直流风扇的“语言”：两线、三线、四线，到底在聊什么？

1. 两线直流风扇

这是最简单的类型。

• 导线：
  • 红色：电源正极
  • 黑色：电源负极/地线
• 控制原理：电压控制
  • 通过改变施加在风扇红色和黑色导线之间的电压来直接控制风扇的转速。
  • 电压高（如12V） -> 转速高
  • 电压低（如5V） -> 转速低
• 优缺点：
  • 优点：电路简单，成本低。
  • 缺点：
    • 控制不线性：电压和转速之间的关系不是完美的直线，尤其是在低电压时。
    • 启动问题：当电压低于某个阈值（如4-5V）时，风扇可能无法启动，即使它能在更低电压下维持转动。
    • 反馈缺失：无法知道风扇的实际转速是否正常。

2. 三线直流风扇

在两根线的基础上增加了一根测速线。

• 导线：
  • 红色：电源正极（通常恒定在额定电压，如12V）
  • 黑色：电源负极/地线
  • 黄色（常见）：转速信号输出
• 控制原理：电压控制 + 转速反馈
  • 速度控制：和两线风扇一样，通常还是通过改变电压来实现。主控板会调节供给风扇的电压。
  • 转速信号：风扇内部有一个霍尔传感器，风扇每旋转一圈，会输出一个或两个（取决于设计）脉冲信号。主控板通过读取这个脉冲的频率来计算实时转速（RPM）。
• 优缺点：
  • 优点：具备了转速监控能力，系统可以判断风扇是否在转动或是否达到预期转速。
  • 缺点：速度控制方式本身仍然存在电压控制的缺点。

3. 四线直流风扇 - 当前的主流标准

这是目前最常用、控制性能最好的方式。

• 导线：
  • 红色：电源正极（恒定在额定电压，如12V）
  • 黑色：电源负极/地线
  • 黄色：转速信号输出
  • 蓝色：PWM 控制信号输入
• 控制原理：PWM控制 + 转速反馈
  • 电源：红色和黑色导线始终连接额定电压（如12V），保证风扇电机有充足的工作电压。
  • PWM控制：这是关键。主控板通过蓝色线向风扇发送一个PWM信号。
    • PWM：脉冲宽度调制。它是一种频率固定（通常为25kHz左右），但占空比可变的方波信号。
    • 占空比：一个脉冲周期内，高电平时间所占的比率。
    • 工作原理：风扇内部有一个专用IC，它会读取PWM信号的占空比，并根据这个占空比来开关通往电机绕组的电源。例如：
      • PWM占空比 = 100% -> 电机一直通电 -> 全速运行
      • PWM占空比 = 50% -> 电机在一半时间通电，一半时间断电 -> 中等转速
      • PWM占空比 = 20% -> 电机仅在20%的时间通电 -> 低速运行
    • 由于开关频率很高，风扇的转动是平滑的，不会有顿挫感。
  • 转速信号：黄色线的作用和三线风扇完全相同，用于向主控板报告实际转速。
• 优缺点：
  • 优点：
    • 控制精确：转速与PWM占空比有很好的线性关系。
    • 低速性能好：即使在很低的PWM占空比下，风扇也能可靠启动和运转。
    • 稳定性高：电机始终由额定电压驱动，避免了电压控制带来的不稳定因素。
  • 缺点：成本稍高，需要主控板有PWM信号输出能力。

控制信号的实际应用

在现代系统中（如电脑主板），控制流程通常是一个闭环控制：

1. 设定目标：用户或BIOS设定一个目标转速或温度策略。
2. 发送命令：主板上的Super I/O芯片或EC根据当前CPU/系统温度，计算出一个所需的PWM占空比，并通过PWM线发送给风扇。
3. 执行：风扇根据收到的PWM信号调整转速。
4. 反馈：主板通过转速信号线持续监测风扇的实际转速。
5. 调整：如果实际转速与目标不符（例如因为灰尘堵塞），主控芯片会动态调整PWM占空比，直到实际转速达到目标，形成一个闭环。

总结

• 如果你只是想简单地调快调慢，用电压控制两线风扇是最经济的方法。
• 如果你需要精确控制转速并确保风扇正常工作，那么四线PWM风扇是唯一的选择，这也是当今绝大多数智能散热系统的标准配置。