三线风扇如何温控?浅谈散热器的调速方法

时间:2025-03-17 03:45:13

在选购风扇时,我们常常会见到“四线”、“三线”、“大4D线”、“温控”一类的名词,也会常常会遇到这样的疑惑:

三线风扇究竟能不能调整转速?四线风扇的“温控功能”是如何实现的?PWM调速和DC调速之间,又有什么区别?

本期文章就将聚焦于风扇的调速方式及其实现原理,希望能回答你的问题

针脚定义

要理清问题,首先需要简单地介绍针脚的定义,就以我们在主板上最常见到的4Pin接口为例吧

最右侧的一号针脚为地线GND,对应的线材颜色为黑色。顾名思义,除了负责接地外,它没有其他用途。

二号针脚为供电线VCC,对应的线材颜色为红色。它负责为风扇的运转提供电力。由于机箱风扇的标准电压为12V,因此它有时也被称作“+12V”针脚。

三号针脚为反馈线Sense/Sensor,对应的线材颜色为黄色。这条线路负责向主板回传风扇传感器的信号。在大部分消费级风扇上,它被用于检测风扇的转速。因此,它又名“测速线”。

四号针脚为控制线Control,负责传递PWM(“脉冲宽度调制”)信号,对应的线材颜色为蓝色。绝大部分“三线风扇”所缺少的,正是这条PWM线材。

与一些玩家的理解不同,PWM信号线上的电压并不是风扇的供电电压,四号针脚也不参与风扇的供电。

明确了针脚的定义,我们便能一一分析风扇接口的特性。

PWM调速

对大部分玩家而言,四线是我们在消费级市场上最常接触的风扇接口规格。而这些风扇大多使用PWM调速。

4线风扇之所以能够进行调速,其关键便在于内部集成的PWM芯片。凭借四号针脚传递进入的PWM信号,芯片将参与风扇转速的调控。而决定风扇转速的关键,则在于PWM信号的“占空比”。

PWM为方波信号。所谓占空比,可以简单理解为PWM信号中高电平(“高电压”)所占的比例。

假设高电平为12V,低电平为0V。倘若我们需要以80%的占空比进行输出,则只需要在80%的时间里维持12V的高电平电压,而在剩下20%的时间里保持近似于0V的低电平电压即可。

也正因此,PWM信号的占空比可以在0%—100%间任意调节。通过改变PWM占空比,我们就可以调节风扇的转速了。不过,PWM信号线上的电压并不为风扇供电,它只是提供PWM占空比信号而已。

在串联接线或使用集线器时,所有接入的风扇都将以第一个风扇接收到的PWM信号为准。在系统内,也仅会显示第一把风扇的数据。

串联接口缺少三号针脚“Sensor”

这也是串联接口上缺少Sensor插针的原因,因为一个4pin接口只能传回一把风扇的转速信号。

如前所述,四号针脚并不参与风扇的供电,因此,即便PWM信号线上没有任何电压——即PWM占空比为0%——风扇也依然有可能转动。

——为什么是“有可能”呢?这是因为厂商可以调校PWM芯片,以此干预PWM调速时的风扇转速曲线。而PWM芯片的性能,也决定了转速曲线的平滑程度、精度与可调节的范围。

利民B12所使用的PWM IC。图片来自CHH

在一些价格低廉的风扇上,厂商往往会选用低端PWM芯片来节约成本。在这些风扇上,PWM的调速范围可能会严重受限,风扇的最低转速因而居高不下,甚至会产生明显的电机噪音。

此外,调速精度也可能不甚理想。在最极端的情况下,转速曲线甚至会出现严重异常:风扇的转速忽高忽低,飘忽不定。调速甚至会因PWM芯片的故障而失效。

工包风扇上“抽风”的PWM曲线

有时,厂商会为风扇设计PWM停转功能。当PWM占空比较低时,风扇便会停止转动。此举不但能进一步提高静音效果,更可以减少风扇的损耗,延长其使用寿命。

但对于一些没有PWM停转功能的风扇,以及一些使用了低端PWM IC而调速表现不佳的风扇来说,有没有有一种方法,能够扩大风扇的调速范围,并增加停转功能呢

DC调速

在选购风扇时,我们常常会见到一些3pin/2pin风扇。一直以来,不少用户都认为它们是“无法温控,接电即起飞”的“直升机”。然而,实际情况真的如此吗?

