文檔標識符：PWM_FAN_CONTROLLER_T-D-P15
作者：DLHC
最后修改日期：2021.10.2
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前言
台式計算機、筆記本電腦等大功率電子設備為了給系統散熱會使用風扇，最常使用的風扇就是無刷直流電動機的一種。這種電機(以下簡稱PWM風扇)的定子為電樞繞組，轉子為永磁磁極，同時配備轉子位置傳感器(通常為霍爾元件)，逆變器(通常由電力電子器件組成)以及換相控制器(通常為集成霍爾元件的集成電路)。相比有刷直流電動機，這種電機沒有電刷和機械換向器，並且定、轉子進行了“反裝”，可以很方便地使用PWM(脈寬調制)對電機進行調速。PWM風扇見圖0.0。
計算機中的PWM風扇分為3種：
1. 2線。兩根12v供電線，通入12v，風扇以最高轉速工作。
2. 3線。兩根12v供電線，通入12v，風扇以最高轉速工作。一根測速線，電機工作時輸出測速信號，提供轉速反饋。
3. 4線。兩根12v供電線，通入12v，風扇以最高轉速工作。一根測速線，電機工作時輸出測速信號，提供轉速反饋。一根PWM控制信號線，電機工作時控制器輸入PWM控制信號，以控制風扇轉速(通常為占空比可變的方波，占空比越高電機轉速越高)。
簡單的判斷方法：黑色接12v電壓負極，紅色接12v電壓正極，測速線及PWM線的顏色沒有統一的標准，需要按照如下方法判斷：給電機接入12v電壓讓電機全速工作，使用萬用表電壓檔分別測量剩余兩根線相對黑色線的電壓，測到有電壓的那一根線為測速線，另外一根為PWM線。
圖0.0-PWM風扇實物(典型的4線風扇)
電路
本PWM調速器本質上是一個由555定時器構成的占空比、頻率可調的方波發生器。計算機開關電源通過電源接口提供+12v電壓(開關電源中黃線為+12v，黑線為GND)，VR1為方波占空比調節電位器，VR2為方波頻率調節電位器，PWM風扇通過PWM風扇接口連接(不同的風扇的引腳定義可能不同，需要結合實際進行判斷)。原理圖見圖1.0，C1-頻率對照表見表0.0。
圖1.0-占空比、頻率可調的方波發生器原理圖(本原理圖參考了此處(C1取不同值，頻率的調節范圍不同，請參考“源”))
| C1 | 可調頻率范圍 |
| 10pF | 95-180KHz |
| 100pF | 14.43-20.37KHz |
| 1nF | 1.92-2.73KHz |
| 10nF | 201-286Hz |
| 100nF | 20-28Hz |
| 300nF | 6.7-9.5Hz |
| 470nF | 4.29-6.11Hz |
| 1uF | 2.17-2.87Hz |
| 2uF | 1.1-1.5Hz |
表0.0-C1-頻率對照表(源)
元件清單
元件清單見圖2.0。
圖2.0-BOM
測試
完成后的電路見圖3.0、圖3.1。實際測試中，可以通過調節電位器對輸出方波的占空比和頻率進行調節，調節占空比可以實現對PWM風扇的調速。實際工作時輸出的波形見圖3.2、圖3.3。實際工作過程中，NE555和LM7805可能會發熱，需要添加散熱鰭片。頻率調節不當可能導致風扇發出刺耳的電磁噪聲，可以不斷地調節VR2，直到電磁噪聲消失。
圖3.0-正面
圖3.1-反面
圖3.2-輸出低占空比的方波(對應低轉速)
圖3.3-輸出高占空比的方波(對應高轉速)
聲明
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