文档标识符：PWM_FAN_CONTROLLER_T-D-P15
作者：DLHC
最后修改日期：2021.8.22
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前言
台式计算机、笔记本电脑等大功率电子设备为了给系统散热会使用风扇，最常使用的风扇就是无刷直流电动机的一种。这种电机(以下简称PWM风扇)的定子为电枢绕组，转子为永磁磁极，同时配备转子位置传感器(通常为霍尔元件)，逆变器(通常由电力电子器件组成)以及换相控制器(通常为集成霍尔元件的集成电路)。相比有刷直流电动机，这种电机没有电刷和机械换向器，并且定、转子进行了“反装”，可以很方便地使用PWM(脉宽调制)对电机进行调速。PWM风扇见图0.0。
计算机中的PWM风扇分为3种：
1. 2线。两根12v供电线，通入12v，风扇以最高转速工作。
2. 3线。两根12v供电线，通入12v，风扇以最高转速工作。一根测速线，电机工作时输出测速信号，提供转速反馈。
3. 4线。两根12v供电线，通入12v，风扇以最高转速工作。一根测速线，电机工作时输出测速信号，提供转速反馈。一根PWM控制信号线，电机工作时控制器输入PWM控制信号，以控制风扇转速(通常为占空比可变的方波，占空比越高电机转速越高)。
简单的判断方法：黑色接12v电压负极，红色接12v电压正极，测速线及PWM线的颜色没有统一的标准，需要按照如下方法判断：给电机接入12v电压让电机全速工作，使用万用表电压档分别测量剩余两根线相对黑色线的电压，测到有电压的那一根线为测速线，另外一根为PWM线。
图0.0-PWM风扇实物(典型的4线风扇)
电路
本PWM调速器本质上是一个由555定时器构成的占空比、频率可调的方波发生器。计算机开关电源通过电源接口提供+12v电压(开关电源中黄线为+12v，黑线为GND)，VR1为方波占空比调节电位器，VR2为方波频率调节电位器，PWM风扇通过PWM风扇接口连接(不同的风扇的引脚定义可能不同，需要结合实际进行判断)。原理图见图1.0，C1-频率对照表见表0.0。
图1.0-占空比、频率可调的方波发生器原理图(本原理图参考了此处(C1取不同值，频率的调节范围不同，请参考“源”))
| C1 | 可调频率范围 |
| 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-频率对照表(源)
元件清单
元件清单见图2.0。
图2.0-BOM
测试
完成后的电路见图3.0、图3.1。实际测试中，可以通过调节电位器对输出方波的占空比和频率进行调节，调节占空比可以实现对PWM风扇的调速。实际工作时输出的波形见图3.2、图3.3。实际工作过程中，NE555和LM7805可能会发热，需要添加散热鳍片。频率调节不当可能导致风扇发出刺耳的电磁噪声，可以不断地调节VR2，直到电磁噪声消失。
图3.0-正面
图3.1-反面
图3.2-输出低占空比的方波(对应低转速)
图3.3-输出高占空比的方波(对应高转速)
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