3pin风扇接头


事实上,在大部分当代主板里,都集成了DC风扇控制模块。借助DC功能,3线乃至2线风扇不但能改变转速、设定温控曲线,甚至可能拥有比PWM更广泛的调速范围。并且,在DC模式下,每一款风扇都能获得低负载停转的能力。

大名鼎鼎的“温柔台风”是一款4pin风扇,但拥有更广的DC调速范围

如今,大部分主板都可以在BIOS内的“风扇控制”等页面,将调速方式设置为“DC Mode”。即便是4Pin PWM风扇,也能兼容使用DC调速功能。

DC调速的原理,要比PWM调速要容易理解许多。还记得定义中介绍的二号针脚“VCC”吗?简单来说,DC调速是直接改变VCC供电线上的电压,以此调整风扇的供电功率,从而调控风扇的转速。

主板能用自身的DC模块,改变风扇2号针脚的电压,以此来调节风扇转速。发现风扇接口旁的驱动芯片了吗?它就是DC调速的关键之一。

部分主板具备以5V甚至更低电压供电的能力。在这些主板上,DC功能可以为不支持PWM停转的风扇赋予停转功能让一些风扇拥有更广的转速调节范围。

DC调速并非没有缺点。由于DC模块集成在主板之上,因此风扇调速的能力也将受到主板BIOS固件的制约。

驱动芯片示意图

主板上的DC调速模块并非标配,它会带来额外的成本。有少数极致控制成本的产品,会削减主板的DC调速功能,空焊驱动芯片位置。所幸,如今这些情况只是极少数。

大部分风扇的工作曲线并非线性——也就是说,6V电压的转速并非12V下的一半——因此,相比经过厂商优化的PWM调速,DC功能的曲线会略为陡峭一些,需要用户较仔细地调节,调速精度也有所下降。

由于DC调速直接改变了风扇的供电电压,对没有独立LED供电的灯光风扇来说,随着风扇转速的改变,LED灯光的亮度也会随电压而变化。在低转速时,LED可能会完全不点亮。

不过,对于有着独立供电接口的5V ARGB/12V RGB风扇而言,DC调速不会影响RGB亮度,问题将迎刃而解。

这些独立供电的ARGB风扇,其灯光不会受到DC调速的干扰。


右侧即为5V ARGB独立供电接口


这些有独立供电的ARGB风扇,其灯光不会受到DC调速的干扰。

此外,一些较高端的驱动方式专为PWM调速而打造,采用这些技术的散热风扇 可能会在DC模式下“水土不服”。

一个典型的例子,便是不久前上市的雅浚H12PE/H14PE。在10V电压以下时,它们的MCU便可能停止工作。

PWM调速拥有更好的针对性、更高的调速精度,而DC调速则可以为2线/3线风扇调节转速、为部分4线风扇补齐停转功能。因此也难以区分孰优孰劣,它们应是相辅相成。


特殊情况

那么,你也许会问:消费市场上是否有完全不能调速的风扇?你好,也是有的。

对于一些玩家而言,这款接口一定不会令你陌生。这就是大4D MOLEX接口。时至今日,你也可以在电源接头、一些低价位风扇和暴力风扇上找到它。

主板的风扇接口不够,又想安装多把风扇?想要实现多风扇串联,又想要节约成本?风扇功率太大,主板的接口无法带动?大4D可以解决以上所有的问题!只是需付出小小的代价。

由于接口直接来自电源,没有经过主板,大4D也没有除VCC和GND以外的其它针脚,大4D接口既无法通过主板进行调速,也无法通过主板进行测速

唯有大4D接口的风扇,才是真正意义上“始终保持满转”的“直升机”。通常只有减速线与滑动变阻器,才能改变它们的转速。

小结

对4Pin风扇来说,主要的调速方式是PWM调速。这是最常使用的调速方法,具备很好的针对性。但也因此,PWM调速的范围、停转功能等,会受到厂商的设定、电机与驱动芯片调校的影响。

若想拥有停转功能和更广的调速范围,4pin风扇也可以使用DC功能。而对3Pin、2Pin的风扇来说,借助DC功能,它们也能像PWM风扇一样调整转速、设定温控曲线。

DC功能借助主板上的驱动芯片进行调速。因而其效果会受到主板固件的限制。此外,它也会改变LED灯珠的亮度,不过对时下流行的5V/12V RGB而言没有影响。一些高端的散热风扇,可能会因特殊的驱动方案而与DC调速“水土不服”。

而对大4D接口的风扇而言,它们才是真正意义上无法调速的“直升机”。想要调整它们的转速,只能试一试减速线了。