Schemat wentylatora komputerowego: BLDC, czujnik Halla, PWM

Pytanie

jaki jest schemat wentylatora komputerowego

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• „Schemat wentylatora komputerowego” to najczęściej: (a) schemat wyprowadzeń złącza (pinout) 2‑, 3‑ lub 4‑pin oraz (b) uproszczony schemat wewnętrzny silnika BLDC z układem sterującym (Hall + driver).
• Kluczowe piny (standard Intel 4‑wire): 1=GND, 2=+12 V, 3=TACH (otwarty kolektor, zwykle 2 impulsy/obrót), 4=PWM (ok. 25 kHz, sterowanie prędkością).
• 2‑pin: tylko +V i GND (regulacja napięciem). 3‑pin: +V, GND, TACH (pomiar obrotów). 4‑pin: GND, +12 V, TACH, PWM (precyzyjna regulacja bez zmiany napięcia).

Szczegółowa analiza problemu

• Rozwinięcie głównych aspektów

1. Schemat wyprowadzeń (pinout)

• 2‑pin (DC):
  • Pin 1: GND (czarny)
  • Pin 2: +12 V (często czerwony lub żółty)
  Sterowanie tylko napięciem (DC).
• 3‑pin (DC + tach):
  • Pin 1: GND (czarny)
  • Pin 2: +12 V (czerwony)
  • Pin 3: TACH/SENSE (żółty; wyjście otwarty kolektor, wymaga rezystora podciągającego po stronie płyty do 3,3 V lub 5 V).
• 4‑pin (PWM – standard branżowy):
  • Pin 1: GND (czarny)
  • Pin 2: +12 V (żółty)
  • Pin 3: TACH/SENSE (zielony)
  • Pin 4: PWM/CONTROL (niebieski; wejście najczęściej akceptuje 3,3–5 V; zgodnie ze specyfikacją sygnał jest „otwarty kolektor” po stronie płyty, a pull‑up zwykle jest w wentylatorze).
  Uwaga: kolory bywają różne – zawsze weryfikuj nadruki na PCB/gnieździe: 1=GND, 2=12V, 3=Sense, 4=PWM.

2. Uproszczony schemat wewnętrzny (BLDC)

• Większość wentylatorów PC to BLDC z:
  • rotor: magnes(y) trwałe,
  • stojan: uzwojenia,
  • czujnik(i) Halla i zintegrowany driver komutujący.
• Typ silnika: historycznie często 1‑fazowy (2 cewki komutowane naprzemiennie); w nowszych modelach coraz częściej 3‑fazowy dla niższego tętnienia momentu i mniejszego hałasu.
• Wyjście tachometru TACH powstaje z elektroniki Halla (zwykle 2 impulsy/obrót; zdarzają się 4 PPR).
• Sygnał PWM (tylko w 4‑pin) nie „tnie” zasilania 12 V – wentylator jest stale na 12 V, a wewnętrzny driver moduluje prąd uzwojeń zgodnie z wypełnieniem PWM.

3. Minimalne, praktyczne „schematy” połączeń

• 2‑pin:
  +12 V ──────> V+ (fan)
  GND ───────> GND (fan)
• 3‑pin:
  +12 V ──────> V+
  GND ───────> GND
  TACH ───────> wejście pomiarowe płyty (z pull‑up do 3,3/5 V na płycie)
• 4‑pin (PWM):
  +12 V ──────> V+
  GND ───────> GND
  TACH ───────> wejście pomiarowe (pull‑up na płycie)
  PWM ───────> wyjście sterujące płyty (25 kHz, duty 0–100%)

4. Podstawy teoretyczne (najważniejsze parametry sygnałów)

• TACH: otwarty kolektor; PPR (pulses per revolution) zwykle = 2. RPM obliczysz: RPM = (fTACH / PPR) × 60.

• PWM (4‑pin): f ≈ 25 kHz; duty steruje prędkością; start gwarantowany zwykle od ~20–30% wypełnienia (zależnie od modelu).

• Regulacja 3‑pin: napięciowo (DC). PWM „na zasilaniu” też możliwy, ale dla 3‑pin lepiej niska częstotliwość (≈100–250 Hz), aby ograniczyć piszczenie i poprawić stabilność rozruchu.

• Praktyczne zastosowania
  • Płyta główna: gniazda CPU_FAN/CHA_FAN obsługują 3‑ i 4‑pin; dla 3‑pin wybierz „DC mode”, dla 4‑pin „PWM mode”.
  • Silniejsze zestawy wentylatorów zasilaj z kontrolera/huba z osobnym zasilaniem SATA/Molex; linia tach i PWM pozostają do płyty.

