• パソコンのCPUファン，ケースファン用のPWM方式ファンコントローラです．　マザーボードのファン・コネクタとファンの間に挟んで使います．　
• 8pin PIC (PIC12F629/PIC12F675) を使ってソフト的にPWM制御をしています．　スイッチング周波数は約10kHzです．　もしかしたら，加齢による高音域の聴力低下の少ない若い方にはうなり音が聞こえるかもしれません．
• プッシュ・ボタンを押すと，ファン駆動出力のduty比（すわなちファン回転数）がサイクリックに10段階変化します．（一度ボタンを押すたびにduty比が１ステップ下降，duty比最低の次はduty比最高に戻る）　duty比の可変範囲は約20%〜 90%です．　設定したduty比はPIC内蔵のEEPROMにセーブされますので，パソコンの電源を切っても最後の設定値は失われません．
• マザーボードの速度検出センサ入力端子にはPICで生成した周波数約70Hzの方形波を出力しています．　コントローラの設定にかかわらず，マザーボード側からはファン回転数約2100r.p.m.と認識されます．　回転数が600r.p.m.程度に低下しただけで，けたたましく警報ブザーを鳴らすマザーボードがあったのでこのような仕様としました．
• マザーボードのBIOSにファンスピード制御機能がある場合はオフにして使ってください．

• 3pinファン用コントローラ回路図　pwmfan3pin.pdf
• 4pin CPUファン用コントローラ回路図　pwmfan4pin.pdf
• Cソースコード　pwmfan.c
• HEXファイル　pwmfan.hex

• 基板を小型にするために必要最低限の部品で構成しています．　3pinファン用の回路と4pin CPUファン用の回路の相違はファンのドライブ用パワーMOS FETの有無です．　4pin CPUファンにはドライバが内蔵されているので，パワーMOS FETを使わずにPICのPWM出力をファンの制御信号入力に接続しています．
• パワーMOS FETにはVth（またはVgs(off)）の低いものを使ってください．　回路図で使用している2SK2231はVth＝0.8〜2.0V (Vds=10V, Id=1mA) です．　Vthが4Vを越えるのものはPICで駆動出来ませんので，他のパワーMOS FETを使うときにはVthのスペックに注意して選んでください．　パッケージは大きくなりますが秋月電子通商で扱っている2SK3140（ルネサステクノロジ），H7N0308（ルネサステクノロジ）などが使用可能だと思います．
• 3pinファン用コントローラの抵抗R2（1kΩ）は省略しても動作しますが，スイッチングノイズが非常に大きくなります．　FETの入力容量とノイズの出方に応じて適当な値に設定してください．
• ツェナー・ダイオードにはVz＝4.8〜5.4V，500mW〜1000mW程度のものを使ってください．　代わりにPICの電源回路に5V出力の３端子レギュレータを使ってもかまいませんが，その場合はレギュレータの入出力に必ずパスコンを入れてください．
• パワーMOS FETとツェナー・ダイオード，降圧用の抵抗はほのかに暖まります．
• プログラム作成には CCS C Compiler を用いています．　大したプログラムではありませんので他の処理系へも容易に移植が出来るはずです．　変数speedの値が0の時にduty比最大／ファン最高速，9の時にduty比最小／ファン最低速になります．
• 起動トルクの弱いファンに対応するために，電源投入時に約4秒間だけPWM制御をかけずにフルスピードでファンが回転するようにしてあります．
• プッシュボタン・スイッチのチャタリング除去はソフト側で適当に処理しています．　詳しくはＣソースをご覧ください．

基板上面
PICの上にプッシュボタン・スイッチを重ねて実装しています

基板裏面
パワーMOS FETの陰になって見えませんが，抵抗R2（1kΩ）にはチップ抵抗を使っています

接着剤で固めた後にブチルゴムテープを巻いた基板
スイッチの押しボタンだけが見えています
さらに絶縁テープを巻けば，パソコンのマザーボードの上にころがしておいても大丈夫です

基板上面

変数 speed=0 の時のPICのGP1出力波形
duty比最大（約90%），ファン速度最高

変数 speed=9 の時のPICのGP1出力波形
duty比最小（約20%），ファン速度最低

左図はケースファンについて，スピード設定値（変数 speed の値）とファン回転数の関係を測定してグラフにしたものです．　もう少し回転数を落とせるように，プログラムを改良した方が良いかもしれません．
このグラフはあくまでも測定例の一つで，ファンによって特性はかなり異なることにご注意下さい．

ファンの回転数センサ（速度センサ）の出力はオープン・ドレインになっているので，出力波形を観測するにはプルアップ抵抗が必要です．

通常のファンの回転数センサ出力波形

PWMファンコントローラを使った場合の回転数センサ出力波形

センサ出力波形にもPWM変調がかかっています．
このような変調のかかったセンサ出力波形では正常に回転数検出が出来ないマザーボードもあります．（変調周波数がやや低い影響があるのかもしれません）　そのためもあって製作したファンコントローラではPICで生成した周波数約70Hzの方形波をマザーボードのセンサ入力信号として与えています．（マザーボード／BIOSで実際のファン回転数をモニタすることは出来なくなります）

設計の参考にするために山洋電気のPentium4プロセッサ対応CPUクーラー（4pin CPUファン）の資料を見たところ，なかなか面白い仕様であることに気づきました．　例えばPWM制御入力信号のduty比が0%でも，ファンの回転速度は0になりません．（フェールセーフを考えた仕様のようです）　また制御信号のduty比が一定でも，CPUクーラー側に内蔵した温度センサでヒートシンク温度あるいは周囲温度を検出して，一定範囲内でファン回転数の自動制御かかかります．（これもワーストケースを考慮した堅実設計？）　　

ご紹介した4pin CPUファン用PWMファンコントローラ基板と山洋電気製のCPUクーラーを組み合わせて使用した場合，周囲温度やCPUの負荷によりファンの回転数が変動する場合があります．

左図は山洋電気のCPUクーラー SAN ACE MC のデータシートのコントロール端子入力デューティー回転速度特性例のグラフを一部簡略化して書き直したものです.

パソコン２台をリプレースした際，ファンの音が非常にうるさかったのでファンの回転数を落とすためにこのファンコントローラを製作しました．　購入したマザーボードのBIOSのファン速度自動制御機能は単純なON/OFF制御のようなもので騒音低減には役にたたず，フリーのファン制御ソフトを使うとマザーボードや他のアプリケーションとの相性の問題があるのかマシンがハングアップしまい使い物になりませんでした．　単に回転数を落とすだけなら抵抗を１本使えばすむ話ですが，設定を簡単に変えられるようにこのような基板を作った次第です．　作りやすいように出来る限り簡単な回路にして，パソコン２台分のCPUファンとケースファンの制御用に合計４枚の基板を作成しました．

最初はタイマーIC 555を使ったアナログ制御回路を試してみたのですが，duty比の可変範囲が狭い等の問題があり満足出来るものにはなりませんでした．　マイコンを使うのは少々大袈裟のような気がしますが，音響実験などにも使うパソコンを静音化するためなので致し方ありません．　8pin PICマイコンにとってはこのようなアプリケーションがちょうど似合っているでしょう．

このファンコントローラを製作してから，トランジスタ技術（ＣＱ出版）2004年8・9月号に同じPIC12F675とサーミスタを用いたPWM制御ファン・コントローラの製作記事が掲載されていたことを知りました．　温度センサを用いた本格的な制御をおこなう場合の参考になると思います．　自作される場合は温度検出にサーミスタよりも入手しやすいLM35等の半導体温度センサを用いると良いでしょう．