Was ist die Pulsweitenmodulation (PWM)?
Es sind schon einige Jahre ins Land gezogen, seit Halbleiterhersteller wie Intel und AMD mit leistungsfähigen und zugleich erschwinglichen Prozessoren Pionierarbeit leisteten, um den Wunsch eines persönlichen Computers Realität werden zu lassen. Benötigten CPUs wie der erste Pentium P5 (1993) noch genügsame 15 TDP, sind es bei modernen Prozessoren nicht selten 100 TPD und mehr. Natürlich lassen sich solche Vergleiche nur schwer ziehen, sie zeigen jedoch, dass nicht nur die Leistung, sondern auch die Wärmeentwicklung über die Jahre angestiegen ist. Insbesondere beim Übertakten ist eine gute Kühlung wichtig, um die Wärme effektiv abführen zu können. Doch da erzähle ich Ihnen ja nichts Neues.
In den Anfangsjahren der CPU-Kühlung, waren die Möglichkeiten der Wärmeabfuhr noch recht beschränkt. Sowohl bei der Modellauswahl – meistens begnügte man sich mit dem im Lieferumfang enthaltenen Kühler – als auch bei der Kontrolle und damit verbundenen feinen Justierung der Drehgeschwindigkeit des jeweiligen Lüfters. Insbesondere die Geräuschentwicklung, störend und symbolisch für den Betrieb eines PCs, war vielen Anwendern ein Dorn im Auge. Mit „Volt Mods“ versuchte man sich zu helfen und reduzierte die Versorgungsspannung von 12 auf 7 oder sogar 5 Volt, indem spezielle Molex-Kabel zum Einsatz kamen. Wenige Spannung hatte eine geringere Rotationsgeschwindigkeit zur Folge und somit auch eine geringe Geräuschentwicklung.
Heutzutage wird das PWM Signal genutzt, um Lüfter und Pumpen den eigenen Wünschen nach zu drosseln. Die meisten gängigen Mainboards haben mindestens einen 4-Pin-Lüfter Anschluss, teure Modelle sogar deutlich mehr. Doch was ist PWM überhaupt und wieso ist es besser, als eine Steuerung die auf der Reduktion der Versorgungsspannung beruht?
Der 4-Pin-Stecker ist heutzutage Quasi-Standard und basiert auf der Spezifikationsvorgabe, die Intel 2004 mit dem LGA775-CPU-Socket eingeführt hat und der AMD kurze Zeit später gefolgt ist. Vier Pins muss ein solcher Anschluss haben, wenn er beispielsweise auf einem Mainboard durch den jeweiligen Hersteller verbaut wird. Die Pins sind belegt mit Gnd, Vcc, Tacho und PWM. Meistens, aber nicht immer, weisen die entsprechenden 4-Pin-PWM-Anschlusskabel die Farben Schwarz, Rot, Gelb und Blau auf. Zusätzlich sind auch die alten 3-Pin-Lüfter-Anschlusskabel, die mit dem 4-Pin-PWM-Anschluss kompatibel sind, weiterhin auf dem Markt vertreten. Hier erfolgt das Feedback zur Drehgeschwindigkeit über das Tacho-Signal. Bei diesen Kabeln entfällt die Ader für das PWM-Signal, verfügbar sind somit nur GND, Vcc und eben Tacho. Bei Pumpen, beispielsweise bei einige Ausführungen der Laing D5, findet man auch 4-Pin-Anschlüsse, an denen nur zwei Kabel angeschlossen sind. Diese Leitung ist für die Steuerung der Pumpe über das PWM-Signal vorhanden, während die Stromversorgung über einen Molex- oder SATA-Stecker erfolgt.
PWM funktioniert wie ein Schalter, der in einem konstanten Rhythmus immer an- und ausgeschaltet wird, und dadurch die Menge an Strom begrenzt, der einem Motor (ganz gleich, ob Pumpe oder Lüfter) für den Betrieb zur Verfügung steht. Ist eine auf 30% reduzierte Geschwindigkeit eingestellt, fließen in regelmäßigen kurzen Abständen volle 12 Volt, auf die lange Abstände ohne Spannung (0 Volt) folgen. Bei einer auf 50% reduzierten Geschwindigkeit sind diese Abstände – 12 Volt oder 0 Volt – gleichmäßig lang. Bei 80% dominieren entsprechend die Phasen, in denen der Motor mit 12 Volt betrieben wird.
Der Fakt, dass der Motor stets mit 12 Volt versorgt wird, ist wichtig. An den 4-Pin-Anschluss sollten nur passende Komponenten wie eben Lüfter angeschlossen werden, um Schäden durch Überspannung zu vermeiden. Da Pumpen einen deutlich höheren Stromverbrauch als Lüfter haben, werden sie meistens über den Molex-Anschluss direkt mit dem Netzteil verbunden.
Ist kein PWM-Signal vorhanden, arbeiten die meisten Lüfter mit 100% ihrer möglichen Leistung. Bei Pumpen sieht das wiederum anders aus, sie laufen in einem geringeren Drehzahlbereich. Das bedeutet aber auch, dass der Nutzer die Leistung händisch auf 100% setzten muss, wenn er die Pumpe mit voller Geschwindigkeit betreiben möchte.
Was in der Theorie und auf dem (digitalen) Papier so einfach aussieht, erweist sich in der Realität und insbesondere bei der Umsetzung jedoch ein wenig komplizierter. Nimmt der Lüfter- oder Pumpenmotor den Betrieb mit 12 Volt auf, weil der entsprechende Impuls eingeht, entsteht ein leises Klick-Geräusch. Dieses Säuseln des Lagers kann im Betrieb, besonders bei niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten, hörbar und nervig sein. Die Lösung ist ein abgeschrägtes PWM-Signal, das durch die Ansteuerungs-Elektronik erzeugt wird und sowohl den Anfang als auch das Ende der 12-Volt-Betriebsphase für den Motor sanfter gestaltet.
PWM wirkt sich auch auf die Lebensdauer des Motors gut aus. Nicht alle Pumpen und nicht alle Lüfter können mit 7 oder gar 5 Volt ordnungsgemäß arbeiten. Ist die Spannung zu gering, hört der Motor auf zu drehen oder startet erst gar nicht, auch wenn der Computer schon hochgefahren ist. Mit PWM können Motoren bei 12 Volt und zugleich sehr geringen Drehzahlen ohne Komplikationen betrieben werden – wenn der Lüfter oder die Pumpe denn PWM-fähig ist. Deswegen empfiehlt es sich beim Kauf auf die PWM-Kompatibilität und den 4-Pin-Anschluss zu achten
Erschienen in der Thermaldrop Ausgabe 02
