Почему у одних процессорных вентиляторов три провода, а у других четыре?

Никогда не задумывались почему у процессорных кулеров разное количество проводов? Зачем вообще нужны три провода, а уж тем более четыре, ведь обычному вентилятору вполне хватает и двух?

Лично мне всегда нравились пассивные системы охлаждения, состоящие только из радиатора, а потому совершенно бесшумные. По этой причине, для себя выбрал именно 12-дюймовую модель MacBook, которой не требуется активная система охлаждения. Однако, вернёмся к теме кулеров.

В простейшем случае, вентилятор запускается на максимальной скорости и работает так всё время. Но ведь процессор в системе не нагружен постоянно на 100% и греется в зависимости от выполняемых задач, потому нет необходимости гонять кулер на максимальных оборотах. Не будем размусоливать очевидные вещи, что чем медленнее вращается вентилятор, тем меньше шума он производит.

Линейное управление скоростью вращения вентилятора выглядит уже интереснее и зависит от напряжения питания — чем оно выше, тем быстрее вращаются лопасти кулера. Конечно, есть определенные границы изменения напряжения питания.

Например, вентилятору на 12 вольт для запуска может потребоваться не менее 7 вольт, при этом напряжении он будет вращаться примерно с половинной скоростью от своего максимального значения. Однако для поддержания вращения ему требуется уже меньшее напряжение и мы можем понизить напряжение питание до определенного предела, скажем до 4-х вольт (значения приведены только в качестве примера). Соотвественно для пятивольтовых вентиляторов возможности в регулировке скорости вращения будут ещё меньше.

Поэтому, наиболее популярным вариантом управления скоростью вращения кулера стал метод широтно-импульсной модуляции напряжения (ШИМ или PWM). Вентилятор подключается к минусовой шине питания через ключ, а на управляющий вход ключа подается ШИМ сигнал. Получается, что к вентилятору всегда приложено либо нулевое, либо рабочее напряжение питания.

Но откуда берётся разное количество проводов? Вы уже знаете, что управлять скоростью вращения вентилятора можно и по двум проводам, изменяя напряжение питания линейно или с помощью ШИМ. Однако, узнать с какой скоростью вращается кулер и вращается ли он вообще, имея всего два провода не получится, так как у нас нет обратной связи – датчика оборотов (тахометра).

Вот мы и добрались до варианта с тремя проводами, где присутствует датчик оборотов, позволяющий определить скорость и сам факт вращения лопастей. Казалось бы, вот оно счастье, но и тут есть одна неприятная особенность. При ШИМ питании сигнал с тахометра не всегда корректен. На схеме ниже можно посмотреть идеальный сигнал с тахометра (ideal tach) при линейном напряжении питания и сигнал при ШИМ управлении (tach).

Видно, что сигнал, подаваемый на двигатель как-бы «плавает». А вот 4-х проводные вентиляторы лишены данного недостатка, так как имеют отдельный ШИМ вход, который управляет коммутацией обмоток вентилятора к плюсовой шине источника питания. Скорость вращения тут может регулироваться в широком диапазоне, вплоть до 10% от максимальной скорости. На следующем рисунке показана разница между 3-х и 4-х проводными вентиляторами.

Напоследок ещё стоит упомянуть, что в некоторых моделях 4-х проводных вентиляторов, схема управления уже встроена в сам кулер. Это к вопросу о заменяемости кулеров ноутбуков и странных проблемах, с которыми можно столкнуться, если не учитывать этих нюансов.