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由针脚的进化来看风扇的发展

来源:本站整理 作者:东城影 时间:2013-04-21 10:24:41

“两只脚走路”的入门级风扇—一进一出最基本的回路

机箱里面最简单的风扇当然还是两根引线的那种,这种风扇多见于一些显卡、南北桥风扇,有时候一些简单的机箱风扇也使用这种最简单的设计。

风扇的电动机有正负极之分,因此在更换风扇时,一定要注意两条引线的颜色(黑色/0V,黄色/12V或红色/5V)

两针设计的好处是成本比较节省,所以多用在一些要求不高的场合;缺点是只能实现最简单的功能—让风扇转起来。这类风扇在使用时需要注意,尽管只有两个针脚,但是“正负极”是不能搞反的,否则风扇“倒吹风”会破坏原来的风道设计,散热效果将大打折扣(图1)。

“三足鼎立”的形成—转速监控功能的完善

虽然从理论上讲,两根引线已经可以让风扇“转”起来了,但是仍然面临一些很棘手的问题,比方说在某些比较重要的场合—如CPU散热器的风扇,一旦停转或者工作出现异常后果将十分严重,轻则当机/重启,重则导致核心在瞬间“灰飞烟灭”。因此能否及时了解风扇的工作情况就显得十分重要了,于是就有了后来的3针风扇。

与两针风扇相比,3针风扇新增加的那只“脚”就是专门用于检测风扇转速的(图2)。加上与之配套的主板接口,主板BIOS就能随时了解风扇的工作情况,这样一旦风扇“罢工”(检测不到转速信号),BIOS会当机立断地采取相应措施(报警、降电压甚至切断对CPU的供电)。

图2 使用3针接口的K8散热器

看到这里,很多朋友可能觉得3针风扇的功能已经足够强大了,还有必要继续发展么?

进阶!四只脚“并驾齐驱”—智能风扇的身份象征

尽管3针风扇从技术上说已经算得上“完美”,但是在使用中依然遇到了令人头痛的问题—随着CPU性能的提高,发热量几乎成倍地增长,于是散热片越做越大,风扇也跟着越转越快,3000rpm(转/分)、4000rpm一直到5000rpm;曾经有一段时间,“暴力扇”非常普及,随之而来的就是轰鸣的噪音问题。

图3 与LGA775封装处理器配套使用4针智能温控风扇

但很多时候我们并不需要让CPU全速工作,同样的道理,风扇也没有必要一直铆足了劲拼命转,一来噪音让人难以忍受,二来对寿命也没有好处。如果风扇可以跟CPU进行沟通,那么就可以在需要时全速运转,在不需要时减速运行。这就是SMART(智能)风扇最初的设想。

在LGA775封装的Pentium 4/Celeron D处理器上英特尔实现了这一目标,他们为处理器专门定制了一个新的搭档—4针温控风扇。

3 1=4,多一条线就能实现智能化?

改变风扇的转速有两种办法可以实现,一种是直接改变输入电流/电压的大小,以往的3针风扇或者外置风扇调速器都是通过这种方式实现的;另一种则是改变输入电信号的脉冲带宽(实际上等价于改变输入电机的“有效”电压/电流),也就是四针智能温控风扇的实现方式(图4)。

图4 4针智能温控风扇的原理图。4针智能温控风扇的学名叫“4-Wire Pulse Width Modulation (PWM) Controlled Fans”,翻译过来就是4针脉宽调节风扇

从上面的原理图上我们可以看到4针智能温控风扇比3针风扇多了一个场效应管,它就是调节电流脉冲频率的主要装置了。那它是怎么工作的呢?首先CPU内置的温度感应器会收集当前处理器的功耗和温度信息,然后通过相关芯片及PWM脉宽调节式电子开关电路对风扇供电的脉冲频率进行调节(图5),最后通过场效应管就可以实现对风扇转速的控制。

图5 PWM电路对输入信号的脉宽调制(示意图)。这种调节方式利用电子开关将直流信号“斩断”成一定频率的方波信号,从而达到控制风扇转速的目的

3针风扇和4针风扇可以通用吗?

答案是肯定的,4针智能温控风扇的接口采用了向下兼容的设计,它前面三只针脚的定义与3针风扇完全相同,而且防呆的设计用户也不用担心会插错位置(图6)。

图6 4针智能温控风扇的针脚定义

用户可以在3针的插座上使用4针风扇,也可以在4针插座上使用3针的风扇;但是笔者建议不要在老式的3针插座上使用4针风扇,因为没有了转速控制回路风扇将一直工作在最高转速,噪音只能用“震耳欲聋”来形容。

图7 主板上的3针插座(左)与4针插座(右)。一般而言,搭配LGA 775封装处理器的主板都配有四针CPU风扇的插座,而以前搭配Socket 478封装处理器的主板以及搭配AMD处理器的主板都是3针的电源接口

注意事项

[ 此4Pin非彼4Pin,千万别胡来!]

虽说现在很多接口都有防呆的设计,但是仍然有很多新手不分青红皂白,想当然地乱接一通。

图8 主板上为加强供电而设计的软驱小4Pin接口,千万别把它当成风扇插座来用。(另外如果已经使用24Pin的主供电接口,这个小4Pin接口可以不用。)

现在不少高端主板为了弥补20针主电源接口供电能力的不足,特别准备了一组软驱小4Pin接口(图8),你可千万别把它当成了风扇接口,如果把风扇插上去就会造成不能开机以及风扇不转等“故障”。当然这还不至于引发太大的问题,如果把电源的小4Pin接口插到风扇接口上,那开机时恐怕主板和CPU就保不住了。所以新手一定要看清楚到底是哪一种插座,然后再开始动手。

MC小贴士

智能调速风扇的选购建议

4针智能温控风扇是英特尔专门对LGA 775封装的Pentium 4/Celeron D处理器设计的,因此在选购风扇时,一定要选择那种带有英特尔技术认证的风扇。其中,英特尔在技术方面做了4点特殊的要求:

1.极性保护(Polarity Protection)
防止因插头安装错误,导致风扇电机烧毁的事故;

2.转子制动保护(Rotor Lock Protection)
防止频繁调速导致风扇轴松动以及扇叶脱落,含油轴承的风扇一般是没有这种保护的,这点需要大家注意;

3.导线长度和种类要求(Wire Length & Wire Type)
导线过长容易缠入风扇,过短可能在某些主板上无法安装;

4.插头质量(Connector Housing)
好的插头才能保证风扇导线和主板插座连接紧密,而使用劣质插头很容易出现接触不良、散热器风扇失灵等故障。

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