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技術(shù)專題
單片機(jī)開發(fā)PWM與DC風(fēng)扇
單片機(jī)開發(fā)冷卻風(fēng)扇是計(jì)算機(jī)硬件的重要組成部分，因?yàn)樗鼈兛梢岳鋮sCPU并為機(jī)箱通風(fēng)，從而可以在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行主動(dòng)冷卻。所有計(jì)算機(jī)均具有內(nèi)置風(fēng)扇，因?yàn)樗鼈兪桥鷾?zhǔn)的處理器冷卻機(jī)制之一。計(jì)算機(jī)中的風(fēng)扇從周圍收集冷空氣并將熱空氣排出到室外。它們還通過在散熱器上分配空氣來幫助散熱器工作。在這里，我們討論兩種類型的冷卻風(fēng)扇：脈寬調(diào)制（PWM）風(fēng)扇和DC風(fēng)扇。
在筆記本電腦上工作時(shí)，您可能會(huì)觀察到產(chǎn)生的熱量變化。散熱的這種變化通常會(huì)引起散熱風(fēng)扇及其速度方面的問題。當(dāng)筆記本電腦的熱量減少時(shí)，就沒有必要全速運(yùn)行風(fēng)扇了。但是，如果筆記本電腦溫度很高，則筆記本計(jì)算機(jī)甚至可能需要其他風(fēng)扇。冷卻風(fēng)扇的速度控制是一個(gè)備受爭議的話題，而PWM風(fēng)扇和DC風(fēng)扇是討論最多的解決方案。
直流風(fēng)扇或3針風(fēng)扇
通常，直流風(fēng)扇用作低功耗的機(jī)箱風(fēng)扇。它們被供應(yīng)直流電源。這些風(fēng)扇也帶有3針，因此也稱為3針風(fēng)扇。3個(gè)引腳是電源引腳（通常為12 V DC），接地引腳和信號(hào)引腳。在直流風(fēng)扇中，電源可以來自穩(wěn)壓直流電源，也可以來自主板接頭引腳。即使沒有實(shí)現(xiàn)速度控制，信號(hào)引腳也會(huì)收集有關(guān)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速表輸出）的信息。某些計(jì)算機(jī)監(jiān)視信號(hào)引腳，并在風(fēng)扇操作失敗時(shí)發(fā)出警報(bào)。
PWM風(fēng)扇
如果要改變直流風(fēng)扇的速度，唯一的選擇是改變輸入直流電源。直流電源可以降低到12 V以下，以降低速度。DC風(fēng)扇速度的百分比降低仍然存在限制。所有直流風(fēng)扇均規(guī)定了最小閾值電壓額定值；如果電壓降至閾值以下，則風(fēng)扇開始失速。對(duì)于連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要提供此最小電壓。
直流電壓控制是改變直流風(fēng)扇速度的方法，可以通過在電源線中加入電阻來實(shí)現(xiàn)。串聯(lián)電阻兩端的壓降會(huì)降低到達(dá)風(fēng)扇電源引腳的電壓，從而自動(dòng)降低風(fēng)扇的速度。如果連接的電阻器是可變電阻器，則可以改變風(fēng)扇速度，直到其停滯在最小閾值電壓為止。如今，帶有旋鈕的獨(dú)立風(fēng)扇控制器可用于這種類型的DC風(fēng)扇速度控制。
PWM風(fēng)扇或4針風(fēng)扇
脈寬調(diào)制（PWM）風(fēng)扇是直流風(fēng)扇，帶有用于PWM的額外導(dǎo)線。PWM風(fēng)扇是4針風(fēng)扇，第四根電線將PWM信號(hào)發(fā)送到風(fēng)扇電機(jī)。PWM信號(hào)是PWM風(fēng)扇的控制輸入?？刂戚斎胪ǔＪ蔷哂?span>5 V或3.3 V上拉電阻的漏極開路或集電極開路輸出。PWM控制信號(hào)是高頻（通常為25kHz或更高）的方波，以使風(fēng)扇發(fā)出的噪聲超過人的可聞范圍。PWM信號(hào)可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的高低狀態(tài)來啟動(dòng)或停止電動(dòng)機(jī)。當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，否則，電動(dòng)機(jī)靜止。
PWM信號(hào)的占空比控制風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的速度。電機(jī)將始終提供12 V電壓，但是，PWM信號(hào)的占空比決定了風(fēng)扇應(yīng)運(yùn)行多長時(shí)間。40％的占空比使風(fēng)扇在PWM信號(hào)總時(shí)間段的40％時(shí)間內(nèi)保持打開狀態(tài)，而其余60％的時(shí)間將保持關(guān)閉狀態(tài)。冷卻風(fēng)扇的速度變化在額定速度的30％到100％之間，采用PWM技術(shù)，PWM風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)的最低速度遠(yuǎn)低于直流風(fēng)扇。機(jī)箱和CPU溫度是影響冷卻風(fēng)扇速度的兩個(gè)因素。新技術(shù)的進(jìn)步帶來了固件和軟件控制的PWM風(fēng)扇，其速度根據(jù)CPU或機(jī)箱溫度來控制。PWM風(fēng)扇通常被視為具有較高功耗的CPU冷卻器。
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直流風(fēng)扇 |
PWM風(fēng)扇 |
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3針風(fēng)扇 |
4針風(fēng)扇 |
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電壓控制 |
PWM控制 |
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改變電源電壓以進(jìn)行速度控制 |
在整個(gè)操作過程中電源電壓恒定，PWM信號(hào)占空比控制風(fēng)扇速度 |
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精確的速度控制很困難 |
無縫速度控制 |
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限制降低速度，使其低于對(duì)應(yīng)于最小閾值電壓的速度 |
達(dá)到的最低速度可以低于直流風(fēng)扇 |
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速度可降低至額定速度的40％ |
最低速度可能小于額定速度的20％ |
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電機(jī)失速低于最小閾值電壓的可能性 |
電機(jī)沒有失速的機(jī)會(huì) |
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通常用作低功耗的機(jī)箱風(fēng)扇 |
通常用作功耗較高的CPU散熱器 |