h1_key

  什么是PWM芯片?

  PWM芯片的全稱(chēng)是Pulse Width Modulation，即脈沖寬度調(diào)制，其本質(zhì)是一種數(shù)字信號(hào)，主要由兩個(gè)組成部分來(lái)進(jìn)行定義，分別是占空比和頻率，其中占空比值得是信號(hào)為高電平狀態(tài)的時(shí)間量占據(jù)總周期時(shí)間的百分比，而頻率則代表著PWM信號(hào)完成一個(gè)周期的速度，也就是決定信號(hào)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(yīng)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(kāi)PWM信號(hào)?？赡艽蠹覍?duì)此會(huì)感到疑惑，PWM既然是一種數(shù)字信號(hào)，那怎么會(huì)用在模擬電路的控制上呢?實(shí)際上PWM很大程度上就是為了實(shí)現(xiàn)模擬電路數(shù)字化控制而誕生的，我們不妨舉例說(shuō)明，當(dāng)一個(gè)數(shù)字信號(hào)源的高電平為5V、低電平為0V的情況下，如果想要用這個(gè)數(shù)字信號(hào)源輸出相當(dāng)于3V的模擬信號(hào)，那么我們就可以將這個(gè)數(shù)字信號(hào)以PWM占空比60%的方式進(jìn)行輸出，也就是說(shuō)一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)有60%的時(shí)間輸出5V，剩下40%的時(shí)間輸出0V，此時(shí)只要信號(hào)周期足夠短，也就是PWM頻率足夠快，那么我們將獲得一個(gè)輸出電平無(wú)限接近于5V*60%=3V的信號(hào)源，這就是PWM能夠以數(shù)字信號(hào)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(gè)相對(duì)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(guò)PWM這種數(shù)字信號(hào)來(lái)控制模擬電路，既可以確保精準(zhǔn)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(jī)、閥門(mén)、液壓系統(tǒng)、電源等各個(gè)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(jìn)行供電控制，散熱風(fēng)扇也廣泛應(yīng)用PWM技術(shù)，PC電源里面也少不了PWM的身影。

  散熱風(fēng)扇的PWM技術(shù)

  常見(jiàn)的散熱風(fēng)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是直接調(diào)整加載于風(fēng)扇上的電壓來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。而控制風(fēng)扇電壓的方式有很多種，比較直接的方式就是外接電阻來(lái)進(jìn)行分壓，例如各種風(fēng)扇減速線采用的就是這個(gè)方式。不過(guò)這種電壓控制方式也有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，那就是由于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速未必與電壓呈線性關(guān)系，例如一把風(fēng)扇的標(biāo)稱(chēng)電壓為12V，當(dāng)你只給它6V電壓時(shí)其轉(zhuǎn)速未必為一半，更多的可能是因?yàn)槠鋯?dòng)電壓至少為7V，只加載6V的話會(huì)電壓不足而無(wú)法啟動(dòng)，因此想要精準(zhǔn)地控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，直接調(diào)整風(fēng)扇的輸入電壓往往不是一個(gè)理想選擇。

支持PWM調(diào)速的風(fēng)扇都采用4pin接口

  而采用PWM控制的風(fēng)扇就沒(méi)有上述的問(wèn)題，雖然從原理上說(shuō)，風(fēng)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(lái)的是“等效電壓”而非“實(shí)際電壓”。由于PWM是通過(guò)占空比來(lái)調(diào)整輸出信號(hào)的電平高低，因此轉(zhuǎn)換為風(fēng)扇電壓時(shí)也就只有12V和0V的區(qū)別，只是通電時(shí)間長(zhǎng)短有所不同，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是風(fēng)扇上雖然加載的是等效6V的電壓，但其實(shí)際上是占空比為50%的12V電壓，這個(gè)時(shí)候風(fēng)扇就不存在“啟動(dòng)電壓”的問(wèn)題了，而且風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與PWM的占空比基本呈線性關(guān)系，這使得風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制變得非常簡(jiǎn)單。

當(dāng)然了這個(gè)PWM信號(hào)并非作為驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電源使用，而是用來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇內(nèi)部的三極管或者M(jìn)osFET，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的輸入控制，因此支持PWM控制的風(fēng)扇除了有供電、檢測(cè)和接地三根線外，還會(huì)有一根額外的PWM控制線。而受PWM控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的啟發(fā)，有部分主板也在風(fēng)扇接口上加入了PWM控制模塊，通過(guò)PWM來(lái)控制風(fēng)扇的輸入電壓，讓3pin接口的風(fēng)扇也能實(shí)現(xiàn)近乎線性的轉(zhuǎn)速控制。不過(guò)這種配置基本上只有中高端主板才會(huì)享用，真正普及的仍然是直接支持PWM控制的4pin風(fēng)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(gè)截然不同的硬件，但是就供電所用的技術(shù)來(lái)說(shuō)卻是大同小異，PC電源是通過(guò)各種拓?fù)浼軜?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(guò)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(yīng)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(guò)控制占空比來(lái)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(fù)載對(duì)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?yàn)樵礁叩念l率越有利于調(diào)整的響應(yīng)速度。

  電壓控制型PWM

  當(dāng)然用在供電上的PWM控制比起風(fēng)扇上的顯然會(huì)復(fù)雜很多，因?yàn)楣╇婋娐访鎸?duì)的大多數(shù)是恒定電壓、動(dòng)態(tài)電流的負(fù)載，因此用在供電上的PWM控制就不僅要考慮設(shè)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(guò)電壓反饋線路對(duì)比基準(zhǔn)電壓和實(shí)際輸出電壓，然后通過(guò)調(diào)整PWM的占空比來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。這種電路的組成比較簡(jiǎn)單，但是用在供電電路中會(huì)有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，那就是由于實(shí)際電路中往往會(huì)存在電容和電感等元件，電流與電壓的變化會(huì)不一致，對(duì)于低功耗、低響應(yīng)需求的電路來(lái)說(shuō)還問(wèn)題不大，但是對(duì)于高功耗和動(dòng)態(tài)變化豐富的電路來(lái)說(shuō)，電壓控制型PWM往往不能馬上響應(yīng)設(shè)備對(duì)供電變化的需求，從而導(dǎo)致電路不穩(wěn)定，無(wú)法正常工作。

  電流控制型PWM

  而電流控制型PWM就是為了彌補(bǔ)電壓控制型PWM的缺陷而發(fā)展起來(lái)的，基本組成來(lái)說(shuō)，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(huì)觸發(fā)PWM的占空比調(diào)整，使得整個(gè)電路的響應(yīng)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(qiáng)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(fù)雜，整體成本也更高，但是換回來(lái)供電穩(wěn)定性和供電響應(yīng)速度顯然更為重要。當(dāng)然供電電路的性能也不僅僅是有PWM來(lái)決定的，并不是說(shuō)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。