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技术资讯 | 什么是 4 针 PWM 接头,其工作原理是什么?

2023-01-16 14:28
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以下文章来源于AR辅助PCB调试与纠错 ,作者inspectAR

本文要点


  • 了解 4 针 PWM 接头的基本知识

  • 了解 4 针 PWM 风扇的工作原理

  • 了解设计 4 针 PWM 风扇控制器需要什么


什么是 4 针 PWM 接头?


4 针 PWM 接头连接到电脑风扇的连接器。要理解其存在的原因,我们需要重温一下 PWM 到底是什么。


脉宽调制


PWM 代表脉宽调制(Pulse Width Modulation),这是一种改变周期性数字脉冲占空比的技术。


PWM 通常用于将数字值转换为模拟电压,方法是发送具有占空比的脉冲,从而产生所需的模拟电压。通过改变高电平有效状态的间隔,PWM 还可以用于将信息编码到载波脉冲中的应用。在控制设备中可以发现 PWM,包括伺服电机、调光器、蜂鸣器,或作为一个电信编码器。


微信图片_20230116142633.png

一些冷却风扇由 4 针 PWM 驱动。


那么,为什么主板上会有 4 针 PWM 接头呢?


原因很简单:4 针 PWM 接头用于控制连接到机箱的冷却风扇。大多数现代主板都可能配备这样的接头,它连接到一个支持 PWM 的 BLDC 风扇。在下文中,我们将探索其工作原理。


4 针 PWM 风扇的工作原理


PWM 可以用作电压控制的一种形式,这正是它对 PWM 风扇所起的作用。风扇根据通过 PWM 控制引脚提供的电压旋转。这样也可以为主板的热管理提供更好、更智能控制。


CPU 和 GPU 因产生热量而臭名昭著。然而,它们并不总是在其极限下运行。众所周知,全速旋转的冷却风扇噪音很大。因此,PWM 用于根据 CPU 或 GPU 的使用来控制风扇的速度。

微信图片_20230116142657.jpg

4 针 PWM 风扇由不同占空比的脉冲驱动。


这就把我们带到了下一个问题。既然 3 针接头就可以了,为什么我们还需要 4 针 PWM 连接?


4 针 PWM 风扇不仅仅是主板的 3 针电源、接地和信号连接,它还有第四根线,从内置转速表传感器向主板提供反馈。这种反馈对主板非常有用,因为它会告诉主板风扇是否以所需的速度运行。如果主板温度升高而没有及时发现,导致风扇出现故障,这是十分危险的,因为过热会损坏内部器件。


设计 4 针 PWM 风扇控制器


如果我们的任务是设计一个 4 针 PWM 风扇控制器,那么这项工作其实很简单,因为我们可以找到内置 PWM 模块的微控制器。内置 PWM 模块免去了编写代码来仿真软件 PWM 的麻烦,而这一麻烦是乏味且具有挑战性的。


大多数 4 针 PWM 风扇需要 25 kHz 频率的信号,这应该在大多数低端微控制器的能力范围内。至于控制风扇的速度,只需将所需的值写入 PWM 寄存器即可。此外,我们还需要一个中断触发的输入引脚,以便可以检测到转速表反馈,从而相应地调整风扇速度。

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带有 PWM 模块的微控制器可用于 PWM 风扇控制。


对于 PCB 设计人员来说,PWM 并不特别具有挑战性,但仍应谨慎行事,使模拟信号远离 PWM 走线。千万别冒险将噪声从 PWM 信号耦合到相邻的模拟走线。


如果我们使用了高质量的 PCB 设计软件,那么在进行 PCB Layout 时,可以设置清晰的设计规则。同时,我们也可以使用 inspectAR 软件,利用增强现实(AR)技术以交互性的方式评估和改进 PCB 设计过程,轻松准确地进行 PCB 检查、调试、返工和组装。


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上图显示了在 inspectAR 软件中通过 AR 技术叠加在实体 PCB上的网络。利用AR技术,工程师或制造技术人员可以在制造过程中的任何时候将单个器件、走线、子电路或整个电路板与设计规格进行比较,并随时查看技术手册、添加留言、注释。



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