自制PWM风扇控制器 & 自制电脑4PIN风扇调速器

文档标识符：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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