超能课堂(208)：PWM芯片看得多了，那PWM控制又是怎么一回事呢？

我们在研究散热器和风扇的时候往往会讲到PWM，而且很多时候支持PWM的产品会比不支持PWM的显得更高级一些。而在主板、显卡还有电源评测中也会提到有PWM控制芯片，显然对于PC来说PWM已经是一个很普遍的存在。然而PWM是什么？PWM为什么会那么重要？我们相信很多玩家可能连“知其然”都做不到，更别说“知其所以然”了。为此今天的超能课堂我们就来捋一捋关于PWM的二三事，看看这个在PC中似乎无处不在，看着有点脸熟但实际上还是很陌生的PWM到底是何方神圣。

主板上的PWM供电控制芯片

什么是PWM？

PWM的全称是Pulse Width Modulation，即脉冲宽度调制，其本质是一种数字信号，主要由两个组成部分来进行定义，分别是占空比和频率，其中占空比指的是信号为高电平状态的时间量占据总周期时间的百分比，而频率则代表着PWM信号完成一个周期的速度，也就是决定信号在高低电平状态之间的切换速度。

图片源自National Instruments

目前PWM已经被广泛应用在各种控制系统中，特别是各种模拟电路的控制，多数离不开PWM信号。可能大家对此会感到疑惑，PWM既然是一种数字信号，那怎么会用在模拟电路的控制上呢？实际上PWM很大程度上就是为了实现模拟电路数字化控制而诞生的，我们不妨举例说明，当一个数字信号源的高电平为5V、低电平为0V的情况下，如果想要用这个数字信号源输出相当于3V的模拟信号，那么我们就可以将这个数字信号以PWM占空比60%的方式进行输出，也就是说一个信号周期内有60%的时间输出5V，剩下40%的时间输出0V，此时只要信号周期足够短，也就是PWM频率足够快，那么我们将获得一个输出电平无限接近于5V*60%=3V的信号源，这就是PWM能够以数字信号的身份控制模拟电路的主要原因。

以往模拟电路的精确控制往往需要一个相对大规模的电路，不仅笨重而且功耗与发热都不低。相比之下通过PWM这种数字信号来控制模拟电路，既可以确保精准度，又可以有效降低控制电路的体积与功耗，因此PWM很快就成为了目前一种主流的电路控制模式，直流电机、阀门、液压系统、电源等各个领域中我们都能看到PWM的身影，在PC上也是如此，PC主板、显卡都采用了PWM进行供电控制，散热风扇也广泛应用PWM技术，PC电源里面也少不了PWM的身影。

散热风扇的PWM技术

常见的散热风扇调速有两种，分别是DC调速和PWM调速，其中DC调速又可以叫做电压调速，简单来说就是直接调整加载于风扇上的电压来进行转速控制。而控制风扇电压的方式有很多种，比较直接的方式就是外接电阻来进行分压，例如各种风扇减速线采用的就是这个方式。不过这种电压控制方式也有一个很明显的缺点，那就是由于风扇的转速未必与电压呈线性关系，例如一把风扇的标称电压为12V，当你只给它6V电压时其转速未必为一半，更多的可能是因为其启动电压至少为7V，只加载6V的话会电压不足而无法启动，因此想要精准地控制风扇的转速，直接调整风扇的输入电压往往不是一个理想选择。

支持PWM调速的风扇都采用4pin接口

而采用PWM控制的风扇就没有上述的问题，虽然从原理上说，风扇所用的PWM调速也算是一种电压调速，只是其表现出来的是“等效电压”而非“实际电压”。由于PWM是通过占空比来调整输出信号的电平高低，因此转换为风扇电压时也就只有12V和0V的区别，只是通电时间长短有所不同，简单来说就是风扇上虽然加载的是等效6V的电压，但其实际上是占空比为50%的12V电压，这个时候风扇就不存在“启动电压”的问题了，而且风扇转速与PWM的占空比基本呈线性关系，这使得风扇转速的控制变得非常简单。

当然了这个PWM信号并非作为驱动风扇的电源使用，而是用来驱动风扇内部的三极管或者MosFET，以此实现对风扇的输入控制，因此支持PWM控制的风扇除了有供电、检测和接地三根线外，还会有一根额外的PWM控制线。而受PWM控制风扇转速的启发，有部分主板也在风扇接口上加入了PWM控制模块，通过PWM来控制风扇的输入电压，让3pin接口的风扇也能实现近乎线性的转速控制。不过这种配置基本上只有中高端主板才会享用，真正普及的仍然是直接支持PWM控制的4pin风扇接口。