Aktualne informacje i trendy

• Coraz częściej spotyka się wentylatory 3‑fazowe (płynniejsza praca, niższy hałas, lepsza kultura przy niskich RPM).
• Funkcja „0 RPM”/„fan stop” w połączeniu z 4‑pin PWM – pełne zatrzymanie przy niskiej temperaturze.
• Powszechne są wentylatory z ARGB (oddzielne 3‑pin 5 V LED; nie mylić z 4‑pin PWM wentylatora 12 V).
• Huby PWM z jednym przewodem TACH do płyty (sumowanie tach jest niewskazane – zwykle raportowany jest tylko jeden kanał).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego otwarty kolektor? Pozwala bezpiecznie dopasować poziomy logiczne (3,3 V/5 V), chroni układy i ułatwia wieloplatformową kompatybilność.
• Dlaczego 25 kHz dla 4‑pin? Poza zakresem słyszalności i spójne z dynamiką driverów BLDC.
• Dlaczego 3‑pin lepiej sterować DC lub niską PWM? Wysokie częstotliwości „na zasilaniu” mogą powodować rezonanse akustyczne oraz niestabilny rozruch.

Przykładowe wartości elementów (gdy budujesz własny kontroler):

• Pull‑up TACH: 4,7–10 kΩ do 3,3 V/5 V (po stronie płyty/kontrolera).
• Sterowanie 4‑pin: wyjście PWM jako „open‑collector/open‑drain” do GND; pull‑up 5 V bywa w wentylatorze (spotyka się też wejścia akceptujące bezpośrednio 3,3 V).

Aspekty etyczne i prawne

• Bezpieczeństwo: ostrożnie z obracającymi się łopatkami; odłącz zasilanie przed pracą przy okablowaniu.
• Obciążalność gniazd FAN: wiele płyt przewiduje ok. 1 A na złącze (sprawdź dokumentację). Przekroczenie może uszkodzić płytę – stosuj huby z zasilaniem.
• Zgodność: nie mieszaj złączy LED ARGB (5 V) z PWM wentylatora (12 V). Ryzyko uszkodzenia urządzeń.

Praktyczne wskazówki

• Weryfikuj pinout po numeracji pinów na wtyczce/gnieździe, nie po kolorach przewodów.
• Jeśli 4‑pin działa „na 100%” – sprawdź, czy złącze jest w trybie PWM (nie DC) i czy linia PWM jest podłączona.
• Pomiar TACH multimetrem jest niemiarodajny; użyj oscyloskopu lub wejścia pomiarowego płyty.
• Przy PWM z mikrokontrolera: 25 kHz, 8–10 bit rozdzielczości duty w zupełności wystarcza; wyjście jako otwarty dren + tranzystor N‑MOSFET małej mocy.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• PPR może się różnić (2 lub 4 impulsy/obrót). Sprawdź dokumentację producenta, aby prawidłowo liczyć RPM.
• Niektóre wentylatory 5 V (zwłaszcza w obudowach mini/HTPC) mają inne złącza – zasada pinów pozostaje podobna, ale napięcie zasilania to 5 V.
• W starszych płytach sygnał PWM bywał 5 V push‑pull, nowsze często open‑drain – większość wentylatorów akceptuje 3,3–5 V.

Sugestie dalszych badań

• Specyfikacja „Intel 4‑Wire PWM Controlled Fan Specification” – referencyjny dokument dot. 4‑pin PWM.
• Dokumentacje producentów (Noctua, Delta, Sunon, Nidec) – parametry PPR, prądy rozruchowe, zakresy PWM.
• Aplikacyjne noty układów driverów BLDC do wentylatorów (np. serii z wbudowanym Hall/driver).

Krótkie podsumowanie

• Schemat wentylatora PC to przede wszystkim standardowy pinout: 2‑pin (zasilanie), 3‑pin (zasilanie + tach), 4‑pin (zasilanie + tach + PWM). TACH i PWM są interfejsami logicznymi otwarty kolektor/otwarty dren, zapewniając kompatybilność poziomów.
• Wewnątrz pracuje silnik BLDC z czujnikiem Halla i driverem komutującym; w 4‑pin sterujesz prędkością sygnałem PWM ok. 25 kHz, bez zmiany 12 V.
  Jeśli chcesz, przygotuję konkretny schemat regulatora (DC albo PWM, z kontrolą temperatury) pod Twoje wymagania: napięcie, liczba wentylatorów, prąd, zakres RPM, źródło sterowania.