SMBus溫度傳感器IC對風扇的控制設計

2021-01-07 電子發燒友
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SMBus溫度傳感器IC對風扇的控制設計

發表於 2019-03-06 14:22:49

在很多產品中，低或中速運行的風扇已足以散熱，同時允許保留最高速模式以應付最糟糕的情形。本文闡述的電路使用線性電壓控制，並通過以低於廠商滿額定電壓的直流電壓來運行風扇達到降低風扇速度從而降低噪聲的目的。

SMBus溫度傳感器IC

市場上可以買到的SMBus溫度傳感器IC包括測量IC周圍環境溫度的傳感器以及支持一個或多個外部傳感器（即一些廉價的、與二極體相連的三極體）的器件。

SMBu通信接口為系統微控制器提供簡便的連接，而通過可寫寄存器可對溫度傳感器的測量參數進行配置。

圖1：本文控制電路設定的溫度和風扇速度的關係。

許多SMBus溫度傳感器具有一個或兩個輸出，當溫度超過的某一極限值（已編程到IC寄存器內），它們就會起作用（典型情況是變低電平）。設計工程師有望獲得1到3°C的典型傳感器精度和精細到1/8 °C的解析度。

大多數DC無刷風扇的通用驅動電壓是+5V和+12Vdc。全速運行的風扇會產生令人討厭的噪聲，因此，儘可能降低風扇的速度就很重要。在降壓下運行直流風扇且隨著風扇的老化，風扇啟動電壓會成為一個限制因素，因為軸承磨損會導致所要求的啟動電壓增加。

風扇的實際工作電壓範圍變化很大。某廠商額定+5V的風扇可能用2Vdc就可以啟動，而相同尺寸和規格的另一颱風扇可能需要4Vdc才能啟動。當所選風扇的工作電壓低於廠商的額定值時，至關重要的是提取風扇特徵並加入一些裕量，這是考慮到磨損情況及風扇之間存在差異。

圖2：兩個三極體實現5V風扇驅動。

智能控制

1．兩個三極體實現5V風扇驅動：

圖2所示的電路對於+3.3V和+5V供電的風扇產品很有用。當溫度低於兩個極限設置時，開漏輸出Out1和Out2被置為高，使R1和R2拉高P溝道FET Q1和Q2的柵極，將它們關閉。當溫度超過圖1中的極限值1時，Out1變為低，打開Q1並通過肖特基二極體D1向風扇施加大約3V的電壓。當Out2變低時，Q2打開並向風扇施加5V的電壓。D2確保5V電源不會通過Q1反向作用於3.3V電源。

該電路功效很高，因為三極體基極不消耗電流，它的作用是開關，直接將風扇連接到電源軌上。選擇Ron《 0.75Ω@ Vgs=3V的P溝道FET可以保持電壓降和功耗較低。低功耗就容許風扇採用小外形SOT-23器件來做到400mA@5V的額定電流。

2．單個三極體實現5V風扇驅動

。

圖3：單個三極體實現5V風扇驅動

圖3所示的電路採用一個PNP三極體來控制風扇的三個速度：停轉、中速和高速。當溫度低於兩個極限設置時，Out1和Out2都變高。Q1的基極沒有電流流過，因此它關閉且風扇電壓為0V。

當溫度超過極限值1時，Out1驅動變低且電阻分配器R1/R2將Q1基極的電壓設為1.8V。因基極電壓為Vbe，發射極電壓將比Vbe高0.7V，從而使風扇電壓為2.5V（滿幅電壓的50%）。

當Out2變低時，它將Q1基極拉低到地電平，基極電流受到IC輸出最大吸收能力的限制，典型值為@Vol=0.4V「》6-8mA@Vol=0.4V。由於基極電流有限，Q1的增益應大於100以確保最小電壓降及強大的三極體驅動能力。輸出器件和Q1之間的電壓降將最大風扇電壓限制為4.1V（滿幅電壓的82%）。

3．單個三極體實現12V風扇驅動

圖4所示的電路與單個三極體電路稍微不同，可以驅動風扇以低速、中速和高速運行。這樣的安排容許12V風扇由輸出最高電壓為5V的IC所控制。

圖4：單個三極體實現12V風扇驅動。

當IC兩個輸出都為高時，低速由電阻R1和R3設置。R1/R3電壓分配器將Q1基極電壓設置為5.0V，從而為風扇提供大約6.3V的電壓（滿幅電壓的52%）。當Out1變為低時，可以實現中速，通過R2吸收電流來設置基極電壓為2.5V、風扇電壓為8.8V（滿幅電壓的73%）。當Out2變低時，高速電壓達到11.1V（滿幅電壓的92%）。

本文小結

採用SMBus溫度傳感器可以控制風扇的三個速度，其系統設計靈活性很高，成本很低。通過採用較低的兩個風扇速度實現正常和高於平均功耗情形的運行，風扇速度可以被設置用於靜音運行。最高速度可以專用於極端溫度條件下的運行，此時冷卻作用優先於靜音運行。

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