供电电路的PWM技术

主板、显卡和PC电源虽然是三个截然不同的硬件，但是就供电所用的技术来说却是大同小异，PC电源是通过各种拓扑架构和PWM技术将市电的交流输出变为12V、5V、3.3V、-12V等不同的输出电压，而主板和显卡则是将PC电源的供电通过PWM技术转变为CPU和GPU等芯片所需要的电压和电流，因此目前主板、显卡和PC电源基本上都应用了PWM供电控制技术。

PC电源中的PWM控制芯片

PWM控制电压的技术放在什么硬件上都是一样的，就是通过控制占空比来控制“等效电压”。显卡、主板和PC电源上的自然也是如此，只是由于它们所带的负载对电压和电流的稳定度要求很高，因此低速的PWM不适合用在供电控制上。目前业内普遍做法是，电源的PWM控制需要使用不低于20kHz的频率，建议是使用200kHz或以上的，因为越高的频率越有利于调整的响应速度。

电压控制型PWM

当然用在供电上的PWM控制比起风扇上的显然会复杂很多，因为供电电路面对的大多数是恒定电压、动态电流的负载，因此用在供电上的PWM控制就不仅要考虑设备的输入电压，还要考虑到输入电流。供电电路所用的PWM控制大体上可以分为电压控制型PWM和电流控制型PWM，前者是通过电压反馈线路对比基准电压和实际输出电压，然后通过调整PWM的占空比来稳定输出电压。这种电路的组成比较简单，但是用在供电电路中会有一个明显的缺点，那就是由于实际电路中往往会存在电容和电感等元件，电流与电压的变化会不一致，对于低功耗、低响应需求的电路来说还问题不大，但是对于高功耗和动态变化丰富的电路来说，电压控制型PWM往往不能马上响应设备对供电变化的需求，从而导致电路不稳定，无法正常工作。

电流控制型PWM

而电流控制型PWM就是为了弥补电压控制型PWM的缺陷而发展起来的，基本组成来说，电流控制型PWM就是在电压控制型PWM的基础上增加了一组电流反馈线路，形成双闭环控制，这样不管电路中的电压还是电流发生了变化，都会触发PWM的占空比调整，使得整个电路的响应速度有了很大的提升，可以有效改善供电的电压调整率，增强系统稳定性。

因此目前显卡、主板以及电源上的PWM供电控制大部分都是电流控制型PWM，其相比电压控制型PWM虽然在电路组成上要略微复杂，整体成本也更高，但是换回来供电稳定性和供电响应速度显然更为重要。当然供电电路的性能也不仅仅是有PWM来决定的，并不是说你用的PWM控制芯片好就能有稳定的供电，包括MosFET、电容、电感等组成部分也同样重要，不过这些都是后话了，有兴趣的同学可以继续关注我们的课堂文章。

芯片技术纵览，力生美PWM控制器芯片优势解析

前言

PWM控制器，亦称为脉宽调制控制器，是一种通过微处理器的数字输出来精确控制模拟电路的非常有效的技术。这种控制方式在模拟电路领域中极为高效，它能根据负载的变化来调整晶体管的栅极或基极偏置。这一过程实现了对开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的精确调节，从而有效控制电源输出。

也因此它广泛应用于各类电源拓扑的控制，包括反激式、升压、推挽、正向和降压等。其支持多种拓扑配置，使得设计人员可以灵活地创建多样化的电源设计方案。这些控制器特别适用于各种终端设备中的直流/直流和交流/直流电源转换电路，提供了一种高效、可靠的电能管理解决方案。

力生美PWM控制器芯片

充电头网总结了力生美推出的多款PWM控制器芯片，并汇总成下表所示，详细介绍了这些芯片的具体型号以及相关特性。

力生美LN9T27GDH

力生美LN9T27GDH是一颗内置680V开关管的开关电源芯片，采用电流模式控制，具有低待机功耗，低成本以及高性能优势。

芯片待机功耗低至50mW，内置的软启动电路可以降低开关冲击，增强的轻载控制优化了转换效率，芯片内置逐周期电流限制，支持输出过流、过载和短路保护，支持45W功率输出。

