pwm風扇,使用PWM控制直流風扇

2020-11-21 電子發燒友

pwm風扇，使用PWM控制直流風扇

發表於 2017-10-28 17:40:50

　　最近幾年來，業界對於利用集成電路控制用於各種電子設備的冷卻風扇速度的興趣一直在增長。電子產品，尤其消費電子產品的尺寸，每天都在顯著減小，但是由於在晶片上運行的應用程式日趨複雜，晶片產生的熱量卻在增加。有兩種方式可以去除所產生的熱量。

　　一種方法就是使用無源元件，比如散熱器和熱導管，第二種方法就是使用有源元件，比如冷卻風扇。

　　在許多消費和其它產品中，可以觀察到無源元件由於尺寸和成本原因而無法勝任。使用冷卻風扇可在熱源周圍產生氣流，是去除熱量的有效方法。不過，在系統中增加冷卻風扇將會增加功耗。對於電池供電的系統，這是一個重要因素。

　　另外，因為冷卻風扇是機械部件，因而會產生噪聲。通過控制風扇速度，可以有效地解決以上問題。風扇在較低轉速下運行所消耗的功率較少，這可延長電池壽命，又能減少風扇發出的噪聲，並增加風扇的使用期限。

　　控制速度的方法

　　1、開/關（ON/OFF）控制： 這是最簡單的方法。當特定元件的溫度超出閾值時，可以使用驅動信號開啟風扇; 或者當溫度低於閾值時關閉風扇。雖然該方法非常簡單，但缺點是在接通的這刻，風扇以全速運轉並因此消耗了最大功率且產生了噪聲。

　　2、線性控制： 此方法通過調壓器來控制施加在風扇上的DC電壓。降低電壓可以使風扇以較低的速度運轉，且可增加電壓使風扇以較高的速度運轉。此方法的優勢是電壓始終施加在風扇上。因此，在任何時候，轉速計（tacho）信號都會存在並被測量。這在脈寬調製控制技術中是不可能的。此方法的缺點是使用調壓器將增加線路板的成本和空間，並且需要專用控制器來控制調壓器。

　　3、PWM控制： 最廣泛用於風扇轉速控制的方法就是PWM控制。在此方法中，PWM驅動信號施加到連接至風扇的高側或低側的場效應電晶體（field-effect transistor，FET） 上。在特定頻率k開關風扇，通過PWM信號的佔空比（duty cycle）來控制風扇轉速，而施加在風扇上的電壓始終為全或零。此方法的最大優勢是設計簡單、外部電路少、且成本低。

　　缺點是因為電壓並不總是施加在風扇上，轉速計信號將被PWM驅動信號大幅削減。實際上，轉速計信號將跟隨PWM信號而變化。要避開這個問題，應該採用「脈衝展寬」技術來獲得轉速計信息。圖1顯示了由於PWM驅動信號的存在，經大幅削減/改變後的轉速計信號。圖2顯示了使用脈衝展寬原理從實際轉速計信號中重建轉速計信號。

　　

　　DC風扇的類型

　　有三種主要的DC風扇類型：

　　1.2線風扇

　　2.3線風扇

　　3.4線風扇

　　2線風扇有兩個引腳： 電源和接地。此風扇可以通過改變DC電壓或者通過使用低頻PWM驅動信號來控制。2線風扇沒有轉速計信號，因而沒有用於測量風扇轉速的信息。此類控制被稱為「開環」。

　　圖3 顯示了採用SmartFusion cSoC實現的2線風扇電路實例。3線風扇有三個引腳： 電源、接地和轉速計。此風扇可以通過改變DC電壓或者通過使用低頻PWM驅動信號來控制。3線風扇有轉速計信號，顯示了風扇轉速。用戶可以基於轉速計讀取值，調節風扇轉速，這可以稱為「閉環」控制。

　　

　　

　　

　　在某些情況下，3線風扇還可以採用開環方式來控制。圖4和圖5顯示了採用SmartFusion cSoC來實現的3線風扇電路實例。4線風扇有四個引腳; 電源、接地、轉速計和PWM輸入。PWM輸入用於控制風扇轉速。在一個4線風扇中，電源只給線圈供電，而不是用於整個風扇的電源開/關，因此可以獲得任何時間點的轉速計信息。

　　此類風扇不需要脈衝展寬技術。為減少整流噪聲，PWM頻率可以提高到20 KHZ以上。採用此方法，可以去除可聽範圍的整流線圈噪聲。圖6顯示了採用SmartFusion cSoC實現的4線風扇電路實例。

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