PWM制御とは｜ファンの回転数制御と4線式ファンの使い方

PWM制御は、ファンの回転数を外部信号で変える方式です。発熱量に応じて速度を変えられれば、騒音と消費電力を同時に下げられます。サーバー・通信機器・医療機器では標準的な機能になっています。

PWM（パルス幅変調）の仕組み

PWMは、一定周期のスイッチを高速でオン／オフし、オン時間の割合（デューティ比）で電圧の実効値を変える方式です。ファン側では、この信号を受けてモーターの駆動を制御し、回転数を変えます。

デューティ比 100% ≒ 最高回転　／　50% ≒ 中間回転　／　0% ≒ 停止または最低回転（機種による）

PWM信号の周波数は25kHz（±5kHz）が一般的です。可聴域（20Hz〜20kHz）より上に設定するのは、信号そのものが耳障りな音として聞こえないようにするためです。

2線式・3線式・4線式の違い

• 2線式：電源（V+／GND）のみ。電圧を変えるか、ON/OFFするだけ。最も安価。
• 3線式：＋FG信号（回転数パルス出力）。回転数を監視できるが、制御はできない。
• 4線式：＋PWM信号入力。外部から回転数を制御でき、FGで回転数も監視できる。

「回転数を変えたい」なら4線式、「止まったことを検知したい」なら3線式（またはRD信号付き）、「常時全速でよい」なら2線式が適します。

4線式ファンの配線

• V+：電源（12V／24V／48V）
• GND：グランド
• FG：回転数パルス出力（オープンコレクタ。プルアップ抵抗が必要）
• PWM：回転数制御入力（通常は内部でプルアップ済み。未接続なら最高回転）

PWM線を接続しない状態では、多くのファンは最高回転で動作します（フェイルセーフ設計）。制御信号が途切れても冷却が止まらないため、信頼性設計としては都合が良い仕様です。

PWM制御のメリット

• 省エネ：回転数を下げると消費電力は回転数の3乗に比例して減ります（理論値）。
• 低騒音：騒音は回転数の6〜7乗に比例するため、少し落とすだけで大きく静かになります。
• 長寿命：ベアリング摩耗が減り、期待寿命が延びます。
• 温度連動：サーミスタと組み合わせれば、温度に応じた自動制御が可能です。

設計時の注意点

1. 0%で止まるか最低回転か：機種により挙動が違います。停止させたくない場合は仕様を確認してください。
2. 最低回転数：デューティ比20〜30%以下では回転が不安定になるモデルがあります。
3. FG信号のプルアップ：3.3V／5V系でプルアップ抵抗（10kΩ程度）が必要です。
4. ノイズ：PWM線はスイッチングノイズを含むため、信号線を電源線と束ねないよう配線します。
5. 突入電流：起動時に定格の数倍の電流が流れるモデルがあります。電源容量に余裕を見てください。

PWMを使わない簡易的な速度制御

2線式ファンでも、電源電圧を下げれば回転数は下がります。ただし電圧を下げすぎると起動しなくなり、また電圧制御はPWMより効率が悪く発熱も増えます。きちんと速度制御するなら4線式＋PWMが基本です。

PWM対応モデルはDCファン一覧に記載しています。制御仕様のご相談はお問い合わせまで。

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