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  什么是PWM芯片?

  PWM芯片的全稱是Pulse Width Modulation，即脈沖寬度調(diào)制，其本質(zhì)是一種數(shù)字信號，主要由兩個組成部分來進行定義，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(tài)的時間量占據(jù)總周期時間的百分比，而頻率則代表著PWM信號完成一個周期的速度，也就是決定信號在高低電平狀態(tài)之間的切換速度。

  目前PWM芯片已經(jīng)被廣泛應用在各種控制系統(tǒng)中，特別是各種模擬電路的控制，多數(shù)離不開PWM信號。可能大家對此會感到疑惑，PWM既然是一種數(shù)字信號，那怎么會用在模擬電路的控制上呢?實際上PWM很大程度上就是為了實現(xiàn)模擬電路數(shù)字化控制而誕生的，我們不妨舉例說明，當一個數(shù)字信號源的高電平為5V、低電平為0V的情況下，如果想要用這個數(shù)字信號源輸出相當于3V的模擬信號，那么我們就可以將這個數(shù)字信號以PWM占空比60%的方式進行輸出，也就是說一個信號周期內(nèi)有60%的時間輸出5V，剩下40%的時間輸出0V，此時只要信號周期足夠短，也就是PWM頻率足夠快，那么我們將獲得一個輸出電平無限接近于5V*60%=3V的信號源，這就是PWM能夠以數(shù)字信號的身份控制模擬電路的主要原因。

以往模擬電路的精確控制往往需要一個相對大規(guī)模的電路，不僅笨重而且功耗與發(fā)熱都不低。相比之下通過PWM這種數(shù)字信號來控制模擬電路，既可以確保精準度，又可以有效降低控制電路的體積與功耗，因此PWM很快就成為了目前一種主流的電路控制模式，直流電機、閥門、液壓系統(tǒng)、電源等各個領(lǐng)域中我們都能看到PWM的身影，在PC上也是如此，PC主板、顯卡都采用了PWM進行供電控制，散熱風扇也廣泛應用PWM技術(shù)，PC電源里面也少不了PWM的身影。

  散熱風扇的PWM技術(shù)

  常見的散熱風扇調(diào)速有兩種，分別是DC調(diào)速和PWM調(diào)速，其中DC調(diào)速又可以叫做電壓調(diào)速，簡單來說就是直接調(diào)整加載于風扇上的電壓來進行轉(zhuǎn)速控制。而控制風扇電壓的方式有很多種，比較直接的方式就是外接電阻來進行分壓，例如各種風扇減速線采用的就是這個方式。不過這種電壓控制方式也有一個很明顯的缺點，那就是由于風扇的轉(zhuǎn)速未必與電壓呈線性關(guān)系，例如一把風扇的標稱電壓為12V，當你只給它6V電壓時其轉(zhuǎn)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，因此想要精準地控制風扇的轉(zhuǎn)速，直接調(diào)整風扇的輸入電壓往往不是一個理想選擇。

支持PWM調(diào)速的風扇都采用4pin接口

  而采用PWM控制的風扇就沒有上述的問題，雖然從原理上說，風扇所用的PWM調(diào)速也算是一種電壓調(diào)速，只是其表現(xiàn)出來的是“等效電壓”而非“實際電壓”。由于PWM是通過占空比來調(diào)整輸出信號的電平高低，因此轉(zhuǎn)換為風扇電壓時也就只有12V和0V的區(qū)別，只是通電時間長短有所不同，簡單來說就是風扇上雖然加載的是等效6V的電壓，但其實際上是占空比為50%的12V電壓，這個時候風扇就不存在“啟動電壓”的問題了，而且風扇轉(zhuǎn)速與PWM的占空比基本呈線性關(guān)系，這使得風扇轉(zhuǎn)速的控制變得非常簡單。

當然了這個PWM信號并非作為驅(qū)動風扇的電源使用，而是用來驅(qū)動風扇內(nèi)部的三極管或者MosFET，以此實現(xiàn)對風扇的輸入控制，因此支持PWM控制的風扇除了有供電、檢測和接地三根線外，還會有一根額外的PWM控制線。而受PWM控制風扇轉(zhuǎn)速的啟發(fā)，有部分主板也在風扇接口上加入了PWM控制模塊，通過PWM來控制風扇的輸入電壓，讓3pin接口的風扇也能實現(xiàn)近乎線性的轉(zhuǎn)速控制。不過這種配置基本上只有中高端主板才會享用，真正普及的仍然是直接支持PWM控制的4pin風扇接口。

  供電電路的PWM技術(shù)

  主板、顯卡和PC電源雖然是三個截然不同的硬件，但是就供電所用的技術(shù)來說卻是大同小異，PC電源是通過各種拓撲架構(gòu)和PWM技術(shù)將市電的交流輸出變?yōu)?2V、5V、3.3V、-12V等不同的輸出電壓，而主板和顯卡則是將PC電源的供電通過PWM技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)镃PU和GPU等芯片所需要的電壓和電流，因此目前主板、顯卡和PC電源基本上都應用了PWM供電控制技術(shù)。

  PC電源中的PWM控制芯片

  PWM控制電壓的技術(shù)放在什么硬件上都是一樣的，就是通過控制占空比來控制“等效電壓”。顯卡、主板和PC電源上的自然也是如此，只是由于它們所帶的負載對電壓和電流的穩(wěn)定度要求很高，因此低速的PWM不適合用在供電控制上。目前業(yè)內(nèi)普遍做法是，電源的PWM控制需要使用不低于20kHz的頻率，建議是使用200kHz或以上的，因為越高的頻率越有利于調(diào)整的響應速度。

  電壓控制型PWM

  當然用在供電上的PWM控制比起風扇上的顯然會復雜很多，因為供電電路面對的大多數(shù)是恒定電壓、動態(tài)電流的負載，因此用在供電上的PWM控制就不僅要考慮設備的輸入電壓，還要考慮到輸入電流。供電電路所用的PWM控制大體上可以分為電壓控制型PWM和電流控制型PWM，前者是通過電壓反饋線路對比基準電壓和實際輸出電壓，然后通過調(diào)整PWM的占空比來穩(wěn)定輸出電壓。這種電路的組成比較簡單，但是用在供電電路中會有一個明顯的缺點，那就是由于實際電路中往往會存在電容和電感等元件，電流與電壓的變化會不一致，對于低功耗、低響應需求的電路來說還問題不大，但是對于高功耗和動態(tài)變化豐富的電路來說，電壓控制型PWM往往不能馬上響應設備對供電變化的需求，從而導致電路不穩(wěn)定，無法正常工作。

  電流控制型PWM

  而電流控制型PWM就是為了彌補電壓控制型PWM的缺陷而發(fā)展起來的，基本組成來說，電流控制型PWM就是在電壓控制型PWM的基礎(chǔ)上增加了一組電流反饋線路，形成雙閉環(huán)控制，這樣不管電路中的電壓還是電流發(fā)生了變化，都會觸發(fā)PWM的占空比調(diào)整，使得整個電路的響應速度有了很大的提升，可以有效改善供電的電壓調(diào)整率，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。

  因此目前顯卡、主板以及電源上的PWM供電控制大部分都是電流控制型PWM，其相比電壓控制型PWM雖然在電路組成上要略微復雜，整體成本也更高，但是換回來供電穩(wěn)定性和供電響應速度顯然更為重要。當然供電電路的性能也不僅僅是有PWM來決定的，并不是說你用的PWM控制芯片好就能有穩(wěn)定的供電，包括MosFET、電容、電感等組成部分也同樣重要。