力生美 LN9T27GDH 详细资料。

力生美LN9T33HV

力生美LN9T33HV是一款最高支持75V供电的高性能AC/DC开关电源PWM功率开关，专为PD/QC等多款输出变化系统而设计，内置高压MOSFET的宽VCC电压供电大功率开关电源芯片，内置650V MOSFET高压功率开关，可在85~265Vac 的宽电网电压条件下工作，满足全球电网应用要求。

LN9T33HV满足DoE6级及CoC V5能效要求，无负载待机功耗可低至50mW以下，内置软启动控制电路降低开关机冲击，内置第二代C.Y.™技术优化EMI性能，内置振荡器且具有最大65KHz频率限制。

LN9T33HV还提供了非常完善的具有自动恢复功能的保护电路，包括逐周期电流限制，具有高低压补偿功能的输出过载保护，VDD过压保护与欠压锁定功能，可外部设定反馈开环时输出过压精确保护功能和输入欠压功能。采用力生美半导体自主研发的TSIP7封装形式，体积小，易于安装散热。

力生美LN3C61AF

LN3C61AF是一款高性能、高度集成的PWM控制器芯片，支持9~40V的工作电压，易于构建低待机功耗、低成本、高性能的解决方案，并满足低于500W功率的CoC V5和DoE LEVEL VI的能效标准。

LN3C61AF的最大开关频率可达130kHz，允许使用相对较小的变压器尺寸来完成设计。在全谷开关模式下开关损耗非常低，同时待机功耗低，能效高，具有低频起动特性控制优化起动性能，软钳的高度可靠的低EMI栅极驱动器。

LN3C61AF非常小的死区控制使系统能够在接近临界导通模式下工作，以提高变压器的利用率，具备优于传统的SSR/SR控制器架构。PWM/PFM/PBM模式多段曲线控制模式的操作进一步优化了系统在不同负载下的转换效率，特别是在轻载转换效率下，轻载条件将自动锁定峰值电流阈值以保持有效的转换，分段调制设计使系统具有高转换效率同时有效地避免听觉噪音，待机功耗可低至50mW以下。

力生美LN3C66A

LN3C66A是一款高性能、高度集成的电流模式PWM控制器。该芯片内置峰值负载功率控制功能，可轻松构建大型峰值负载，达到2~10倍，低待机功耗、低成本、高性能的解决方案，符合低于200W或更高功率的CoC V5和DoE LEVEL VI的能效要求。

PWM开关频率由芯片内部设置，并具有全温度补偿。在QR模式下，最大PWM开关频率设置为77 kHz，在峰值负载时可达到130 kHz。IC可以在QR谷值切换和智能突发模式下运行，以减少空载或轻载条件下的开关损耗，从而实现良好的转换效率，同时具有低待机功耗。VDD低启动电流和工作电流可以使LN3C66A具有非常高的可靠性和使用寿命，可以使用较大值的电阻完成电路启动，从而减少了功耗损失。

力生美LN3C69A

LN3C69A是一款高性能、高度集成的电流模式PWM控制器，具有高压启动功能。它易于构建低待机功耗、低成本、高性能的解决方案，满足低于200W或更高功率的CoC V5和DoE LEVEL V的能效要求。

PWM开关频率由芯片内部设置，并具有全温度补偿。最大PWM开关频率在OR模式下设置为77 kHz，在峰值负载时可达到130 kHz。IC可以在OR谷值切换和智能突发模式下运行，以减少空载或轻载条件下的开关损耗，从而实现良好的转换效率，同时具有低待机功耗。VDD低启动电流和工作电流可以使LN3C69A具有非常高的可靠性和使用寿命，可以使用较大值的电阻来完成启动电路，从而减少了启动电阻的损失，进一步降低系统待机功耗。

充电头网总结

力生美推出的多款初级PWM控制器系列展现了其在电源管理技术方面的强大能力。这些芯片均具备智能数字电源控制功能，功耗极低，覆盖多种操作模式如突发模式、脉频调制以及连续导通模式，可以提供高效的电源调节，还内置了Vcc自保持、抖频技术改善EMI性能、自适应MOSFET栅极驱动等特性。此外，这些芯片还包括全面的保护机制，如过载保护、变压器饱和保护和过温保护等，确保系统的安全可靠，可为各类电子设备提供了高效、稳定且可靠的电源解决方案。

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[最佳回答]呵呵,PWM难道还能有交流的?常用的有TL494SG3524UC3842等等等等……

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