓的手藝放在什麼硬體上都是一樣的，就是通過控制占空比來節制「等效電壓」。顯卡、主板和PC電源上的天然也是如斯，只是由於它們所帶的負載對電壓和電流的穩定度要求很高，因此低速的PWM不合適用在供電控制上。目前業內遍及做法是，電源的PWM節制需要利用不低於20kHz的頻率，建議是使用200kHz或以上的，因為越高的頻率越有益於調劑的響應速度。
電壓節制型PWM
固然用在供電上的PWM節制比刮風扇上的明顯會複雜很多，因為供電電路面臨的大大都是恆定電壓、動態電流的負載，是以用在供電上的PWM節制就不但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控制大體上可以分為電壓節制型PWM和電流節制型PWM，前者是經由過程電壓反饋線路對照基準電壓和現實輸出電壓，然後經由過程調整PWM的占空比來穩定輸出電壓。這種電路的構成比力簡單，可是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往往會存在電容和電感等元件，電流與電壓的轉變會紛歧致，對於低功耗、低響應需求的電路來講還問題不大，可是對於高功耗和動態轉變豐富的電路來說，電壓節制型PWM常常不克不及立時響應設備對供電轉變的需求，從而致使電路不穩定，無法正常工作。
電流節制型PWM
而電流節制型PWM就是為了彌補電壓節制型PWM的缺點而成長起來的，根基構成來講，電流控制型PWM就是在電壓控制型PWM的基礎上增添了一組電流反饋線路，構成雙閉環控制，這樣不管電路中的電壓還是電流發生了轉變，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，加強系統不變性。
是以目前顯卡、主板和電源上的PWM供電節制大部份都是電流節制型PWM，其比擬電壓節制型PWM固然在電路構成上要稍微複雜，整體本錢也更高，可是換回來供電穩定性和供電響應速度明顯更為重要。固然供電電路的機能也不僅僅是有PWM來決議的，並不是說你用的PWM節制晶片好就可以有穩定的供電，包括MosFET、電容、電感等構成部分也一樣重要。
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